设计模式(三)_装饰器模式

什么是装饰器模式

装饰器模式指的是动态的将责任附加到对象上。若要扩展功能，装饰器模式提供了比继承更弹性的替代方案。

如何使用装饰器模式

老王来到商场买衣服，需要买衣服，裤子，帽子......

public class Wang {

public void show(){
System.out.println("我穿上衣服，累计花费100元");
System.out.println("我穿上裤子，累计花费250元");
System.out.println("我穿上帽子，花费300元");
}
}

如果老王每新买一件衣服，都要修改一下这个show方法，这就不符合开闭原则。我们可以用装饰器模式。针对这个过程，我画了老王买衣服的uml图



观察上图，观察模式主要有4个角色

抽象构件角色（给出一个抽象接口Person，以规范准备接受附加责任的对象）

装饰器父类

具体的装饰器对象

被装饰的对象

老王就是被装饰的对象，衣服帽子 就是装饰器

从图中可以看出，装饰器和被装饰的2个特点，也是装饰器模式的关键

装饰器和被装饰对象实现同一个接口；

装饰器中使用了被装饰的对象

代码实现

(1) 抽象构件角色

public interface Person {

/**
* 累积消费
* @return
*/
public double cost();

public void show();
}

(2).老王，被装饰的对象

public class Wang implements Person {
@Override
public double cost() {
return 0;
}

@Override
public void show() {
System.out.println("我是赤裸裸的老王");
}
}

(3).装饰器父类，和被装饰对象实现同一个接口Person

public abstract class ClothesDecorator implements Person {
protected  Person person;

public ClothesDecorator(Person person){
this.person = person;
}
}

(4) 具体的装饰器类：衣服和帽子

public class Jacket extends ClothesDecorator {

public Jacket(Person person){
super(person);
}
@Override
public double cost() {
return person.cost()+100;
}

@Override
public void show() {
person.show();
System.out.println("买了夹克，累计花了"+this.cost());
}
}

public class Hat extends ClothesDecorator{
public Hat(Person person) {
super(person);
}

@Override
public double cost() {
return person.cost()+50;
}

@Override
public void show() {
person.show();
System.out.println("买了帽子，累计花了"+this.cost());

}
}

测试

Person wang = new Wang();

wang  = new Jacket(wang);

wang  = new Hat(wang);

//  wang  = new Hat(new Jacket(wang));

wang.show();

System.out.println("买单：王总共消费"+wang.cost());

输出结果

我是赤裸裸的老王
买了夹克，累计花了100.0
买了帽子，累计花了150.0
买单：王总共消费150.0

如果还要买鞋子，只要动态创建鞋子的装饰类，就可以了，不用修改已经写好的类。也贯彻了开闭原则。

使用装饰器模式的关键点

装饰器和被装饰对象实现同一个接口，实际开发中也可能使用继承。

装饰器中的方法可以调用被装饰对象提供的方法，以此实现功能累加的效果，例如，夹克装饰器和帽子装饰器中调用了 person.cost() + xx 实现累计消费金额的累加。

实际案例

装饰器模式在Java体系中的经典应用是Java I/O，下面讲解字节输入流InputStream

我简单画了UMl图，并用颜色进行了标注



定义中说：“装饰器提供了比继承更有弹性的解决方案”，为甚么这样说？

InputStream假设这里写了两个实现类，FileInputStream，ObjectInputStream分别表示文件字节输入流，对象字节输入流

现在我要给这两个输入流加入一点缓冲功能以提高输入流效率，使用继承的方式，那么就写一个BufferedInputStream，继承FileInputStream，ObjectInputStream，给它们加功能

现在我有另外一个需求，需要给这两个输入流加入一点网络功能，那么就写一个SocketInputStream，继承继承FileInputStream，ObjectInputStream，给它们加功能。

这样就导致2个问题

1）、因为我要给哪个类加功能就必须继承它，比如我要给FileInputStream，ObjectInputStream加上缓冲功能、网络功能就得扩展出2*2=4个类，更多的以此类推，这样势必导致类数量不断膨胀

2）、代码无法复用，给FileInputStream，ObjectInputStream加入缓冲功能，本身代码应该是一样的，现在却必须继承完毕后把一样的代码重写一遍，多此一举，代码修改的时候必须修改多个地方，可维护性很差

所以，这个的时候我们就想到了一种解决方案：

在要扩展的类比如BufferedInputStream中持有一个InputStream的引用，在BufferedInputStream调用InputStream中的方法，这样扩展的代码就可以复用起来.

将BufferedInputStream作为InputStream的子类，这样客户端只知道我用的是InputStream而不需要关心具体实现，可以在客户端不知情的情况下，扩展InputStream的功能，加上缓冲功能

这就是装饰器模式简单的由来，一切都是为了解决实际问题而诞生

代码分析

1、InputStream是一个抽象构件角色

public abstract class InputStream implements Closeable {

// MAX_SKIP_BUFFER_SIZE is used to determine the maximum buffer size to
// use when skipping.
private static final int MAX_SKIP_BUFFER_SIZE = 2048;
...
}

2、被装饰对象ByteArrayInputStream

public
class ByteArrayInputStream extends InputStream {

/**
* An array of bytes that was provided
* by the creator of the stream. Elements <code>buf[0]</code>
* through <code>buf[count-1]</code> are the
* only bytes that can ever be read from the
* stream;  element <code>buf[pos]</code> is
* the next byte to be read.
*/
protected byte buf[];

...
}

3.装饰器父类FilterInputStream

public
class FilterInputStream extends InputStream {
/**
* The input stream to be filtered.
*/
protected volatile InputStream in;

4、具体装饰类BufferedInputStream

public
class BufferedInputStream extends FilterInputStream {

private static int DEFAULT_BUFFER_SIZE = 8192;

/**
* The maximum size of array to allocate.
* Some VMs reserve some header words in an array.
* Attempts to allocate larger arrays may result in
* OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
*/
private static int MAX_BUFFER_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

具体测试

public static void main(String[] args) throws Exception
{
File file = new File("src/test.txt");
InputStream in0 = new FileInputStream(file);
InputStream in1 = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
InputStream in2 = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));
}

我们这里实例化出了三个InputStream的实现类：

in0这个引用指向的是new出来的FileInputStream，这里简单构造出了一个文件字节输入流

in1这个引用指向的是new出来的BufferedInputStream，它给FileInputStream增加了缓冲功能，使得FileInputStream读取文件的内容保存在内存中，以提高读取的功能

in2这个引用指向的是new出来的DataInputStream，它也给FileInputStream增加了功能，因为它有DataInputStream和BufferedInputStream两个附加的功能

半透明装饰器模式与全透明装饰器模式

对于半透明装饰器模式，装饰后的类未必有和抽象构件角色同样的接口方法，它可以有自己扩展的方法

对于全透明装饰器模式，装饰后的类有着和抽象构件角色同样的接口方法

如下面的代码,就是全透明装饰器模式

File file = new File("src/test.txt");
InputStream in0 = new FileInputStream(file);
InputStream in1 = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));

半透明装饰器模式则是

FileInputStream in3 = new FileInputStream(file);
BufferedInputStream in4 = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file));
DataInputStream in5 = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)));

全透明装饰器模式是一种比较理想主义的想法，现实中不太可能出现。

比如BufferedInputStream吧，我把FileInputStream装饰为BufferedInputStream，难道BufferedInputStream就完全没有自己的行为？

装饰器模式的作用是动态给对象增加一些功能，而不需要修改对象本身。

练习

src/src/test.txt 文本内容

hello java78879

装饰类

public class CharacterInputStream extends FilterInputStream {

public CharacterInputStream(InputStream in) {
super(in);
}

@Override
public int read() throws IOException {
//ASCLL码对照,[97,122] 和 [65,90]是英文字母
int c = super.read();
if(c >= 97 && c <= 122 || c >= 65 && c <= 90){
return 32; //32是空格
}else{
return c;
}
}

}

测试

DataInputStream in = new DataInputStream(
new CharacterInputStream(
new FileInputStream("src/test.txt")));

String str;
while((str =  in.readLine()) != null){
System.out.println(str);
}

测试结果

78879

总结

优点：

扩展功能的方式比较灵活；

装饰器模式与继承关系的目的都是要扩展对象的功能，但是装饰器模式可以提供比继承更多的灵活性。装饰器模式允许系统动态决定贴上一个需要的装饰，或者除掉一个不需要的装饰。继承关系是不同，继承关系是静态的，它在系统运行前就决定了

每一个装饰器相互独立，需要修改时不会互相影响。

缺点：

多层装饰比较复杂，就像 Java IO 流，对于初学者不友好。

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