装饰器模式

一、装饰器模式的定义与特点

装饰器(Decorator)模式的定义：指在不改变现有对象结构的情况下，动态的给对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式，它属于对象结构性模式。

优点

  • 装饰器是继承的有力补充，比继承灵活，在不改变原有对象的情况下，动态的给一个对象扩展功能，即插即用
  • 通过使用不同装饰类及这些装饰类的排列组合，可以实现不同的效果
  • 装饰器模式完全遵守开闭原则

缺点

  • 装饰器模式会增加许多子类，过度使用会增加程序的复杂性

二、装饰器模式的结构与实现

通常情况下，扩展一个类的功能会使用继承方式来实现。但继承具有静态特征，耦合度高，并且随着扩展功能的增多，子类会很膨胀。如果使用组合关系来创建一个包装对象（即装饰对象）来包裹真实对象，并在保持真实对象的类结构不变的前提下，为其提供额外的功能，这就是装饰器模式的目标。

1.模式的结构

装饰器模式主要包含以下角色：

  1. 抽象构件角色：定义一个抽象接口以规范准备接受附加责任的对象。
  2. 具体构件角色：实现抽象构件，通过装饰角色为期添加一些职责。
  3. 抽象装饰角色：继承抽象构件，并包含具体的构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
  4. 具体装饰角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。

装饰器模式的结构图如下：

2.模式的实现

  1. /**
  2.  * @author liyuan
  3.  * @date 2021年06月17日 16:50
  4.  *
  5.  * 抽象构件角色
  6.  */
  7. public interface Component {
  9.     public void operation();
  10. }
  11. /**
  12.  * @author liyuan
  13.  * @date 2021年06月17日 16:50
  14.  *
  15.  * 具体构件角色
  16.  */
  17. public class ConcreteComponent implements Component{
  19.     public ConcreteComponent() {
  20.         System.out.println("创建具体构件角色");
  21.     }
  23.     @Override
  24.     public void operation() {
  25.         System.out.println("调用具体构件角色的方法operation()");
  26.     }
  27. }/**
  28.  * @author liyuan
  29.  * @date 2021年06月17日 16:51
  30.  *
  31.  * 抽象装饰角色
  32.  */
  33. public class Decorator implements Component{
  34.     private Component component;
  36.     public Decorator(Component component) {
  37.         this.component = component;
  38.     }
  40.     @Override
  41.     public void operation() {
  42.         component.operation();
  43.     }
  44. }
  45. /**
  46.  * @author liyuan
  47.  * @date 2021年06月17日 16:53
  48.  *
  49.  * 具体装饰角色
  50.  */
  51. public class ConcreteDecorator extends Decorator{
  52.     public ConcreteDecorator(Component component) {
  53.         super(component);
  54.     }
  56.     @Override
  57.     public void operation() {
  58.         super.operation();
  59.         addFunc();
  60.     }
  62.     private void addFunc() {
  63.         System.out.println("为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");
  64.     }
  65. }
  66. public class Test {
  67.     public static void main(String[] args) {
  68.         Component p = new ConcreteComponent();
  69.         p.operation();
  70.         System.out.println("---------------------------------");
  71.         Component d = new ConcreteDecorator(p);
  72.         d.operation();
  73.     }
  74. }

执行的结果

  1. 创建具体构件角色
  2. 调用具体构件角色的方法operation()
  3. ---------------------------------
  4. 调用具体构件角色的方法operation()
  5. 为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()

三、装饰器模式的应用实例

【例】用装饰器模式实现游戏角色“茉莉卡”的变身

/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 17:17
 *
 * 抽象构件角色：莫莉卡
 */
public interface Morrigan {
    public void display();
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 17:18
 *
 * 具体构件角色：原身
 */
public class original extends JFrame implements Morrigan{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String t = "Morrigan0.jpg";
    public original() {
        super("《恶魔战士》中的莫莉卡·安斯兰");
    }
    public void setImage(String t) {
        this.t = t;
    }
    public void display() {
        this.setLayout(new FlowLayout());
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/com/liyuan/designMode/decorator/example/" + t));
        this.add(l1);
        this.pack();
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        this.setVisible(true);
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 17:20
 *
 * 具体装饰角色：女妖
 */
public class Succubus extends Changer {
    public Succubus(Morrigan m) {
        super(m);
    }
    public void display() {
        setChanger();
        super.display();
    }
    public void setChanger() {
        ((original) super.m).setImage("Morrigan1.jpg");
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 17:20
 *
 * 具体装饰角色：少女
 */
public class Girl extends Changer {
    public Girl(Morrigan m) {
        super(m);
    }
    public void display() {
        setChanger();
        super.display();
    }
    public void setChanger() {
        ((original) super.m).setImage("Morrigan2.jpg");
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 17:19
 *
 * 抽象装饰角色：变形
 */
public class Changer implements Morrigan {
    Morrigan m;
    public Changer(Morrigan m) {
        this.m = m;
    }
    public void display() {
        m.display();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Morrigan m0 = new original();
        m0.display();
        Morrigan m1 = new Succubus(m0);
        m1.display();
        Morrigan m2 = new Girl(m0);
        m2.display();
    }
}

执行的结果如下：

四、装饰器模式的应用场景

前面讲解了关于装饰器模式的结构与特点，下面介绍其适用的应用场景，装饰器模式通常在以下几种情况使用。

  • 当需要给一个现有类添加附加职责，而又不能采用生成子类的方法进行扩充时。例如，该类被隐藏或者该类是终极类或者采用继承方式会产生大量的子类。
  • 当需要通过对现有的一组基本功能进行排列组合而产生非常多的功能时，采用继承关系很难实现，而采用装饰器模式却很好实现。
  • 当对象的功能要求可以动态的添加，也可以再动态的撤销时。

装饰器模式在Java语言中最著名的应用莫过于Java I/O标准库的设计了。例如，InputStream的子类FilterInputStream,OutputStream的子类FilterOutputStream，Reader的紫烈BufferedReader以及FilterReader，还有Writer的子类BufferedWriter/FilterWriter以及printWriter等，他们都是抽象装饰类。

下面的代码是装饰类BufferedReader的例子

BufferedReader in = new BufferedReader(new FileReader("filename.txt"));
String s = in.readLine();

五、装饰器模式的扩展

装饰器模式所包含的4个角色不是任何时候都需要存在的，在有些应用环境下模式是可以简化的，如一下两种情况。

（1）如果只有一个具体构件而没有抽象构件的时候，可以让抽象装饰集成具体构件，其结构如如图所示

代码如下：

/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 16:50
 *
 * 具体构件角色
 */
public class ConcreteComponent{

    public ConcreteComponent() {
        System.out.println("创建具体构件角色");
    }

    public void operation() {
        System.out.println("调用具体构件角色的方法operation()");
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 16:53
 *
 * 具体装饰角色
 */
public class ConcreteDecorator extends Decorator {

    public ConcreteDecorator(ConcreteComponent component) {
        super(component);
    }

    public void operation() {
        super.operation();
        addFunc();
    }

    private void addFunc() {
        System.out.println("为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 16:53
 *
 * 具体装饰角色
 */
public class ConcreteDecorator2 extends Decorator {

    public ConcreteDecorator2(ConcreteComponent component) {
        super(component);
    }

    public void operation() {
        super.operation();
        addFunc();
    }

    private void addFunc() {
        System.out.println("ConcreteDecorator2为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 16:51
 *
 * 抽象装饰角色
 */
public class Decorator extends ConcreteComponent {

    private ConcreteComponent component;

    public Decorator(ConcreteComponent component) {
        this.component = component;
    }

    @Override
    public void operation() {
        super.operation();
    }
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月18日 11:19
 *
 * 如果只有一个具体构件而没有抽象构件的时候，可以让抽象装饰集成具体构件
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ConcreteComponent component = new ConcreteComponent();
        component.operation();
        System.out.println("---------------------------------");
        ConcreteDecorator concreteDecorator = new ConcreteDecorator(component);
        concreteDecorator.operation();
        ConcreteDecorator2 concreteDecorator2 = new ConcreteDecorator2(component);
        concreteDecorator2.operation();
    }
}

（2）如果只有一个具体装饰时，可以将抽象装饰和具体装饰合并，其结构如如图所示

代码如下：

/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 16:50
 *
 * 抽象构件角色
 */
public interface Component {

    public void operation();
}
/**
 * @author liyuan
 * @date 2021年06月17日 16:50
 *
 * 具体构件角色
 */
public class ConcreteComponent implements Component {

    public ConcreteComponent() {
        System.out.println("创建具体构件角色");
    }

    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("调用具体构件角色的方法operation()");
    }
}
/**                                                                        
 * @author liyuan                                                          
 * @date 2021年06月18日 11:23                                                 
 */                                                                        
public class ConcreteDecorator implements Component{                       

    private Component component;                                           

    public ConcreteDecorator(Component component) {                        
        this.component = component;                                        
    }                                                                      


    @Override                                                              
    public void operation() {                                              
        component.operation();                                             
        addFunc();                                                         
    }                                                                      

    private void addFunc() {                                               
        System.out.println("为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");               
    }                                                                      
}                                                                          
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Component component = new ConcreteComponent();
        component.operation();
        System.out.println("-------------------------------");
        ConcreteDecorator concreteDecorator = new ConcreteDecorator(component);
        concreteDecorator.operation();
    }
}