设计模式(三)_装饰器模式 - Kevin_zheng
设计模式(三)_装饰器模式
上篇学习了策略模式，现在回想下，什么是策略模式，好了。本篇主要介绍装饰器模式，just do it!
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 {@Overridepublic double cost() {return 0;}@Overridepublic 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);}@Overridepublic double cost() {return person.cost()+100;}@Overridepublic 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);}@Overridepublic double cost() {return person.cost()+50;}@Overridepublic 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
publicclass 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
publicclass FilterInputStream extends InputStream {/*** The input stream to be filtered.*/protected volatile InputStream in;
4、具体装饰类BufferedInputStream
publicclass 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
根据装饰器模式，我们自定义一个装饰器，将所有的字母转成空格
src/src/test.txt 文本内容
hello java78879
装饰类
public class CharacterInputStream extends FilterInputStream {public CharacterInputStream(InputStream in) {super(in);}@Overridepublic 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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