定義

裝飾器模式又名包裝(Wrapper)模式。裝飾器模式以對(duì)客戶端透明的方式拓展對(duì)象的功能，是繼承關(guān)系的一種替代方案。

裝飾器模式的結(jié)構(gòu)

裝飾器模式以對(duì)客戶透明的方式動(dòng)態(tài)的給一個(gè)對(duì)象附加上更多的責(zé)任。換言之，客戶端并不會(huì)覺(jué)得對(duì)象在裝飾前和裝飾后有什么不同。裝飾器模式可以在不是用創(chuàng)造更多子類的情況下，將對(duì)象的功能加以拓展。

裝飾器模式的類圖如下：

裝飾器模式的類圖

在裝飾器模式中的角色有：

• 抽象構(gòu)件(Component)角色：給出一個(gè)抽象接口，已規(guī)范準(zhǔn)備接收附加責(zé)任的對(duì)象。
• 具體構(gòu)件(ConcreteComponent)角色：定義一個(gè)將要接收附加責(zé)任的類
• 裝飾(Decorator)角色：持有一個(gè)構(gòu)件(Component)對(duì)象的實(shí)例，并定義一個(gè)與抽象構(gòu)件接口一致的接口。
• 具體裝飾(ConcreteDecorator)角色：負(fù)責(zé)給構(gòu)件對(duì)象“貼上”附加的責(zé)任。

示例代碼

抽象構(gòu)件角色

public interface Component {
    public void sampleOpreation();
}

具體構(gòu)件角色：

public class ConcreteComponent implements Component {
    @Override
    public void sampleOpreation() {
        // TODO 完成相關(guān)的業(yè)務(wù)代碼
    }
}

裝飾角色

public class Decorator implements Component {
    private Component component;
    
    public Decorator(Component component) {
        this.component = component;
    }
    
    @Override
    public void sampleOpreation() {
        //委派給構(gòu)件
        component.sampleOpreation();
    }

}

具體裝飾角色

public class ConcreteDecoratorA extends Decorator {
    public ConcreteDecoratorA(Component component) {
        super(component);
    }
    
    @Override
    public void sampleOpreation() {
        super.sampleOpreation();
        //TODO 完成相關(guān)的業(yè)務(wù)代碼
    }
}

public class ConcreteDecoratorB extends Decorator {
    public ConcreteDecoratorB(Component component) {
        super(component);
    }
    
    @Override
    public void sampleOpreation() {
        super.sampleOpreation();
        //TODO 完成相關(guān)的業(yè)務(wù)代碼
    }
}

齊天大圣的例子

孫悟空有七十二般變化，他的沒(méi)一種變化都給他帶來(lái)一種附加的本領(lǐng)。他變成魚(yú)兒時(shí)，就已到水里游泳；他變成鳥(niǎo)兒時(shí)，就可以在天上飛行。

本例中，Component的角色便是由大名鼎鼎的齊天大圣扮演；ConcreteComponent的角色屬于大圣的本尊，就是猢猻本人；Decorator的角色由大圣的七十二變扮演。而ConcreteDecorator的角色就是魚(yú)兒、鳥(niǎo)兒等七十二般變化。

齊天大圣和七十二變的關(guān)系

示例代碼

抽象構(gòu)件角色“齊天大圣”接口，定義了一個(gè)move()方法，這是所有的具體構(gòu)建類和裝飾類必須實(shí)現(xiàn)的。

public interface TheGreatestSage {
    public void move();
}

具體構(gòu)件角色“大圣本尊”，猢猻類

public class Monkey implements TheGreatestSage {
    @Override
    public void move() {
        System.out.println("Monkey move");
    }
}

抽象裝飾角色“七十二變”

public class Change implements TheGreatestSage {
    private TheGreatestSage sage;
    
    public Change(TheGreatestSage sage) {
        this.sage = sage;
    }
    @Override
    public void move() {
        this.sage.move();
    }
}

具體裝飾角色，“魚(yú)兒”和“鳥(niǎo)兒”

public class Fish extends Change {
    public Fish(TheGreatestSage sage) {
        super(sage);
    }
    
    @Override
    public void move() {
        super.move();
        System.out.println("Change fish move");
    }
}

public class Bird extends Change {
    public Bird(TheGreatestSage sage) {
        super(sage);
    }
    
    @Override
    public void move() {
        super.move();
        System.out.println("Change bird move");
    }
}

客戶端類

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        TheGreatestSage sage = new Monkey();
        //第一種寫(xiě)法
        TheGreatestSage bird = new Bird(sage);
        bird.move();
        
        //第二種寫(xiě)法
        TheGreatestSage fish = new Fish(new Bird(sage));
        fish.move();
    }
}

大圣本尊是ConcreteComponent類，而“鳥(niǎo)兒”、“魚(yú)兒”是裝飾類，要裝飾的是大圣本尊，也就是猢猻類實(shí)例。

上面的例子中，系統(tǒng)把大圣從一直猢猻裝飾成一只鳥(niǎo)兒（把鳥(niǎo)兒的功能加到了猢猻身上），然后又把鳥(niǎo)兒裝飾成一條魚(yú)兒（把魚(yú)兒的功能裝飾到猢猻+鳥(niǎo)兒身上），從而得到最終呈現(xiàn)猢猻+鳥(niǎo)兒+魚(yú)兒的結(jié)果。

大圣裝飾過(guò)程

如上圖所示，大圣的變化首先將鳥(niǎo)兒的功能附加到猢猻身上，然后又將魚(yú)兒的功能附加到猢猻+鳥(niǎo)兒身上。

裝飾模式的簡(jiǎn)化

大多數(shù)情況下，裝飾模式的實(shí)現(xiàn)都要比上面的示意性例子要簡(jiǎn)單。

如果只有一個(gè)ConcreteComponent類，那么可以考慮去掉抽象的Component類(接口)，把Decorator作為一個(gè)ConcreteComponent的子類。如下圖所示：

合并抽象構(gòu)件和具體構(gòu)件

如果只有一個(gè)ConcreteDecorator類，那么就沒(méi)有必要建立一個(gè)單獨(dú)的Decorator類，而可以把Decorator和ConcreteDecorator的責(zé)任合并成一個(gè)類。甚至在只有兩個(gè)ConcreteDecorator類的情況下，都可以這樣做，如下圖所示：

合并裝飾構(gòu)件和具體裝飾構(gòu)件

透明性的要求

裝飾模式對(duì)客戶端的透明性要求程序不要聲明給一個(gè)ConcreteComponent類型的變量，而應(yīng)當(dāng)聲明一個(gè)Component類型的變量。

用孫悟空的例子來(lái)說(shuō)，必須永遠(yuǎn)把孫悟空的所有變化都當(dāng)成孫悟空來(lái)對(duì)待，而如果吧孫悟空變成的魚(yú)兒當(dāng)成魚(yú)兒，而不是孫悟空，那么就被孫悟空騙了，而這是不應(yīng)當(dāng)發(fā)生的。下面的做法是對(duì)的。

TheGreatestSage sage = new Monkey();
TheGreatestSage bird = new Bird(sage);

而下面的做法是不對(duì)的：

Monkey sage = new Monkey();
Bird bird = new Bird(sage);

半透明的裝飾模式

然而，純粹的裝飾模式很難找到。裝飾模式的用意是在不改變接口的前提下，增強(qiáng)所考慮的類的性能。在增強(qiáng)性能的時(shí)候，往往要建立新的公開(kāi)的方法。即便是在孫大圣的系統(tǒng)里，也需要新的方法。比如齊天大圣并沒(méi)有飛行的能力，而鳥(niǎo)兒有。這就意味著鳥(niǎo)兒應(yīng)該有一個(gè)新的fly()方法。再比如，齊天大圣并沒(méi)有游泳的能力，而魚(yú)兒有，著就意味著魚(yú)兒應(yīng)該有一個(gè)新的swim()方法。

這就導(dǎo)致了大多數(shù)的裝飾模式的實(shí)現(xiàn)都是“半透明”的，而不是完全透明的。換而言之，允許裝飾模式改變接口，增加新的方法。這意味著客戶端可以聲明ConcreteDecorator類型的變量，從而可以調(diào)用ConcreteDecorator類中才有的方法：

TheGreatestSage sage = new Monkey();
Bird bird = new Bird(sage);
bird.fly();

半透明的裝飾模式是介于裝飾模式和適配器模式之間的。適配器模式的用意是改變所考慮的類的接口，也可以通過(guò)改寫(xiě)一個(gè)或幾個(gè)方法，或增加新的方法來(lái)增強(qiáng)或改變所考慮的類的功能。大多數(shù)的裝飾模式實(shí)際上是半透明的裝飾模式，這樣的裝飾模式也稱作半裝飾、半適配器模式。

裝飾模式的優(yōu)點(diǎn)

1. 裝飾模式與繼承關(guān)系的目的都是要拓展對(duì)象的功能，但是裝飾模式可以提供比繼承更多的靈活性。裝飾模式允許系統(tǒng)動(dòng)態(tài)決定“貼上”一個(gè)需要的“裝飾”，或者“除掉”一個(gè)不需要的“裝飾”。繼承關(guān)系則不同，繼承關(guān)系是靜態(tài)的，它在系統(tǒng)運(yùn)行前就決定了。
2. 通過(guò)不同的具體裝飾類以及這些裝飾類的排列組合，設(shè)計(jì)師可以創(chuàng)造出更多不同行為的組合。

裝飾模式的缺點(diǎn)

由于使用裝飾模式，可以比使用繼承關(guān)系需要較少數(shù)目的類。使用較少的類，當(dāng)然使設(shè)計(jì)比較易于進(jìn)行。但是，在另外一方面，使用裝飾模式會(huì)產(chǎn)生比使用繼承關(guān)系所產(chǎn)生的更多的對(duì)象。而更多的對(duì)象會(huì)使得查找錯(cuò)誤更為困難，特別是這些對(duì)象在看上去極為相似的時(shí)候。

裝飾設(shè)計(jì)模式在JAVA I/O庫(kù)中的應(yīng)用

裝飾模式在Java語(yǔ)言中最著名的應(yīng)用莫過(guò)于JAVA I/O標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的設(shè)計(jì)了。

?由于JAVA I/O庫(kù)需要很多性能的各種組合，如果這些性能都是用繼承的方法實(shí)現(xiàn)的，那么每一種組合都需要一種類，這樣就會(huì)造成大量性能重復(fù)的類出現(xiàn)。而如果采用裝飾模式，那么類的數(shù)目就會(huì)大大減少，性能的重復(fù)也可以減至最小。因此裝飾模式是JAVA I/O?庫(kù)的基本模式。

JAVA I/O庫(kù)的對(duì)象結(jié)構(gòu)如下圖，由于JAVA I/O庫(kù)的對(duì)象眾多，因此只畫(huà)出InputStream的部分。

InputStream結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)上圖可以看出：

• 抽象構(gòu)建角色(Component)：由InputStream扮演。這是一個(gè)抽象類，為各種子類型提供統(tǒng)一的接口。
• 具體構(gòu)件角色(ConcreteComponent)：由ByteArrayInputStream、FileInputStream、StringBufferInputStream等類扮演。它們實(shí)現(xiàn)了抽象構(gòu)件角色所規(guī)定的接口。
• 抽象裝飾角色(Decorator)：由FilterInputStream、ObectInputStream等類扮演。它們實(shí)現(xiàn)了InputStream所規(guī)定的接口。
• 具體裝飾角色(ConcreteDecorator)：由幾個(gè)類扮演，分別是BufferedInputStream、DataInputStream以及兩個(gè)不常用到的類LineNumberInputStream、PushbackInputStream。

半透明的裝飾模式

裝飾模式和適配器模式都是“包裝模式(Wrapper Pattern)”，它們都是通過(guò)封裝其他的對(duì)象達(dá)到設(shè)計(jì)的目的的，但是它們的形態(tài)有很多區(qū)別。

理想的裝飾模式在對(duì)被裝飾的對(duì)象進(jìn)行功能增強(qiáng)的同時(shí)，要求具體構(gòu)件角色、裝飾角色的接口與抽象構(gòu)件角色的接口完全一致。而適配器模式則不然，一般而言，適配器模式并不要求對(duì)源對(duì)象的功能進(jìn)行增強(qiáng)，但是會(huì)改變?cè)磳?duì)象的接口，以便和目標(biāo)接口相吻合。

裝飾模式有透明和半透明兩種，這兩種的區(qū)別就在與裝飾角色的接口與抽象構(gòu)件角色的接口是否完全一致。透明的裝飾模式也就時(shí)理想的裝飾模式，要求具體構(gòu)件角色、裝飾角色的接口與抽象構(gòu)件角色的接口完全一致。相反，如果裝飾角色的接口與抽象構(gòu)件角色的接口不一致，也就說(shuō)明裝飾角色的接口比抽象構(gòu)件角色的接口寬的話，裝飾角色實(shí)際上已經(jīng)成為了一個(gè)適配器角色，這種裝飾模式也是可以接受的，稱為“半透明”的裝飾模式，如下圖所示：

透明與半透明的裝飾模式

在適配器模式里面，適配器模式的接口通常會(huì)與目標(biāo)類的接口重疊，但往往并不完全相同。換句話說(shuō)，適配類的接口會(huì)比被適配的目標(biāo)類接口寬。

顯然，半透明的裝飾模式實(shí)際上處于適配器模式與裝飾模式之間的灰色地帶。如果裝飾模式和適配器模式合并稱為一個(gè)“包裝模式”的話，那么半透明的裝飾模式倒是可以成為這種合并后的“包裝模式“的代表。

InputStream類型中的裝飾模式

InputStream類型中的裝飾模式是半透明的。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，不妨看一看裝飾模式的抽象構(gòu)建角色InputStream抽象類的源代碼。這個(gè)抽象類聲明了九個(gè)方法，并給出了其中八個(gè)的實(shí)現(xiàn)，另外一個(gè)是抽象方法，需要子類實(shí)現(xiàn)。

public abstract class InputStream implements Closeable {
    public abstract int read() throws IOException;
    
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }
    
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
        //……
    }
    
    public long skip(long n) throws IOException {
        //……
    }
    
    public int available() throws IOException {
        //……
    }
    
    public void close() throws IOException {}
    
    public synchronized void mark(int readlimit) {}
    
    public synchronized void reset() throws IOException {
        throw new IOException("mark/reset not supported");
    }
    
    public boolean markSupported() {
        return false;
    }
}

下面是作為裝飾模式的抽象裝飾角色FilterInputStream類的源代碼?？梢钥闯觯?code>FilterInputStream的接口與InputStream的接口是完全一致的，也就是說(shuō)，直到這一步，還是與裝飾模式相吻合的。

public class FilterInputStream extends InputStream {
    public int read() throws IOException {
        return in.read();
    }
    
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }
    
    public int read(byte b[]) throws IOException {
        return read(b, 0, b.length);
    }
    
    public long skip(long n) throws IOException {
        return in.skip(n);
    }
    
    public int available() throws IOException {
        return in.available();
    }
    
    public void close() throws IOException {
        in.close();
    }
    
    public synchronized void mark(int readlimit) {
        in.mark(readlimit);
    }
    
    public synchronized void reset() throws IOException {
        in.reset();
    }
    
    public boolean markSupported() {
        return in.markSupported();
    }
}

下面是具體裝飾角色PushbackInputStream的源代碼：

public class PushbackInputStream extends FilterInputStream {
    private void ensureOpen() throws IOException {
        if (in == null)
            throw new IOException("Stream closed");
    }
    
    public int read() throws IOException {
        //……
    }
    
    public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        //……
    }
    
    public void unread(int b) throws IOException {
        //……
    }
    
    public void unread(byte[] b, int off, int len) throws IOException {
        //……
    }
    
    public void unread(byte[] b) throws IOException {
        unread(b, 0, b.length);
    }
    
    public int available() throws IOException {
        //……
    }
    
    public long skip(long n) throws IOException {
        //……
    }
    
    public boolean markSupported() {
        return false;
    }
    
    public synchronized void mark(int readlimit) {
    }
    
    public synchronized void reset() throws IOException {
        throw new IOException("mark/reset not supported");
    }
    
    public synchronized void close() throws IOException {
        //……
    }
}

通過(guò)查看源代碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)裝飾類提供了額外的方法unread()，這就意味著PushbackInputStream是一個(gè)半透明的裝飾類。換句話說(shuō)，它破壞了理想的裝飾模式的要求。如果客戶端持有一個(gè)類型為InputStream對(duì)象的引用in的話，那么如果in的真實(shí)類型是PushbackInputStream的話，只要客戶端不需要使用unread()方法，那么客戶端一般沒(méi)有問(wèn)題。但是如果客戶端必須使用這個(gè)方法，就必須進(jìn)行向下類型轉(zhuǎn)換。將in的類型轉(zhuǎn)換成為PushbackInputStream之后才可能調(diào)用這個(gè)方法。但是，這個(gè)類型轉(zhuǎn)換意味著客戶端必須知道它拿到的引用是指向一個(gè)類型為PushbackInputStream的對(duì)象。這就破壞了使用裝飾模式的原始用意。

現(xiàn)實(shí)世界與理論總歸是有一段差距的。純粹的裝飾模式在真實(shí)的系統(tǒng)中很難找到。一般所遇到的，都是這種半透明的裝飾模式。

示例程序

下面是使用I/O流讀取文件內(nèi)容的簡(jiǎn)單示例

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.IOException;

public class InputStreamTest {
    public static void main(String[] args) {
        DataInputStream dis = null;
        try {
            dis = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(
                            new FileInputStream("23.txt")
                            )
                    );
            byte[] bytes = new byte[dis.available()];
            dis.read(bytes);
            String content = new String(bytes);
            System.out.println(content);
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                dis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

觀察上面的代碼，會(huì)發(fā)現(xiàn)最里層是一個(gè)FileInputStream對(duì)象，然后把它傳遞給一個(gè)BufferedInputStream對(duì)象，經(jīng)過(guò)BufferedInputStream對(duì)象處理后，再將處理后的對(duì)象傳遞給DataInputStream對(duì)象進(jìn)行處理。這個(gè)過(guò)程，其實(shí)就是裝飾器的組裝過(guò)程，FileInputStream對(duì)象相當(dāng)于原始的被裝飾的對(duì)象，而BufferedInputStream對(duì)象和DataInputStream對(duì)象則相當(dāng)于裝飾器。

參考

《JAVA與模式》之裝飾模式