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从未这么明白的设计模式(三):装饰器模式

2019.05.23 14:06 526浏览

cover

本文原创地址:jsbintask的博客(食用效果最佳),转载请注明出处!

前言

装饰器模式是为了运行时动态的扩展一个类的功能。它谨遵开闭原则,它实现的关键在于继承和组合的结合使用,解耦对象之间的关系。
各种设计模式学习地址:https://github.com/jsbintask22/design-pattern-learning

栗子

首先我们列举一个案例,并且按照面向对象的思想来对应实体之间的关系。

有一个咖啡店,销售各种各样的咖啡,拿铁,卡布奇洛,蓝山咖啡等,在冲泡前,会询问顾客是否要加糖,加奶,加薄荷等。这样不同的咖啡配上不同的调料就会卖出不同的价格。
Decorator

V1

针对上面的栗子,我们很容易就抽象出对应的实现,如上图。接着,我们就要编写对应的类来实现对应的功能。在这个例子中,主题当然就是咖啡,并且它有一个属性是名字,一个行为 价格,出于“面向对象”的思想,我们自然会设计出抽象类Coffee:
Decorator

public abstract class Coffee {
    /**
     * 获取咖啡得名字
     */
    public abstract String getName();

    /**
     * 获取咖啡的价格
     */
    public abstract double getPrice();
}

接着,按照继承的思想,我们要开始设计出具体的实现类,因为拿铁,卡布奇洛,蓝山搭配上不同的调料(上面三种)会有不同的价格,名字,所以我们至少得设计出 3 X 3 = 9 个类来分别对应它们的名字和价格:
Decorator
嗯!我想不用说这样设计得缺陷也很明显了! 由于不同的咖啡和不同的调料得各种任意组合,使得出现了类爆炸的现象。既然有这么明显的缺陷,那我们当然得改! 我们可以考虑把各种调料当作属性加入到Coffee这个抽象类中,接着在实现类中计算价格和名字时,分别判断是否加入了各种调料包,得到不同的名字和价格!

按照上面的思想,我们的Coffee类现在变成了这样:

public abstract class Coffee {
    // 是否加了牛奶
    protected boolean addedMilk;
    // 是否加了糖
    protected boolean addedSugar;
    // 是否加了薄荷
    protected boolean addedMint;

    /**
     * 获取咖啡得名字
     */
    public abstract String getName();

    /**
     * 获取咖啡的价格
     */
    public abstract double getPrice();
}

接着,我们实现一种咖啡,蓝山咖啡:

public class BuleCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        StringBuilder name = new StringBuilder();
        name.append("蓝山");
        if (addedMilk) {
            name.append("牛奶");
        }
        if (addedMilk) {
            name.append("薄荷");
        }
        if (addedSugar) {
            name.append("加糖");
        }
        return name.toString();
    }

    @Override
    public double getPrice() {
        double price = 10;
        if (addedMilk) {
            price += 1.1;
        }
        if (addedMilk) {
            price += 3.2;
        }
        if (addedSugar) {
            price += 2.7;
        }

        return price;
    }
}

嗯!现在似乎比上面愉快多了。其实不然!我们仔细分析这种设计,会发现它似乎不太符合”封装的思想“,比如说针对拿铁,对于加薄荷而言,对他总是多余的! 而对于蓝山而言,牛奶又显得很多余! 所以这种设计也并不合理。 另外,我们假设coffee,拿铁等实体类来自第三方类库,我们并不能改动这些类的实现, 又要怎么得到名字和价格呢?

这个时候,我们就得使用装饰器模式来动态的扩展类行为! 所以我们设计出V3版本。

V3

开闭原则

首先,我们需要了解一个面向对象的一个基本设计原则:开闭原则,它指的是类应该对修改关闭,对扩展开放

怎么理解呢? 就比如我们上方说的:假如cofee和它的一众实现拿铁,卡布奇洛,蓝山来自第三方类库,并且这个类库已经很”适合“,”实用“了。 而我们为了得到加入不同调料的咖啡的名字和价格,我们就得修改这些实现,而这样的修改,总是免不了稳定性的改变。对原本的系统来说也是一种风险! 所以我们应该 对修改关闭,对扩展开放;

继承和组合

遵循开闭原则,那我们就得对外扩展,那怎么对外扩展呢? 这也是装饰器模式实现的关键,利用继承和组合的结合; 现在我们可以考虑设计出一个装饰类,它也继承自coffee,并且它内部有一个coffee的实例对象:
Decorator
现在,我们多了一个咖啡装饰器: CoffeeDecorator:

public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    private Coffee delegate;

    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.delegate = coffee;
    }

    @Override
    public String getName() {
        return delegate.getName();
    }

    @Override
    public double getPrice() {
        return delegate.getPrice();
    }
}

接着,我们将牛奶,薄荷作为抽象出一个类,继承自CoffeeDecorator,所以,现在类图就成了这样:
Decorator
我们实现一个MilkCoffeeDecorator

public class MilkCoffeeDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkCoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public String getName() {
        return "牛奶, " + super.getName();
    }

    @Override
    public double getPrice() {
        return 1.1 + super.getPrice();
    }
}

按同样的方法可以实现出MintCoffeeDecoratorSugarCoffeeDecorator。接着我们写一个测试类:

public class App {
    public static void main(String[] args) {
        // 得到一杯原始的蓝山咖啡
        Coffee blueCoffee = new BlueCoffee();
        System.out.println(blueCoffee.getName() + ": " + blueCoffee.getPrice());

        // 加入牛奶
        blueCoffee = new MilkCoffeeDecorator(blueCoffee);
        System.out.println(blueCoffee.getName() + ": " + blueCoffee.getPrice());

        // 再加入薄荷
        blueCoffee = new MintCoffeeDecorator(blueCoffee);
        System.out.println(blueCoffee.getName() + ": " + blueCoffee.getPrice());

        // 再加入糖
        blueCoffee = new SugarCoffeeDecorator(blueCoffee);
        System.out.println(blueCoffee.getName() + ": " + blueCoffee.getPrice());
    }
}

Decorator
从结果我们可以看出,随着不断加入各种调料,价格,名字都在改变! 这说明我们加入不同的调料,动态的改变了咖啡的名字和价格!

思考

从上面的最后的装饰器模式的实现来看,我们可以得出以下结论:

  1. 通过装饰器模式可以动态的将责任附加到原有的对象上,而不改变原有的code。
  2. 遵循开闭原则
  3. 装饰者和被装饰者有相同的父类(如栗子中的Coffee)
  4. 可以用多个装饰器装饰同一个对象。(见运行类)
  5. 装饰者可以在被装饰者的行为之前或之后动态的加上自己的行为。(参考装饰实现)
  6. 组合比继承更加的灵活(上面的coffee代理)

扩展

到现在,我们已经实现了一个自己的装饰器,我们来看看jdk中用到的装饰器实现.

IO

我们可以查看FilterInputStream:
Decorator
它的主要是实现者为BufferedInputStream:
Decorator
所以我们经常可以使用BufferedInputStream装饰一个InputStream,比如FileInputStream:
new BufferedInputStream(FileInputStream);
这就是装饰器模式的典型应用。

tomcat

在tomcat的HttpServletRequest的内部实现代码中,RequestFacde继承自HttpServlet,而它内部的实现也是通过代理Request对象,而Request对象继承自HttpServlet,Request内部代理了org.apache.coyote.Request来实现的。

总结

装饰器模式充分展示了组合的灵活。利用它来实现扩展。它同时也是开闭原则的体现。 如果相对某个类实现运行时功能动态的扩展。 这个时候你就可以考虑使用装饰者模式!

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