【Java设计模式】装饰器模式：动态扩展类的功能

【Java设计模式】装饰器模式：动态扩展类的功能

一、概述

装饰器模式允许在不修改对象现有代码的情况下，动态地为对象添加职责。它通过提供一种将对象“包裹”在具有类似接口的对象中的方式来实现这一点，增强了Java设计模式的灵活性。

二、详细解释及实际示例

1. 实际示例：
   • 想象一个咖啡店，你可以在这里定制你的咖啡订单。你从一杯基本的咖啡开始，然后可以添加不同的配料，如牛奶、糖、鲜奶油等。每一种添加物都像是装饰器设计模式中的一个装饰器。基础咖啡对象可以通过动态地添加额外的功能（口味、配料）来进行装饰。例如，你可以从一杯普通咖啡对象开始，然后用一个牛奶装饰器包裹它，接着是一个糖装饰器，最后是一个鲜奶油装饰器。每个装饰器都为咖啡对象添加新的特性或修改其行为，这与装饰器模式在软件设计中的工作方式类似。
2. 通俗解释：
   • 装饰器模式允许你在运行时通过将对象包裹在装饰器类的对象中来动态地改变对象的行为。
3. 维基百科解释：
   • 在面向对象编程中，装饰器模式是一种设计模式，它允许静态或动态地向单个对象添加行为，而不会影响同一类的其他对象的行为。装饰器模式通常对于遵循单一职责原则非常有用，因为它允许将功能划分到具有独特关注领域的类中，同时也符合开闭原则，通过允许在不修改类的情况下扩展类的功能。

三、Java中装饰器模式的编程示例

附近的山上住着一个愤怒的巨魔。通常，它空手而行，但有时它会有武器。要武装巨魔，不需要创建一个新的巨魔，而是动态地用合适的武器装饰它。
首先，我们有一个实现了Troll接口的SimpleTroll：

public interface Troll {void attack();int getAttackPower();void fleeBattle();
}
@Slf4j
public class SimpleTroll implements Troll {@Overridepublic void attack() {LOGGER.info("巨魔试图抓住你！");}@Overridepublic int getAttackPower() {return 10;}@Overridepublic void fleeBattle() {LOGGER.info("巨魔惊恐地尖叫着逃跑了！");}
}

接下来，我们想给巨魔添加一根棍棒。我们可以通过使用装饰器来动态地实现：

@Slf4j
@RequiredArgsConstructor
public class ClubbedTroll implements Troll {private final Troll decorated;@Overridepublic void attack() {decorated.attack();LOGGER.info("巨魔用棍棒向你挥舞！");}@Overridepublic int getAttackPower() {return decorated.getAttackPower() + 10;}@Overridepublic void fleeBattle() {decorated.fleeBattle();}
}

下面是巨魔的实际行动：

  public static void main(String[] args) {// 简单的巨魔LOGGER.info("一个看起来简单的巨魔靠近了。");var troll = new SimpleTroll();troll.attack();troll.fleeBattle();LOGGER.info("简单巨魔的力量：{}.\n", troll.getAttackPower());// 通过添加装饰器来改变简单巨魔的行为LOGGER.info("一个拿着巨大棍棒的巨魔让你惊讶。");var clubbedTroll = new ClubbedTroll(troll);clubbedTroll.attack();clubbedTroll.fleeBattle();LOGGER.info("棍棒巨魔的力量：{}.\n", clubbedTroll.getAttackPower());
}

程序输出：

11:34:18.098 [main] INFO com.iluwatar.decorator.App -- 一个看起来简单的巨魔靠近了。
11:34:18.100 [main] INFO com.iluwatar.decorator.SimpleTroll -- 巨魔试图抓住你！
11:34:18.100 [main] INFO com.iluwatar.decorator.SimpleTroll -- 巨魔惊恐地尖叫着逃跑了！
11:34:18.100 [main] INFO com.iluwatar.decorator.App -- 简单巨魔的力量：10.
11:34:18.100 [main] INFO com.iluwatar.decorator.App -- 一个拿着巨大棍棒的巨魔让你惊讶。
11:34:18.101 [main] INFO com.iluwatar.decorator.SimpleTroll -- 巨魔试图抓住你！
11:34:18.101 [main] INFO com.iluwatar.decorator.ClubbedTroll -- 巨魔用棍棒向你挥舞！
11:34:18.101 [main] INFO com.iluwatar.decorator.SimpleTroll -- 巨魔惊恐地尖叫着逃跑了！
11:34:18.101 [main] INFO com.iluwatar.decorator.App -- 棍棒巨魔的力量：20.

四、何时在Java中使用装饰器模式

装饰器用于：

1. 动态地、透明地为单个对象添加职责，即不影响其他对象，这是Java设计模式的一个关键特性。
2. 对于可以撤回的职责。
3. 由于可能导致子类的激增，扩展类不切实际的情况。
4. 当类定义可能隐藏或无法用于子类化的情况。

五、装饰器模式在Java中的实际应用

1. GUI工具包经常使用装饰器来动态地为组件添加行为，如滚动、边框或布局管理。
2. Java中的java.io.InputStream、java.io.OutputStream、java.io.Reader和java.io.Writer类是使用装饰器模式的著名例子。
3. java.util.Collections#synchronizedXXX()
4. java.util.Collections#unmodifiableXXX()
5. java.util.Collections#checkedXXX()

六、装饰器模式的优点和权衡

优点：

1. 比静态继承更具灵活性。
2. 避免了在层次结构中出现功能繁多的类，展示了Java设计模式的强大之处。
3. 装饰器和它的组件不相同。
4. 职责可以在运行时添加或删除。

权衡：

1. 装饰器和它的组件不相同，因此对象类型的测试将失败。
2. 装饰器可能导致系统中有许多看起来相似的小对象，这使得程序员难以实现所需的配置。
3. 过度使用可能会由于引入众多小类而使代码结构复杂化。

七、源码下载

装饰器模式示例代码下载