设计模式之 装饰者模式

装饰者模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许通过动态地给对象添加额外的功能，而不需要修改对象的结构。装饰者模式通过创建一个装饰类来封装原始对象，并为原始对象提供附加的功能。这种模式使得我们能够在运行时扩展对象的功能，避免了继承的局限性。

装饰者模式的核心思想是在不改变对象自身的情况下，给对象添加额外的职责。通过使用装饰者，可以使得对象的功能变得更加灵活，可以根据需要动态地添加功能。

一、装饰者模式的结构

装饰者模式的结构通常包括以下几个角色：

1. 组件接口（Component）：

   这是一个抽象的接口或类，它定义了被装饰的对象的基本功能。所有的具体组件（ConcreteComponent）和装饰者（Decorator）都需要实现或继承该接口。

2. 具体组件（ConcreteComponent）：

   具体组件是装饰者模式中的核心类，它实现了组件接口，并定义了具体的功能。它是被装饰的对象。

3. 装饰者（Decorator）：

   装饰者类是一个抽象类，它也实现了组件接口，并持有一个组件对象的引用。它的主要作用是通过在方法中调用组件对象的方法，然后再为其添加新的功能。

4. 具体装饰者（ConcreteDecorator）：

   具体装饰者是装饰者的子类，它在装饰者类的基础上，提供附加功能的实现。通过具体装饰者，可以实现不同的装饰功能。

二、装饰者模式的工作原理

装饰者模式的基本工作原理是：通过将一个组件（具体对象）传递给装饰者类，并通过装饰者来扩展其功能。装饰者类通常会持有一个指向组件接口的引用，这样就可以在不改变原有类的情况下，通过装饰者对象动态添加额外的功能。

装饰者模式可以理解为“在现有对象的外层包裹一个新的类”，通过组合的方式，而不是继承的方式，来扩展对象的功能。

三、装饰者模式的示例

示例：咖啡店

在咖啡店的业务中，我们可能需要为每一杯咖啡添加不同的配料（如牛奶、糖等）。我们可以使用装饰者模式来实现这个需求。

• 抽象咖啡（组件接口）

  public class Coffee {private double price;private String desc;//描述public double getPrice() {return price;}public void setPrice(double price) {this.price = price;}public String getDesc() {return desc;}public void setDesc(String desc) {this.desc = desc;}public Coffee() {}public Coffee(double price, String desc) {this.price = price;this.desc = desc;}
  }

• 具体咖啡（具体组件）

  public class Americano extends Coffee{public Americano() {super(10,"美式咖啡");}
  }

  public class Latte extends Coffee{public Latte() {super(8, "拿铁咖啡");}
  }

•  装饰者类

  public class Decorator extends Coffee{private Coffee coffee;public Coffee getCoffee() {return coffee;}public void setCoffee(Coffee coffee) {this.coffee = coffee;}public Decorator(double price, String desc, Coffee coffee) {super(price, desc);this.coffee = coffee;}
  }
  

•  具体装饰者（加糖，加奶）

  public class Sugar extends Decorator {public Sugar(Coffee coffee){super(1,"加糖",coffee);}@Overridepublic double getPrice() {return getCoffee().getPrice() + super.getPrice();}@Overridepublic String getDesc() {return getCoffee().getDesc() + super.getDesc();}
  }
  

  public class Milk extends Decorator{public Milk(Coffee coffee) {super(2, "加奶", coffee);}@Overridepublic double getPrice() {return getCoffee().getPrice() + super.getPrice();}@Overridepublic String getDesc() {return getCoffee().getDesc() + super.getDesc();}
  }

•  测试类

  public class Client {public static void main(String[] args) {Coffee coffee = new Americano();System.out.println(coffee.getDesc() + ": " + coffee.getPrice());coffee = new Sugar(coffee);System.out.println(coffee.getDesc() + ": " + coffee.getPrice());coffee = new Milk(coffee);System.out.println(coffee.getDesc() + ": " + coffee.getPrice());}
  }

•  运行结果

解释

• Coffee是一个基础的咖啡类,定义了咖啡的基础属性
• Decorator是装饰者类，它包装了一个Coffee对象
• Milk和Sugar是具体装饰者类，它们分别为咖啡添加了牛奶和糖的费用。
• 客户端可以选择性地给咖啡添加不同的装饰（例如，先加牛奶，再加糖），而且这些装饰类可以按需组合。

四、装饰者模式的优缺点

优点：

1. 更灵活的扩展功能：

   • 装饰者模式可以在不修改原始类的情况下，动态地给对象添加新功能，从而增加了系统的灵活性。

2. 避免了类的爆炸性增长：

   • 使用装饰者模式可以避免过多的继承层次结构，如果使用继承的话，会导致类的数量急剧增加。而通过装饰者，可以根据需要动态添加功能，保持系统结构的简洁性。

3. 支持对象的职责分离：

   • 每个装饰者负责提供一个具体的功能，可以使得不同的功能职责分离，避免单一类承担过多的责任。

4. 符合开闭原则：

   • 装饰者模式遵循了开闭原则，即对扩展开放，对修改封闭。通过装饰器，我们可以在不修改原始代码的情况下为对象添加新功能。

缺点：

1. 增加了系统复杂度：

   • 由于使用了多个装饰类，可能会导致系统中装饰类的数量过多，增加了管理和理解的难度。

2. 可能会使得代码变得难以追踪：

   • 因为装饰者会包裹原始对象并改变其行为，过多的装饰者链可能使得程序的行为变得难以理解和调试。

3. 性能开销：

   • 每增加一个装饰者，都会增加一次方法调用的开销。如果装饰链很长，可能会影响性能。

五、装饰者模式的应用场景

装饰者模式适用于以下几种场景：

1. 需要动态地为对象添加功能时：

   • 如果一个类需要动态地增加一些附加功能，而不是通过继承来实现，装饰者模式是一个很好的选择。

2. 避免类的爆炸性增长：

   • 如果通过继承的方式去增加功能，会导致类的数量激增。使用装饰者模式，可以避免这种问题，并保持代码的简洁性。

3. 功能可以独立扩展：

   • 如果对象的功能是可以独立扩展的，可以使用装饰者模式。在每个装饰类中，只负责某个特定功能的增强。

4. 允许客户端按需增加功能：

   • 如果希望用户可以选择性地为对象增加某些功能，可以使用装饰者模式。每个装饰者都可以单独工作，也可以组合使用。