设计模式之装饰模式

发表于 2015-01-15 更新于 2024-01-27 分类于设计，设计模式本文字数： 6k 阅读时长 ≈ 5 分钟

设计模式之装饰模式

意图

装饰模式 (Decorator) 是一种结构型设计模式，动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，Decorator 模式相比生成子类更为灵活。

装饰对象和真实对象有相同的接口。这样客户端对象就能以和真实对象相同的方式和装饰对象交互。
装饰对象包含一个真实对象的引用（reference）。
装饰对象接受所有来自客户端的请求。它把这些请求转发给真实的对象。
装饰对象可以在转发这些请求以前或以后增加一些附加功能。这样就确保了在运行时，不用修改给定对象的结构就可以在外部增加附加的功能。在面向对象的设计中，通常是通过继承来实现对给定类的功能扩展。

适合场景

如果你希望在无需修改代码的情况下即可使用对象，且希望在运行时为对象新增额外的行为，可以使用装饰模式。
如果用继承来扩展对象行为的方案难以实现或者根本不可行，你可以使用该模式。

结构

结构说明

部件（Component）声明封装器和被封装对象的公用接口。
具体部件 （Concrete Component）类是被封装对象所属的类。它定义了基础行为，但装饰类可以改变这些行为。
基础装饰 （Base Decorator）类拥有一个指向被封装对象的引用成员变量。该变量的类型应当被声明为通用部件接口，这样它就可以引用具体的部件和装饰。装饰基类会将所有操作委派给被封装的对象。
具体装饰类 （Concrete Decorators）定义了可动态添加到部件的额外行为。具体装饰类会重写装饰基类的方法，并在调用父类方法之前或之后进行额外的行为。
客户端 （Client）可以使用多层装饰来封装部件，只要它能使用通用接口与所有对象互动即可。

结构代码范式

Component : 定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。

1
2
3

interface Component {
    public void operation();
}

ConcreteComponent : 实现 Component 定义的接口。

class ConcreteComponent implements Component {
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("初始行为");
    }
}

Decorator : 装饰抽象类，继承了 Component，从外类来扩展 Component 类的功能，但对于 Component 来说，是无需知道 Decorator 的存在的。

class Decorator implements Component {
    // 持有一个 Component 对象，和 Component 形成聚合关系
    protected Component component;

    // 传入要进一步修饰的对象
    public Decorator(Component component) {
        this.component = component;
    }

    @Override
    // 调用要修饰对象的原方法
    public void operation() {
        component.operation();
    }
}

ConcreteDecorator : 具体的装饰对象，起到给 Component 添加职责的功能。

class ConcreteDecoratorA extends Decorator {
    private String addedState = "新属性1";

    public ConcreteDecoratorA(Component component) {
        super(component);
    }

    public void operation() {
        super.operation();
        System.out.println("添加属性: " + addedState);
    }
}

class ConcreteDecoratorB extends Decorator {
    public ConcreteDecoratorB(Component component) {
        super(component);
    }

    public void operation() {
        super.operation();
        AddedBehavior();
    }

    public void AddedBehavior() {
        System.out.println("添加行为");
    }
}

【客户端】

public class DecoratorPattern {
    public static void main(String[] args) {
        Component component = new ConcreteComponent();
        component.operation();

        System.out.println("======================================");
        Decorator decoratorA = new ConcreteDecoratorA(component);
        decoratorA.operation();

        System.out.println("======================================");
        Decorator decoratorB = new ConcreteDecoratorB(decoratorA);
        decoratorB.operation();
    }
}

【输出】

初始行为
======================================
初始行为
添加属性: 新属性1
======================================
初始行为
添加属性: 新属性1
添加行为

伪代码

在本例中，装饰模式能够对敏感数据进行压缩和加密，从而将数据从使用数据的代码中独立出来。

程序使用一对装饰来封装数据源对象。这两个封装器都改变了从磁盘读写数据的方式：

当数据即将被写入磁盘前，装饰对数据进行加密和压缩。在原始类对改变毫无察觉的情况下，将加密后的受保护数据写入文件。
当数据刚从磁盘读出后，同样通过装饰对数据进行解压和解密。装饰和数据源类实现同一接口，从而能在客户端代码中相互替换。

// 装饰可以改变组件接口所定义的操作。
interface DataSource is
    method writeData(data)
    method readData():data

// 具体组件提供操作的默认实现。这些类在程序中可能会有几个变体。
class FileDataSource implements DataSource is
    constructor FileDataSource(filename) { ... }

    method writeData(data) is
        // 将数据写入文件。

    method readData():data is
        // 从文件读取数据。

// 装饰基类和其他组件遵循相同的接口。该类的主要任务是定义所有具体装饰的封
// 装接口。封装的默认实现代码中可能会包含一个保存被封装组件的成员变量，并
// 且负责对其进行初始化。
class DataSourceDecorator implements DataSource is
    protected field wrappee: DataSource

    constructor DataSourceDecorator(source: DataSource) is
        wrappee = source

    // 装饰基类会直接将所有工作分派给被封装组件。具体装饰中则可以新增一些
    // 额外的行为。
    method writeData(data) is
        wrappee.writeData(data)

    // 具体装饰可调用其父类的操作实现，而不是直接调用被封装对象。这种方式
    // 可简化装饰类的扩展工作。
    method readData():data is
        return wrappee.readData()

// 具体装饰必须在被封装对象上调用方法，不过也可以自行在结果中添加一些内容。
// 装饰必须在调用封装对象之前或之后执行额外的行为。
class EncryptionDecorator extends DataSourceDecorator is
    method writeData(data) is
        // 1. 对传递数据进行加密。
        // 2. 将加密后数据传递给被封装对象 writeData（写入数据）方法。

    method readData():data is
        // 1. 通过被封装对象的 readData（读取数据）方法获取数据。
        // 2. 如果数据被加密就尝试解密。
        // 3. 返回结果。

// 你可以将对象封装在多层装饰中。
class CompressionDecorator extends DataSourceDecorator is
    method writeData(data) is
        // 1. 压缩传递数据。
        // 2. 将压缩后数据传递给被封装对象 writeData（写入数据）方法。

    method readData():data is
        // 1. 通过被封装对象的 readData（读取数据）方法获取数据。
        // 2. 如果数据被压缩就尝试解压。
        // 3. 返回结果。


// 选项 1：装饰组件的简单示例
class Application is
    method dumbUsageExample() is
        source = new FileDataSource("somefile.dat")
        source.writeData(salaryRecords)
        // 已将明码数据写入目标文件。

        source = new CompressionDecorator(source)
        source.writeData(salaryRecords)
        // 已将压缩数据写入目标文件。

        source = new EncryptionDecorator(source)
        // 源变量中现在包含：
        // Encryption > Compression > FileDataSource
        source.writeData(salaryRecords)
        // 已将压缩且加密的数据写入目标文件。


// 选项 2：客户端使用外部数据源。SalaryManager（工资管理器）对象并不关心
// 数据如何存储。它们会与提前配置好的数据源进行交互，数据源则是通过程序配
// 置器获取的。
class SalaryManager is
    field source: DataSource

    constructor SalaryManager(source: DataSource) { ... }

    method load() is
        return source.readData()

    method save() is
        source.writeData(salaryRecords)
    // ...其他有用的方法...


// 程序可在运行时根据配置或环境组装不同的装饰堆桟。
class ApplicationConfigurator is
    method configurationExample() is
        source = new FileDataSource("salary.dat")
        if (enabledEncryption)
            source = new EncryptionDecorator(source)
        if (enabledCompression)
            source = new CompressionDecorator(source)

        logger = new SalaryManager(source)
        salary = logger.load()
    // ...

案例

使用示例： 装饰模式在 Java 代码中可谓是标准配置，尤其是在与流式加载相关的代码中。

Java 核心程序库中有一些关于装饰的示例：

java.io.InputStream、 OutputStream、 Reader 和 Writer 的所有代码都有以自身类型的对象作为参数的构造函数。
java.util.Collections； checkedXXX()、 synchronizedXXX() 和 unmodifiableXXX() 方法。
javax.servlet.http.HttpServletRequestWrapper 和 HttpServletResponseWrapper

识别方法：装饰可通过以当前类或对象为参数的创建方法或构造函数来识别。

与其他模式的关系

适配器模式可以对已有对象的接口进行修改，装饰模式则能在不改变对象接口的前提下强化对象功能。此外，装饰还支持递归组合， 适配器则无法实现。
适配器能为被封装对象提供不同的接口，代理模式能为对象提供相同的接口，装饰则能为对象提供加强的接口。
责任链模式和装饰模式的类结构非常相似。两者都依赖递归组合将需要执行的操作传递给一系列对象。但是，两者有几点重要的不同之处。
- 责任链的管理者可以相互独立地执行一切操作，还可以随时停止传递请求。另一方面，各种装饰可以在遵循基本接口的情况下扩展对象的行为。此外，装饰无法中断请求的传递。
组合模式和装饰的结构图很相似，因为两者都依赖递归组合来组织无限数量的对象。
- 装饰类似于组合，但其只有一个子组件。此外还有一个明显不同：装饰为被封装对象添加了额外的职责，组合仅对其子节点的结果进行了 “求和”。
- 但是，模式也可以相互合作：你可以使用装饰来扩展组合树中特定对象的行为。
大量使用组合和装饰的设计通常可从对于原型模式的使用中获益。你可以通过该模式来复制复杂结构，而非从零开始重新构造。
装饰可让你更改对象的外表，策略模式则让你能够改变其本质。
装饰和代理有着相似的结构，但是其意图却非常不同。这两个模式的构建都基于组合原则，也就是说一个对象应该将部分工作委派给另一个对象。两者之间的不同之处在于代理通常自行管理其服务对象的生命周期，而装饰的生成则总是由客户端进行控制。

设计模式之装饰模式

意图

适合场景

结构

结构说明

结构代码范式

伪代码

案例

与其他模式的关系

参考资料