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设计模式之装饰模式

钝悟...大约 9 分钟设计设计模式设计设计模式

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

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结构说明

  1. 部件 （Component） 声明封装器和被封装对象的公用接口。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。

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

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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：

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

参考资料

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