Java设计模式之装饰者模式详解和代码实例

什么是装饰者模式？

装饰者模式是一种结构型设计模式，以动态的方式将责任附加到对象上。装饰者提供了与继承相比更为灵活的替代方案，以扩展功能。

装饰者模式的组成

• 抽象构件（Component）：定义装饰者和被装饰者的公共接口。
• 具体构件（ConcreteComponent）：这是被装饰者，这是需要进行功能扩展的对象。
• 装饰者（Decorator）：这是包含被装饰者的实例，装饰者将在被装饰者的行为前面或后面添加一些自己的行为。
• 具体装饰者（ConcreteDecorator）：这个组件通过添加自己的行为来扩展与具体构件（ConcreteComponent）相关联的对象的功能。

装饰者模式的优缺点

优点

• 可以动态的扩展一个对象的功能，而继承无法实现这一点。
• 可以使用多个具体装饰者封装具体构件类形成复合装饰者，从而实现各种不同的装饰效果。
• 装饰者模式符合开闭原则，可以在不修改原有代码的基础上，增加功能或修改装饰器的行为。

缺点

• 使用装饰者模式会产生许多小对象，在一定程序上会增加系统的复杂性和理解难度。
• 装饰者模式会改变对象之间的关系，增加对象的嵌套深度，加重了程序的运行负载，可能会导致性能问题。

装饰者模式的代码实例

下面是一个简单的装饰者模式的实例。

示例一：咖啡店

我们来看一个咖啡店的例子，想要给咖啡加上牛奶、糖、摩卡等等，同时也可能会有不加任何调料的咖啡。

// 抽象构件
interface Beverage {
    int cost();// 获取饮料价格
    String getDescription();// 获取饮料描述
}
// 具体构件
class Coffee implements Beverage {
    private int cost = 10;
    @Override
    public int cost() {
        return cost;
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return "纯咖啡";
    }
}
// 装饰器
class AddonDecorator implements Beverage {
    private Beverage beverage;
    AddonDecorator(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }
    @Override
    public int cost() {
        return this.beverage.cost();
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return this.beverage.getDescription();
    }
}
// 具体装饰器
class Sugar extends AddonDecorator {
    Sugar(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }
    @Override
    public int cost() {
        return super.cost() + 2;
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + " 加糖";
    }
}
class Milk extends AddonDecorator {
    Milk(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }
    @Override
    public int cost() {
        return super.cost() + 3;
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + " 加牛奶";
    }
}
// 测试类
public class TestDecorator {
    public static void main(String[] args) {
        // 纯咖啡
        Beverage beverage = new Coffee();
        System.out.println("纯咖啡价格：" + beverage.cost() + ", 描述：" + beverage.getDescription());

        // 加糖咖啡
        beverage = new Sugar(beverage);
        System.out.println("加糖咖啡价格：" + beverage.cost() + ", 描述：" + beverage.getDescription());

        // 加牛奶咖啡
        beverage = new Milk(beverage);
        System.out.println("加牛奶咖啡价格：" + beverage.cost() + ", 描述：" + beverage.getDescription());

        // 加糖加牛奶咖啡
        beverage = new Milk(new Sugar(new Coffee()));
        System.out.println("加糖加牛奶咖啡价格：" + beverage.cost() + ", 描述：" + beverage.getDescription());
    }
}

在上面的例子中，Beverage 是抽象构件，Coffee 是具体构件，AddonDecorator 是装饰器，Sugar，Milk都是具体装饰器。

示例二：文件读写

下面是一个文件读写的例子。我们要为文件读写增加加密、压缩等其他操作。

// 文件操作接口，抽象构件
interface FileOperation {
    void write(String text);
    String read();
}
// 具体文件操作类，也是具体构件
class TextFile implements FileOperation {
    private String fileName;
    TextFile(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }
    @Override
    public void write(String text) {
        System.out.println("Write to " + fileName + ": " + text);
    }
    @Override
    public String read() {
        return "Text from " + fileName;
    }
}
// 文件操作装饰器
class FileDecorator implements FileOperation {
    private FileOperation file;
    FileDecorator(FileOperation file) {
        this.file = file;
    }
    @Override
    public void write(String text) {
        file.write(text);
    }
    @Override
    public String read() {
        return file.read();
    }
}
// 具体文件加密装饰器
class EncryptedFileDecorator extends FileDecorator {
    EncryptedFileDecorator(FileOperation file) {
        super(file);
    }
    @Override
    public void write(String text) {
        text = text + " [encrypted]";
        super.write(text);
    }
    @Override
    public String read() {
        String text = super.read();
        return text.replace("[encrypted]", "");
    }
}
// 具体文件压缩装饰器
class CompressedFileDecorator extends FileDecorator {
    CompressedFileDecorator(FileOperation file) {
        super(file);
    }
    @Override
    public void write(String text) {
        text = text + " [compressed]";
        super.write(text);
    }
    @Override
    public String read() {
        String text = super.read();
        return text.replace("[compressed]", "");
    }
}
// 测试类
public class TestFileDecorator {
    public static void main(String[] args) {
        //不加任何操作
        FileOperation file = new TextFile("test.txt");
        file.write("Hello World");
        System.out.println("Read from file: " + file.read());

        //加密操作
        file = new EncryptedFileDecorator(file);
        file.write("Hello World");
        System.out.println("Read from file: " + file.read());

        //压缩操作
        file = new CompressedFileDecorator(file);
        file.write("Hello World");
        System.out.println("Read from file: " + file.read());

        //加密和压缩操作
        file = new CompressedFileDecorator(new EncryptedFileDecorator(new TextFile("test.txt")));
        file.write("Hello World");
        System.out.println("Read from file: " + file.read());
    }
}

在上面的例子中，FileOperation 是抽象构件，TextFile 是具体构件，FileDecorator是装饰器，EncryptedFileDecorator，CompressedFileDecorator是具体装饰器。