装饰者模式

基本概念

装饰者模式：是一种结构型设计模式，动态地将额外责任附加到对象上。对于拓展功能，装饰者提供了子类化之外的弹性替代方案，提供了比子类化更灵活的拓展方案，允许在运行时动态添加或删除对象的行为。

核心思想是：使用装饰者包装原始对象，装饰者与原始对象实现相同接口，从而在不修改原始对象的前提下，为其添加新功能。

核心结构

Component（组件）：定义对象接口，装饰者和被装饰者都实现此接口
ConcreteComponent（具体组件）：接口的具体实现类，即被装饰的原始对象
Decorator（装饰者抽象类）：持有组件引用，实现与组件相同的接口
ConcreteDecorator（具体装饰者）：实现装饰逻辑，为组件添加新功能

示例说明

场景一：有一家咖啡连锁店，需要设计一个下单系统，其中需要设计一个拓展性强且耦合性低的咖啡设计结构，用户能够选择不同的调料，各种调教价格不一，同时存在后续新增的调料。

咖啡基类

// 咖啡基类
public abstract class Beverage {
    String description = ”Unknown Beverage“;
    
    public String getDescription(){
        return description;
    }

    public abstract double cost();
}

改造咖啡基类，负责咖啡的基本属性，如描述等等，计算价格由饮料子类进行重写，如下：


// 浓缩咖啡
public class Espresso extends Beverage{
    
    // 构造对象设置描述
    public Espresso(){
        description = “Espresso”;
    }

    @Override
    public double cost(){
        return 1.99;
    }
}

饮料子类对描述进行设置，同时重新重写cost()方法。这个时候仍需要一个调料，用户可能选择多个调料，描述，价格也需要计算。新增饮料抽象类（装饰者）如下：

// 首先，我们需要和Beverage类建立继承关系，因此我们拓展Beverage类
public abstract class CondimentDecorator extends Beverage{
    
    // 这里是每个装饰者将要包裹的Beverage对象，注意我们使用Beverage超类型来引用到Beverage，因此装饰者可以包裹任何类型的Beverage对象。
    Beverage beverage;
    // 所有调料装饰者都重新实现 getDescription() 方法，因为它们都包含了一个 Beverage 对象。
    public abstract String getDescription();
}

有了这个装饰者抽象类，调料类只需要继承此类即可，如下：

// 摩卡调料
public class Mocha extends CondimentDecorator {
    
    public Mocha(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + “, Mocha”;
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.20 + beverage.cost();
    }
}

Whip调料


// Whip调料
public class Whip extends CondimentDecorator{

    public Whip(Beverage beverage){
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + “, Whip”;
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.10 + beverage.cost();
    }
}

测试验证

public static void main(String[] args) {
        Beverage beverage = new Espresso();
        System.out.println(beverage.getDescription() + “ $” + beverage.cost());
        // 加入调料
        beverage = new Mocha(beverage);
        beverage = new Whip(beverage);
        System.out.println(beverage.getDescription() + “ $” + beverage.cost());
	}

首先创建一个咖啡对象（浓缩咖啡），使用Mocha、Whip对象进行包裹，最后可以获得一份带有Mocha、Whip调料到咖啡，这就是装饰者模式。当前更好的创建装饰者对象的方式可以用到工厂和生成器模式。

关于装饰者模式：

装饰者和所装饰对象有着相同的超类型；
可以用一个或多个装饰者包裹同一个对象；
鉴于装饰者有着和所装饰对象相同的超类型，在需要原始对象的情况下，可以传递一个被装饰的对象；
装饰者在委托给所装饰对象之前或之后添加自己的行为，来做剩下的工作；
对象可以在任何时候被装饰，因此可以在运行时用任意数量的装饰者动态地装饰对象；

类图如下：

总结

优点

灵活扩展功能：无需修改原始类，通过组合方式动态添加功能；
避免子类爆炸：比继承更高效，减少子类数量；
单一职责原则：每个装饰者专注于单一功能，代码更易维护；
动态组合：运行时可自由组合多个装饰者，实现复杂功能；

缺点

类数量增加：大量装饰者类可能导致代码结构复杂；
调试难度：多层装饰可能导致调用链变长，调试更困难；
接口一致性：装饰者必须与组件实现相同接口，限制了扩展性；
管理难度增加：使用装饰者模式，需要管理更多的对象，可能存在使用的遗漏，因此一般装饰者模式可以用其他模式进行创建，如工厂模式、生成器模式；

使用场景

Java IO流：典型的装饰者模式应用
InputStream（组件）、FileInputStream（具体组件）
FilterInputStream（装饰者抽象类）
BufferedInputStream、DataInputStream（具体装饰者）