初識設計模式 – 裝飾器模式

簡介

裝飾器模式主要解決的問題是，如果使用子類繼承的方式擴展一個類，隨著擴展功能的增多，子類會非常膨脹，包括子類的數量或子類的方法數。

裝飾器模式其核心還是「用組合替代繼承」，但是相對於普通的組合關係，裝飾器模式還有兩個比較特殊的地方：

  • 裝飾器類和原始類繼承同樣的父類，這樣就可以對原始類「嵌套」多個裝飾器類
  • 裝飾器類是對功能的加強，這也是裝飾器模式應用場景的一個重要特點

具體實現

以圖書館的圖書和借閱者為例，在已定義了實體類的基礎上，增加借書計數的功能。

定義圖書館的抽象類：

public abstract class Library {
    // 借書
    public abstract void borrowBook();
    // 還書
    public abstract void returnBook();
}

定義具體圖書館類繼承抽象圖書館類：

public class ConcreteLibrary extends Library {
    @Override
    public void borrowBook() {
        // 實現類借書
        System.out.println("ConcreteLibrary borrowBook");
    }

    @Override
    public void returnBook() {
        // 實現類還書
        System.out.println("ConcreteLibrary returnBook");
    }
}

定義抽象裝飾器類繼承抽象圖書館類：

public abstract class LibraryDecorator extends Library {
    protected Library library;

    public LibraryDecorator(Library library) {
        this.library = library;
    }

    @Override
    public void borrowBook() {
        this.library.borrowBook();
    }

    @Override
    public void returnBook() {
        this.library.returnBook();
    }
}

再定義具體的裝飾器類繼承抽象裝飾器類：

public class CountingLibrary extends LibraryDecorator {
    private int counter = 0;

    public CountingLibrary(Library library) {
        super(library);
    }

    @Override
    public void borrowBook() {
        this.library.borrowBook();
        this.counter++;
        this.printCounter();
    }

    @Override
    public void returnBook() {
        this.library.returnBook();
        this.counter--;
        this.printCounter();
    }

    private void printCounter() {
        System.out.println("當前的計數是：" + this.counter);
    }
}

具體分類

在實際使用過程中，為了可以單獨調用裝飾器類新增的方法，定義這種形式的裝飾器模式稱為半透明裝飾器模式；而標準的裝飾器模式是透明裝飾器模式。

透明裝飾器模式

在透明裝飾器模式中，要求客戶端完全針對抽象編程，並且可以在具體的裝飾器類中將新增行為都定義為私有方法。

如下是推薦的程式碼示例：

// 使用抽象類型定義對象
Component component = new ConcreteComponent();

如下是不推薦的程式碼示例：

// 使用具體類型定義對象
ConcreteComponent component = new ConcreteComponent();

透明裝飾器模式可以讓客戶端透明地使用裝飾器之前的對象和裝飾之後的對象，無需關心它們的區別，使用上沒有任何差別。因為，對於我們而言，面向的總是最頂層的抽象類。

半透明裝飾器模式

為了能夠調用到新增方法，不得不用具體裝飾器類型來定義裝飾之後的對象，而被裝飾的對象還是可以使用抽象類來定義。

其實，也就是因為使用到具體裝飾器新增的方法，無法確定這個方法是否在其他同類裝飾器上也存在，因此，也就無法嵌套使用裝飾器了。

如下是半透明裝飾器模式的程式碼示例：

// 無論是使用具體類型定義對象
ConcreteComponent component = new ConcreteComponent();
// 或者是使用抽象類型定義對象
Component component = new ConcreteComponent();

// 使用具體裝飾器類型定義
ConcreteDecorator decorator = new ConcreteDecorator(component);
// 再調用具體裝飾器自定義的方法
decorator.otherMethod();

半透明裝飾器模式更加靈活，設計相對簡單，使用起來也很方便。

但是其最大的缺點是不能實現對同一個對象的多次裝飾，而且客戶端需要有區別地地對待裝飾之前的對象和裝飾之後的對象。

總結

優點

裝飾器模式的主要優點如下：

  • 對於擴展一個對象的功能，裝飾器模式比繼承更加靈活，不會導致類的個數急劇增加
  • 可以通過一種動態的方式來擴展一個對象的功能
  • 可以對一個對象進行多次裝飾
  • 具體類和具體裝飾器類可以獨立變化，用戶可以根據需要增加新的具體類和具體裝飾器類，符合開閉原則

缺點

裝飾器模式的主要缺點如下：

  • 使用裝飾器模式進行系統設計時將產生很多小對象，如 Java 的 IO 類庫
  • 裝飾器模式比繼承更加靈活，但是也比繼承更加容易出錯，排錯也很困難

適用場景

裝飾器模式的適用場景如下：

  • 在不影響其他對象的情況下，以動態、透明的方式給單個對象添加職責
  • 類已經被定義為不可被繼承，但是又需要對類進行擴展的情況
  • 系統中存在大量獨立的擴展，為支援每一種擴展或者擴展之間的組合將產生大量的子類，使得子類數目呈爆炸性增長

源碼

在 JDK 中，提供的 IO 類庫使用了裝飾器模式。

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