定义
装饰者模式:在不改变原类文件以及不使用继承的情况下,动态地将责任附加到对象上,从而实现动态拓展一个对象的功能。它是通过创建一个包装对象,也就是装饰来包裹真实的对象。
原则
要使用装饰者模式,需要满足以下设计原则:
- 多用组合,少用继承
- 开放-关闭原则:类应该对拓展开放,对修改关闭
UML类图
我们先来看看装饰者模式的类图,再来详细讲述:
由上自下:
Component
是基类。通常是一个抽象类或者一个接口,定义了属性或者方法,方法的实现可以由子类实现或者自己实现。通常不会直接使用该类,而是通过继承该类来实现特定的功能,它约束了整个继承树的行为。比如说,如果Component
代表人,即使通过装饰也不会使人变成别的动物。ConcreteComponen
是Component
的子类,实现了相应的方法,它充当了“被装饰者”的角色。Decorator
也是Component
的子类,它是装饰者共同实现的抽象类(也可以是接口)。比如说,Decorator
代表衣服这一类装饰者,那么它的子类应该是T恤、裙子这样的具体的装饰者。ConcreteDecorator
是Decorator
的子类,是具体的装饰者,由于它同时也是Component
的子类,因此它能方便地拓展Component
的状态(比如添加新的方法)。每个装饰者都应该有一个实例变量用以保存某个Component
的引用,这也是利用了组合的特性。在持有Component的引用后,由于其自身也是Component
的子类,那么,相当于ConcreteDecorator
包裹了Component
,不但有Component
的特性,同时自身也可以有别的特性,也就是所谓的装饰。
实例演示
为了更加深刻地理解装饰者模式,我们来看一个简单的栗子。首先,我们假设现在有这样一个需求:你有一家服装店,卖各式各样的衣服,现在需要用一个系统来记录客户所要购买的衣服的总价,以便方便地结算。那么在这个例子里面,我们可以用装饰者模式,把客户当做被装饰者,衣服是装饰者,这很直观形象吧,接着我们来一步步实现需求。
创建Component基类
因为总体对象是人,所以我们可以把人抽象为基类,新建Person.java:
public abstract class Person { String description = "Unkonwn"; public String getDescription() { return description; } public abstract double cost(); //子类应该实现的方法 }
创建被装饰者——ConcreteComponent
客户分为很多种,有儿童、青少年、成年人等,因此我们可以创建不同的被装饰者,这里我们创建青少年的被装饰者,新建Teenager.java:
public class Teenager extends Person { public Teenager() { this.description = "Shopping List:"; } @Override public double cost() { //什么都没买,不用钱 return 0; } }
创建Decorator
由于不同的部位有不同的衣物,不能混为一谈,比如说,衣服、帽子、鞋子等,那么这里我们创建的Decorator为衣服和帽子,分别新建ClothingDecorator.java
和HatDecorator.java
:
public abstract class ClothingDecorator extends Person { public abstract String getDescription(); }
public abstract class HatDecorator extends Person { public abstract String getDescription(); }
创建ConcreteDecorator
上面既然已经创建了两种Decorator
,那么我们基于它们进行拓展,创建出不同的装饰者,对于Clothing
,我们新建Shirt.java
,对于Hat,我们新建Casquette
,其实可以根据不同类型的衣物创建更多不同的装饰者,这里只是作为演示而创建了两种。代码如下所示:
public class Shirt extends ClothingDecorator { //用实例变量保存Person的引用 Person person; public Shirt(Person person) { this.person = person; } @Override public String getDescription() { return person.getDescription() + "a shirt "; } @Override public double cost() { return 100 + person.cost(); //实现了cost()方法,并调用了person的cost()方法,目的是获得所有累加值 } }
public class Casquette extends HatDecorator { Person person; public Casquette(Person person) { this.person = person; } @Override public String getDescription() { return person.getDescription() + "a casquette "; //鸭舌帽 } @Override public double cost() { return 75 + person.cost(); } }
最后我们在测试类测试我们的代码:
public class Shopping { public static void main(String[] args) { Person person = new Teenager(); person = new Shirt(person); person = new Casquette(person); System.out.println(person.getDescription() + " ¥ " +person.cost()); } }
先创建一个Teenager
对象,接着用Shirt
装饰它,就变成了穿着Shirt
的Teenager
,再用Casquette
装饰,就变成了戴着Casquette
的穿着Shirt
的Teenager
。运行结果如下所示:
Shopping List :a shirt a czsqurtte $175.0
我们梳理一下以上的逻辑,画出如下所示的韦恩图:
Teenager、Shirt、Casquette
都是继承自Person
基类,但是具体实现不同,Teenager
是Person
的直接子类,表示了被装饰者;Teenager、Shirt
是装饰者,保存了Person
的引用,实现了cost()
方法,并且在cost()
方法内部,不但实现了自己的逻辑,同时也调用了Person
引用的cost()
方法,即获取了被装饰者的信息,这是装饰者的一个特点,保存引用的目的就是为了获取被装饰者的状态信息,以便将自身的特性加以组合。
总结
以上就是装饰者模式的一个小栗子,讲述了装饰者的基本用法。总结一下装饰者模式的特点。
- 装饰者和被装饰者有相同的接口(或有相同的父类)。
- 装饰者保存了一个被装饰者的引用。
- 装饰者接受所有客户端的请求,并且这些请求最终都会返回给被装饰者(参见韦恩图)。
- 在运行时动态地为对象添加属性,不必改变对象的结构。
使用装饰者模式的最大好处就是其拓展性十分良好,通过使用不同的装饰类来使得对象具有多种多样的属性,灵活性比直接继承好。然而它也有缺点,那就是会出现很多小类,即装饰类,使程序变得复杂。
扩展阅读
学习了装饰者模式用法、特点以及优缺点后,我们再来看看装饰者模式在实际开发过程的应用。装饰者模式在Java中经常出现的地方就是JavaIO。提到JavaIO,脑海中就冒出了大量的类:InputStream、FileInputStream、BufferedInputStream
……等,真是头都大了,其实,这里面大部分都是装饰类,只要弄清楚这一点就容易理解了。我们来看看JavaIO是怎样使用装饰者模式的。
从字符流来分析,我们知道,有两个基类,分别是InputStream
和OutputStream
,它们也就是我们上面所述的Component
基类。接着,它有如下子类:FileInputStream、StringBufferInputStream
等,它们就代表了上面所述的ConcreteComponent
,即装饰对象。此外,InputStream
还有FilterInputStream
这个子类,它就是一个抽象装饰者,即Decorator
,那么它的子类:BufferedInputStream、DataInputStream
等就是具体的装饰者了。那么,从装饰者模式的角度来看JavaIO,是不是更加容易理解了呢?
下面,我们来自己实现自己的JavaIO的装饰者。要实现的功能是:把一段话里面的每个单词的首字母大写。
我们先新建一个类:UpperFirstWordInputStream.java
public class UpperFirstWordInputStream extends FilterInputStream { private int cBefore = 32; protected UpperFirstWordInputStream(InputStream in) { //由于FilterInputStream已经保存了装饰对象的引用,这里直接调用super即可 super(in); } public int read() throws IOException{ //根据前一个字符是否是空格来判断是否要大写 int c = super.read(); if(cBefore == 32) { cBefore = c; return (c == -1 ? c: Character.toUpperCase((char) c)); }else{ cBefore = c; return c; } } }
接着编写一个测试类:InputTest.java
public class InputTest { public static void main(String[] args) throws IOException { int c; StringBuffer sb = new StringBuffer(); try { //这里用了两个装饰者,分别是BufferedInputStream和我们的UpperFirstWordInputStream InputStream in = new UpperFirstWordInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.txt"))); while((c = in.read()) >= 0) { sb.append((char) c); } System.out.println(sb); } catch (FileNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } } }
(注意:上面的test.txt文件需要你自行创建,放到同一个文件夹内即可,内容可随意填写。) 最后,我们看下运行结果:
Here Are Some Words