浅谈装饰者模式+JAVA I/O中的装饰者模式

Deciscive
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导读

本文主要为三方面的内容：

  1. 装饰者模式的概念和使用

  2. 应用举例

  3. JDK源码中装饰器的使用、执行顺序

学习的目的是对装饰者模式模式有进一步的理解，并运用在自己的项目中；对inputStream装饰器的理解，更好的使用装饰器，例如在 socket 网络编程中、文件读取和操作，或者是自定义装饰器，能熟练运用并掌握其基本的实现原理。

装饰者模式介绍

装饰者模式（Decorator Pattern）也称为装饰器模式，在不改变对象自身的基础上，动态增加额外的职责。属于结构型模式的一种。

**使用装饰者模式的优点：把对象核心职责和要装饰的功能分开了。**非侵入式的行为修改。

UML结构图及其说明

装饰者(Decorate)和被装饰者(concureateCompaonent)拥有相同的接口(compoment),被装饰者是系统的核心组件，完成特定的功能目标，而装饰者是对被装饰者功能进行特定的增强，加上特定的前置以及后置的功能。

角色 作用
组件接口Component 是被装饰者和装饰者的的超类或者接口，定义了具体组件需要增强的核心方法以及装饰者需加强的功能点。
具体组件ConcureateComponent 具体组件实现了组件接口的核心方法，完成某一个具体的业务逻辑。也是被装饰的对象。
装饰者Decorate 实现组件接口，并持有一个具体的 被装饰者对象。
具体装饰者角色 具体实现装饰的业务逻辑，即实现了被分离的各个增强功能点。各个具体的装饰者是可以相互叠加，从而构成一个功能更加强大的 组件独享。

应用举例

网络传输数据包传送需要不断添加头部字段，形成一个新的数据包，这就是一个典型的装饰者模式的举例，想要对内容传输需要对内容添加html文本标记，以及HTTP协议字段，以及Tcp协议字段等信息，这边为了方便显示选择HTTP和HTMl作为举例。

UML结构图

对照上文装饰者模式我们可以轻易的明白各个类的具体含义。

类 对应结构图角色
IPacketCreator Component
ConcureteComponent PacketBodyCtrator
PacketDecorator Decorator
HtmlPacketDecorate ConcreteDecorator
HttpPacketDecorate ConcreteDecorator

具体代码

组件接口定义需要增强的被修饰方法

public interface IPacketCreator {
    public String handleContent();//用于内容处理
}

被修饰对象 处理最核心的业务功能

public class PacketBodyCreator  implements IPacketCreator{
    @Override
    public String handleContent() {
        return "    packet content   ";
    }
}

抽象类 添加组件接口作为属性，实现功能增强

public abstract class PacketDecorator  implements IPacketCreator{
    IPacketCreator component;//功能增强组件

    public PacketDecorator(IPacketCreator component) {
        this.component = component;
    }
}

具体装饰类 对文本内容添加http协议信息

public class HttpPacketDecorate extends PacketDecorator {
    public HttpPacketDecorate(IPacketCreator component) {
        super(component);
    }

    @Override
    public String handleContent() {
        StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder();
        stringBuilder.append("    http Start   ");
        stringBuilder.append(component.handleContent());//被修饰对象方法调用
        stringBuilder.append("     http end     ");
        return stringBuilder.toString();
    }
}

具体修饰类 对文本内容添加html信息

public class HtmlPacketDecorate  extends PacketDecorator{
    public HtmlPacketDecorate(IPacketCreator c) {
        super(c);
    }


    @Override
    public String handleContent() {
        //增强处理将特定的数据分装成html
        StringBuilder stringBuilder=new StringBuilder();
        stringBuilder.append("     html Start    ");
        stringBuilder.append(component.handleContent());//调用组件的增强方法
        stringBuilder.append("     html end      ");
        return stringBuilder.toString();
    }
}

主函数 显示实现效果

public class DecorateMain {
    public static void main(String[] args) {
        IPacketCreator iPacketCreator=new HttpPacketDecorate(new HtmlPacketDecorate(new PacketBodyCreator()));
        System.out.println(iPacketCreator.handleContent());
    }
}

运行结果

通过以上例子可以看出将被修饰对象作为形参传入修饰对象，进行逐层调用，最后才调用被修饰对象的核心方法。

这个简单的例子可以很清楚的了解装饰者模式具体使用的场景以及类之间的关系。

模式总结

优点：
  • 装饰模式与继承关系的目的都是要扩展对象的功能，但是装饰模式可以提供比继承更多的灵活性。
  • 可以通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能，通过配置文件可以在运行时选择不同的装饰器，从而实现不同的行为。
  • 通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合。可以使用多个具体装饰类来装饰同一对象，得到功能更为强大的对象。
  • 具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类，在使用时再对其进行组合，原有代码无须改变，符合“开闭原则”
缺点：
  • 使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象，这些对象的区别在于它们之间相互连接的方式有所不同，而不是它们的类或者属性值有所不同，同时还将产生很多具体装饰类。这些装饰类和小对象的产生将增加系统的复杂度，加大学习与理解的难度。
  • 这种比继承更加灵活机动的特性，也同时意味着装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难，对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐。
适用环境：
  • 在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
  • 需要动态地给一个对象增加功能，这些功能也可以动态地被撤销。
  • 当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。不能采用继承的情况主要有两类：第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；第二类是因为类定义不能继承（如final类）。

JDK源码装饰者模式使用

在JDK源码中，也有不少组件是使用装饰者模式实现，其中比较典型的例子是OutputStream 以及InputStream类的实现，其中InputStream类的方法比较简单，功能也比较弱，但是可以通过各种实现修饰者类的增强可以使他拥有强大的功能。

从源码中我们可以了解到

  • InputStream 是抽象组件；
  • FileInputStream 是 InputStream 的子类，属于具体组件，提供了字节流的输入操作；
  • FilterInputStream 属于抽象装饰者，装饰者用于装饰组件，为组件提供额外的功能。例如 BufferedInputStream 为 FileInputStream 提供缓存的功能。

如果想要实例化一个具有缓存功能的字节流对象时，只需要在 FileInputStream 对象上再套一层 BufferedInputStream 对象即可。

FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(fileInputStream);

在使用socket编程中我们常写的代码为

 bufferedReader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
 bufferedWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));

当第一眼看到这边代码时会认为这也是装饰者模式，因为调用格式跟装饰者太像，但是我们观察类图发现reader类和InputStream类实现相同的组件接口（唯一的一个是closeable接口未定义特殊的接口）

其实在socket中使用的是不止使用了装饰者模式同时还使用了适配器模式，在java中对于文件的读取有两种流，字节流以及字符流。这边简单提及一下以防大家搞混两种模式，不做详细介绍。

字节流：

Java中的字节流处理的最基本单位为单个字节，它通常用来处理二进制数据。

字符流：

Java中的字符流处理的最基本的单元是Unicode码元（大小2字节），它通常用来处理文本数据。

两种流的使用场景不同，所以在代码中我们经常会使用适配器模式对两种流之间进行转换。关于适配器模式讲解等我下次写完再更新吧。如有错误，欢迎指出。

参考博客

java程序性能调优

图说设计模式

cyc2018

设计模式 | 装饰者模式及典型应用

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