装饰者模式——动态扩展对象功能

D调的蜀威
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装饰者模式（Decorator Pattern）的定义：指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式，它属于对象结构型模式。

引言

装饰者，顾名思义就是为了装饰或修饰某个事物的东西。我们日常生活中，经常接触到装饰者相关的场景，比如身上的衣服（装饰人），新房的装修等。装饰，并不改变原来的内容，只是为了达到更好的效果加上额外的功能。

在软件系统中，装饰者模式就是在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责。

问题分析

具体介绍装饰者模式之前，我们先看一个买奶茶场景（说到奶茶是不是就不困了呢）。

在奶茶店里有很多奶茶，如珍珠奶茶、奶绿等。每种奶茶可以加不同的配料，如布丁、燕麦等。然后不同的配料加不同的奶茶都可以组成一杯“新”的品类的奶茶。方便起见，我们假定奶茶只有两个方法：

    /**
     * 1.获取奶茶描述
     */
    public String getDescription();

    /**
     * 2.计价
     * @return
     */
    public double cost();

我们可以这样设计：

  • 奶茶类 MilkyTea；每种单品奶茶（不加配料）继承 MilkTea，有：珍珠奶茶 PearlMilkyTea，奶绿 GreenMilkyTea。
  • 配料 Charge；每种配料继承Charge，有：布丁 Pudding，燕麦 Oat。

如何把奶茶和配料组合再一起呢？有些语言可以用多继承方式，如，珍珠布丁奶茶 PearlPuddingMilkyTea，让其继承珍珠奶茶（PearlMilkyTea） 和 布丁（Pudding）。不过，Java并不支持多继承，所以我们的PearlPuddingMilkyTea只能继承一个类，并重写里面的getDescription和cost方法。

因为奶茶和配料可以任意搭配，如果按着这样的设计，我们将要创建非常多的类，如 珍珠燕麦奶茶类PearlOatMilkyTea，布丁奶绿 GreenPuddingMilkyTea，燕麦奶绿 GreenOatMilkyTea，珍珠燕麦布丁奶茶 PearlOatPuddingMilkyTea... 如果要新增一种配料，又要重新排列组合了！这样也就产生了「类爆炸」。

针对这样的场景，装饰者模式可以大大简化其设计！

装饰者模式的结构

通常装饰者模式有4个角色

  1. 抽象构件（Component）角色：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
  2. 具体构件（ConcreteComponent）角色：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
  3. 抽象装饰（Decorator）角色：继承抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
  4. 具体装饰（ConcreteDecorator）角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。

各角色关系的类图：

image.png

装饰者模式的核心：装饰者和被装饰者都继承同一个抽象构件；同时，装饰者持有一个被装饰者的引用，从而在装饰者内部达到修饰或增强被装饰者的目的。

具体实现

一、抽象构件

// 奶茶抽象类
public abstract class MilkyTea {
    /**
     * 获取奶茶描述
     */
    public abstract String getDescription();

    /**
     * 计价
     * @return
     */
    public abstract double cost();
}

二、具体构件

// 奶绿
public class GreenMilkyTea extends MilkyTea {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "奶绿";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 11;
    }
}

// 珍珠奶茶
public class PearlMilkyTea extends MilkyTea {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "珍珠奶茶";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 11;
    }
}

三、抽象装饰

// 奶茶所加料抽象类
public abstract class Charge extends MilkyTea{

    // 持有被装饰者引用
    protected MilkyTea milkyTea;

    public Charge(MilkyTea milkyTea){
        this.milkyTea = milkyTea;
    }
}

四、具体装饰

/**
 * 布丁
 */
public class Pudding extends Charge{

    public Pudding(MilkyTea milkyTea){
        super(milkyTea);
    }


    @Override
    public String getDescription() {
        return super.milkyTea.getDescription() + "+布丁" ;
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.milkyTea.cost() + 2;
    }
}

/**
 * 燕麦
 */
public class Oat extends Charge {
    public Oat(MilkyTea milkyTea) {
        super(milkyTea);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.milkyTea.getDescription() + "+燕麦";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.milkyTea.cost() + 1;
    }
}

五、客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 珍珠奶茶
        MilkyTea milkyTea = new PearlMilkyTea();
        // 珍珠奶茶加布丁
        milkyTea = new Pudding(milkyTea);

        System.out.println(milkyTea.getDescription() + " " + milkyTea.cost());

        // 再加燕麦
        milkyTea = new Oat(milkyTea);
        System.out.println(milkyTea.getDescription() + " " + milkyTea.cost());

    }
}
// 运行结果：
珍珠奶茶+布丁 13.0
珍珠奶茶+布丁+燕麦 14.0

通过装饰者模式，我们就可以灵活组合奶茶和配料。此外，即使新增一种配料，只需要新增一个配料类，其他地方都不需要额外修改。说明其完全遵守了我们的开闭设计原则。

总结

装饰者模式是一种结构型模式。细心的同学应该会发现它与前面介绍的两种结构型设计模式（《适配器模式：快速兼容旧接口》、《桥接模式——独立多维度变化的解决方案》）非常相似，核心部分都是持有一个对象引用。但其引用对象的功能完全不一样：

  • 适配器模式是对旧接口的引用；

  • 桥接模式是对其他维度对象的引用；

  • 装饰者模式是对被装饰者对象的引用

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