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从Java的JDK源码中学设计模式之装饰器模式

ai 2025/7/13 22:27:14

装饰器模式是一种极具弹性的结构型设计模式，它允许我们通过组合的方式动态扩展对象功能而无需修改原有结构。本文将通过JDK源码中的实际应用和通俗易懂的代码示例，带你深入了解这一强大模式的精髓。

装饰器模式核心原理

装饰器模式的核心思想：在原有对象外面"包装"一层新功能，同时保持与被装饰对象相同的接口。它能够：

在不改变对象的前提下增强功能
避免因过度继承导致类爆炸
支持运行时动态添加功能
组合替代继承提高灵活性

Java IO包中的装饰器模式实战

让我们深入JDK源码（Java 17），看看java.io包如何完美应用装饰器模式：

import java.io.*;public class DecoratorInJavaIO {public static void main(String[] args) throws IOException {// 基础数据类型装饰DataInputStream dataInput = new DataInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("data.bin")));// 字符编码转换装饰BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(new FileInputStream("text.txt"), "UTF-8"));// 动态添加行号功能LineNumberReader lineReader = new LineNumberReader(reader);// 动态添加大小写转换装饰器UpperCaseReader upperReader = new UpperCaseReader(lineReader);String line;while ((line = upperReader.readLine()) != null) {int num = upperReader.getLineNumber();System.out.println("Line " + num + ": " + line);}}
}// 自定义装饰器：将内容转为大写
class UpperCaseReader extends FilterReader {protected UpperCaseReader(Reader in) {super(in);}@Overridepublic int read() throws IOException {int c = super.read();return (c == -1) ? c : Character.toUpperCase(c);}@Overridepublic int read(char[] cbuf, int off, int len) throws IOException {int n = super.read(cbuf, off, len);for (int i = off; i < off + n; i++) {cbuf[i] = Character.toUpperCase(cbuf[i]);}return n;}// 增强功能：提供读取整行的方法public String readLine() throws IOException {char[] buffer = new char[1024];int pos = 0;int c;while ((c = read()) != -1) {if (c == '\n') break;buffer[pos++] = (char)c;}if (pos == 0 && c == -1) return null;return new String(buffer, 0, pos);}
}

在上述代码中：

我们使用Java IO的核心装饰器（BufferedInputStream, InputStreamReader）
展示了装饰器链式组合的强大功能
创建了自定义的装饰器UpperCaseReader来扩展原有功能

装饰器模式结构解析

下面使用Mermaid工具展示装饰器模式的类图结构：

图中关键角色：

Component: 被装饰对象的公共接口（如Java的InputStream）
ConcreteComponent: 基础实现（如FileInputStream）
Decorator: 装饰器抽象层（如FilterInputStream）
ConcreteDecorator: 具体装饰器实现（如BufferedInputStream）

JDK中装饰器模式实现原理

分析java.io.FilterInputStream源码：

public class FilterInputStream extends InputStream {protected volatile InputStream in;protected FilterInputStream(InputStream in) {this.in = in;}public int read() throws IOException {return in.read();}// 所有方法都委托给in对象public int read(byte[] b) throws IOException {return read(b, 0, b.length);}public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {return in.read(b, off, len);}// 其他方法...
}

在JDK实现中：

所有具体装饰器都继承自FilterInputStream
每个装饰器持有底层InputStream的引用
基础方法直接委托给底层流
需要增强的方法被重写（如BufferedInputStream缓冲功能）

装饰器模式 vs 继承

特点	装饰器模式	继承
扩展方式	运行时	编译时
组合方式	对象组合	类继承
灵活性	高（动态组合）	低（静态绑定）
功能叠加	线性添加	只能单一路径
修改风险	无（不修改原类）	需要修改类层次

装饰器模式的典型应用场景

输入/输出流处理：Java IO/NIO中的流装饰
Servlet API：HttpServletRequestWrapper装饰请求
Collections工具类：unmodifiableXXX创建不可变视图
JavaFX应用：Node对象的多种样式装饰

// Java集合框架中的装饰器应用
List<String> origin = new ArrayList<>();
List<String> safeList = Collections.checkedList(origin, String.class);
List<String> unmodifiable = Collections.unmodifiableList(origin);