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结构型设计模式之Decorator（装饰器）

news 2025/6/6 23:57:37

结构型设计模式之Decorator（装饰器）

前言：
本案例通过李四举例，不改变源代码的情况下对“才艺”进行增强。

摘要：
摘要：装饰器模式是一种结构型设计模式，允许动态地为对象添加功能而不改变其源代码。本文通过李四的才艺展示案例演示了该模式的应用。关键点包括：1)意图是动态添加职责，比继承更灵活；2)结构包含Component、ConcreteComponent、Decorator和ConcreteDecorator四个角色；3)适用于需要透明扩展对象功能、支持功能撤销或无法使用子类扩展的场景。代码示例展示了如何通过DecoratorA和DecoratorB在原有"画画"才艺基础上逐步添加"唱歌"和"跳舞"功能，体现了装饰器模式的逐层增强特性。运行结果验证了功能的动态叠加效果。

1）意图

动态的给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能而言，Decorator模式比生成子类更加灵活。

2）结构

在这里插入图片描述

其中：

Component 定义一个对象接口，可以给这些对象动态的添加职责。
ConcreteComponent 定义一个对象，可以给这个对象添加一些职责。
Decorator 维持一个指向 Component 对象的指针，并定义一个与Component接口一致的接口。
ConcreteDecorator 向组件添加职责。

3）适用性

Decorator 模式适用于：

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。
处理那些可以撤销的职责。
当不能采用生成子类的方式进行扩充时。一种情况是，可能有大量独立的扩展，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。另一种情况可能是，由于定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。【了解】

4）经典场景设计

1，在不修改现有对象结构的情况下扩展功能（核心场景）：

当你需要给一个类添加新功能，但又不希望（或不能）修改这个类的源代码时（例如，类来自第三方库、是final类、修改风险高）。

当你需要给一个对象添加的功能是可选、可组合的，并且可能需要多种组合方式时。

例子：给一个核心数据读写对象添加加密、压缩、缓存、日志记录、校验等功能。你可以自由组合这些装饰器（如 EncryptionDecorator(CompressionDecorator(CoreDataSource))）。

2，动态添加和撤销职责：

由于装饰器是组合关系，可以在运行时根据需要动态地给对象添加或移除装饰层。

例子：一个文本编辑器中的文本格式化功能。基础 TextComponent 显示纯文本。你可以动态添加 BoldDecorator、ItalicDecorator、ColorDecorator 等来改变文本样式。移除装饰器即可撤销相应样式。

3，避免通过子类进行爆炸性扩展：

当功能组合的可能性非常多时，如果使用继承，需要为每一种可能的组合创建一个子类（如 EncryptedCompressedFile，CachedEncryptedFile，LoggedCachedFile 等），导致类数量急剧膨胀（“类爆炸”）。

装饰器模式通过组合，只需要定义每个独立功能的装饰器类，然后在运行时按需叠加，大大减少了类的数量。

例子：图形用户界面（GUI）组件。基础组件如 SimpleWindow。功能如滚动条（ScrollbarDecorator）、边框（BorderDecorator）、标题栏（TitlebarDecorator）。你可以轻松创建带滚动条和边框的窗口（BorderDecorator(ScrollbarDecorator(SimpleWindow))），而无需创建 BorderedScrollableWindow 这样的特定子类。

4，为对象添加额外的行为，这些行为可能与核心逻辑正交：

有些行为（如日志记录、性能监控、权限检查、事务管理、缓存）是横切关注点，它们独立于对象的核心业务逻辑。

使用装饰器可以将这些横切关注点与核心逻辑解耦，使核心类更专注于自身职责，提高代码的模块化和可维护性。

例子：在服务层或数据访问层接口上添加日志记录（LoggingServiceDecorator）或性能监控（TimingServiceDecorator）功能。核心 ConcreteService 实现业务逻辑，装饰器负责记录调用信息或耗时。

5，替代多重继承（在支持单继承的语言中尤其有用）：

在Java、C#等单继承语言中，装饰器模式提供了一种模拟“拥有多个不同父类行为”的方式，通过组合叠加多个装饰器来实现。

例子：一个游戏角色对象。基础角色有基本属性和行为。可以通过装饰器添加各种“Buff”或“Debuff”效果（如 SpeedBoostDecorator、InvisibleDecorator、PoisonedDecorator），这些效果可以叠加和移除。用继承很难优雅地实现这种动态、临时的效果叠加。

6，I/O流处理（最经典的实现之一）：

Java的 java.io 包和 .NET的 System.IO 包是装饰器模式的教科书级应用。

基础组件如 FileInputStream / FileStream（读取字节/字节数组）。

装饰器如：

BufferedInputStream / BufferedStream：添加缓冲功能，提高效率。

DataInputStream：添加读取基本数据类型（int, float等）的功能。

GZIPInputStream / DeflateStream：添加解压缩功能。

ObjectInputStream：添加反序列化对象的功能。

你可以灵活组合：BufferedInputStream(FileInputStream) 提供缓冲的文件读取；DataInputStream(BufferedInputStream(FileInputStream)) 提供缓冲且能读基本数据类型的文件读取。

7，Web开发中的中间件/拦截器：

在Web框架（如Express.js/Koa.js, ASP.NET Core Middleware）中，处理HTTP请求/响应的管道（Pipeline）经常使用类似装饰器（或责任链+装饰）的思想。

每个中间件组件可以看作是一个装饰器，它接收一个代表核心处理逻辑（或下一个中间件）的“组件”，并在其前后添加自己的处理逻辑（如日志、认证、授权、异常处理、请求/响应转换、缓存）。

例子： AuthenticationMiddleware(AuthorizationMiddleware(LoggingMiddleware(CoreControllerHandler)))。

代码

/*** @author psd 结构性设计模式之装饰模式*/
public class DecoratorDemo {public static void main(String[] args) {Person lisi = new Student("lisi");lisi.operation();lisi = new DecoratorA(lisi);lisi.operation();System.out.println("-----------------------------");lisi = new DecoratorB(lisi);lisi.operation();}
}class DecoratorB extends Decorator {public DecoratorB(Person person) {this.person = person;}@Overridepublic void operation() {person.operation();System.out.println("跳舞");}
}class DecoratorA extends Decorator {public DecoratorA(Person person) {this.person = person;}@Overridepublic void operation() {person.operation();System.out.println("唱歌");}
}abstract class Decorator extends Person {protected Person person;
}class Student extends Person {public Student(String userName) {this.userName = userName;}@Overridepublic void operation() {System.out.println(userName + "才艺：画画");}
}abstract class Person {protected String userName;/*** 才艺描述*/public abstract void operation();
}