【软件工程】设计模式——装饰器模式

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装饰器模式

Outline

场景

有时需要在现有代码中添加或删除一些功能，同时对现有的代码结构不会造成影响，并且这些删除或者增加的功能又不足以做成一个子类。这种情况下装饰器模式就会派上用场，因为它能够在不改变现有代码的情况下满足我们的需求。

特点

装饰器聚合了它将要装饰的原有对象，实现了与原有对象相同的接口，代理委托原有对象的所有公共接口调用，并且在子类中实现新增的功能，从而达到上述目的。

目的

装饰器模式的目的是动态扩展现有对象的功能而不更改原有代码。它能够适配原始接口，并且使用组合而不是子类化来扩展功能。

如何实现？

装饰器可以递归使用，它可以应用于现有组件的实现，同时也能被另一个装饰引用，甚至自己引用自己。装饰器接口并不固定于组件接口，可以添加额外的方法，且可以由装饰器的子类使用。
装饰器模式实现示意图
图：装饰器模式实现示意图
注：

  • Component：抽象组件（它可以是一个接口）
  • ComponentImplementation：想装饰的组件之一
  • Decorator：一个抽象的组件装饰器
  • ExtendedComponent：添加额外功能的组件装饰器

代码示例

以下代码展示了如何将一个简单打印ASCII文本的功能，扩展到既能打印ASCII文本又能转换为十六进制字符串输出的功能。

原先代码，只具有打印ASCII文本的功能，使用装饰器，使得原先的功能也可用于打印十六进制代码：

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import java.util.stream.Collectors;

public class Main
{
	public static void main (String[] args) throws java.lang.Exception
	{	
		final String text = "text";
		final PrintText object = new PrintAsciiText();
		// 使用装饰器，使得原先的功能也可用于打印十六进制代码
		final PrintText printer = new PrintTextHexDecorator(object);
		
		object.print(text);
		printer.print(text);
	}
}

interface PrintText {
	public void print(String text);
} 

class PrintAsciiText implements PrintText {
	public void print(String text) {
		System.out.println("Print ASCII: " + text);
	}
}

装饰器

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class PrintTextHexDecorator implements PrintText {
	
	private PrintText inner;

	public PrintTextHexDecorator(PrintText inner) {
		this.inner = inner;
	}
	
	public void print(String text) {
		String hex = text.chars()
				.boxed()
	        	.map(x -> "0x" + Integer.toHexString(x))
	 			.collect(Collectors.joining(" "));
		inner.print(text + " -> HEX: " + hex);
	}
}

优缺点

优点:

  1. 我们知道通过继承的方式可以扩展一个父类的功能，但是我们想想，如果每一个新需求进来我们就创建一个类的子类来扩展其功能，当工程越来越大之后，类的数量将急剧上升，类之间的继承关系也变得错中复杂，这使得代码维护难度越来越大，代码间的耦合度越来越高。
    采用装饰器模式之后，我们想增加一个功能，只需要继承Decorator类即可。使用独立的装饰器，来起到降低耦合的作用
  2. 装饰类和被装饰类可以独立发展，而不会相互耦合。换句话说，Component类无须知道Decorator类，Decorator类是从外部来扩展Component类的功能，而Decorator也不用知道具体的构件
  3. 装饰模式是继承关系的一个替代方案。我们看装饰类Decorator，不管装饰多少层，返回的对象还是Component，实现的还是is-a的关系
  4. 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。装饰模式允许系统动态决定“贴上”一个需要的“装饰”，或者除掉一个不需要的“装饰”。继承关系则不同，继承关系是静态的，它在系统运行前就决定了
  5. 过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，设计师可以创造出很多不同行为的组合。

缺点：

  1. 由于使用装饰模式，可以比使用继承关系需要较少数目的类。使用较少的类，当然使设计比较易于进行。但是，在另一方面，使用装饰模式会产生比使用继承关系更多的对象。更多的对象会使得查错变得困难，特别是这些对象看上去都很相像
  2. 多层的装饰比较复杂

总结

简单来说，就是用多创建几个相对独立的类的方式，降低继承带来的耦合度升高。优势在于更佳灵活、动态、简易。但缺点是在重量级类的编写中，会比继承关系产生更多的对象，在管理、查错以及多重装饰时显得复杂。

Flask就是采用这个模式，因此Flask也相对适合快速开发一些轻量级应用。

适用场景

  1. 一般将此模式应用于具有轻量级接口的类。
  2. 装饰器模式另一种不错的应用方式是将期望的策略注入组件（策略模式），从而扩展功能。这只对特定方法进行局部的改变，而不需要重新实现一个新的方法。

Reference

[1] 卡马尔米特·辛格（Kamalmeet Singh）. Java设计模式及实践 (Java核心技术系列) (Chinese Edition) (Kindle Locations 971-972). Kindle Edition.

[2] 拥抱心中的梦想. 装饰器设计模式. https://juejin.im/post/5b165c03f265da6e5c3c1be8