設計模式之【裝飾器模式】

Gopher大威發表於2022-03-16
設計模式

和表妹去喝奶茶

表妹：哥啊，我想喝奶茶。

我：走啊，去哪裡喝？

表妹：走，我帶你去，我經常去的那家，不但好喝，還可以自由搭配很多小料。我每次都是不同的搭配，換著喝，嘻嘻。

我：你倒是挺會喝的嘛~

你看，這不是很像我們設計模式中的裝飾器模式嘛？

在我們生活中，還有很多這樣的例子。比如，女孩子墊個鼻子，整個雙眼皮；男孩子給自己的愛車改個剎車系統，改進氣和排氣系統等。

動態地給一個物件新增一些額外的職責，就增加功能來說，裝飾器模式比生成子類更為靈活。

走，我們來去奶茶店看看。

基於繼承的設計方案

如果使用單純使用繼承的方式來實現奶茶的各種品類的話，結構體系如下圖所示：

 

你看，如果新增一種奶茶，就要繼承父類，新增一個實現子類，如果要新增一種新的搭配，比如，紅豆珍珠果粒奶蓋奶茶，那麼就要繼承已有的子類，也是要新增一個實現子類。那麼，如此不斷新增下去，就會導致繼承體系過於龐大，且類膨脹。

那麼，如果修改已有的子類呢，比如修改紅豆奶蓋，那麼，紅豆珍珠奶蓋也要跟著修改。

所以，維護這樣的業務系統是很難受的。這個時候，裝飾器模式就派上用場啦~

基於裝飾器模式的設計方案

我們先來看看裝飾器模式的UML類圖：

 

  • Component：元件物件的抽象介面，可以給這些物件動態的增加職責/功能。

  • ConcreteComponent：具體的元件的物件，實現元件物件的介面，是被裝飾器裝飾的原始物件，即可以給這個物件動態地新增職責。

  • Decorator：所有裝飾器的抽象父類，實現了元件物件的介面，並且持有一個元件物件（被裝飾的物件）。

  • ConcreteDecorator：具體的裝飾器，具體實現向裝飾物件新增功能。

現在，奶茶店使用裝飾器模式後，如下圖所示：

 

我們之前在學習橋接模式的時候，說過【組合優於繼承】。你看，現在是不是清晰很多了，如果奶茶小料有新增的話，直接實現一個小料的裝飾器即可，客戶想怎麼搭配都可以。接下來，我們看看具體的程式碼實現。

Component：奶茶抽象類，該類定義了製作奶茶的抽象方法。

1 // 奶茶
2 abstract class MilkTea {
3 ​
4     // 製作奶茶的過程
5     public abstract void process();
6 ​
7 }

ConcreteComponent：奶茶店提供的最基本的招牌奶茶，這種奶茶不加任何小料。

 1 // 招牌奶茶
 2 class SignatureMilkTea extends MilkTea {
 3 ​
 4     @Override
 5     // 製作招牌奶茶的過程
 6     public void process() {
 7         System.out.println("招牌奶茶製作完成");
 8     }
 9 ​
10 }

另外2種奶茶：紅豆奶茶和珍珠奶茶，不是用繼承實現，而是用裝飾器實現。這兩種奶茶都是基於上面招牌奶茶新增不同的小料製作而成的。Decorator：為了方便擴充套件，下面實現一個裝飾器的抽象類。

 1 // 奶茶裝飾器
 2 abstract class MilkTeaDecorator extends MilkTea {
 3 ​
 4     private MilkTea milkTea;
 5 ​
 6     public MilkTeaDecorator(MilkTea milkTea) {
 7         this.milkTea = milkTea;
 8     }
 9 ​
10     @Override
11     public void process() {
12         this.milkTea.process();
13     }
14 }

ConcreteDecorator：接下來，就根據這個奶茶裝飾器，實現紅豆奶茶和珍珠奶茶。

 1 // 紅豆奶茶
 2 class RedBeanMilkTea extends MilkTeaDecorator {
 3 ​
 4     public RedBeanMilkTea(MilkTea milkTea) {
 5         super(milkTea);
 6     }
 7 ​
 8     @Override
 9     public void process() {
10         super.process();
11         System.out.println("加點紅豆");
12     }
13 }
14 ​
15 // 珍珠奶茶
16 class BubbleTea extends MilkTeaDecorator {
17 ​
18     public BubbleTea(MilkTea milkTea) {
19         super(milkTea);
20     }
21 ​
22     @Override
23     public void process() {
24         super.process();
25         System.out.println("加點珍珠");
26     }
27 }

昨天，表妹喝了紅豆奶茶：

1 MilkTea milkTea = new SignatureMilkTea();
2 RedBeanMilkTea redBeanMilkTea = new RedBeanMilkTea(milkTea);
3 redBeanMilkTea.process();
4 ​
5 // 列印結果為：
6 // 招牌奶茶製作完成
7 // 加點紅豆

今天，她說她想和紅豆珍珠奶茶：

1 MilkTea milkTea = new SignatureMilkTea();
2 RedBeanMilkTea redBeanMilkTea = new RedBeanMilkTea(milkTea);
3 BubbleTea redBeanBubble = new BubbleTea(redBeanMilkTea);
4 redBeanBubble.process();
5 ​
6 // 列印結果為：
7 // 招牌奶茶製作完成
8 // 加點紅豆
9 // 加點珍珠

你看，是不是很容易就滿足了客戶的需求。那如果還可以加奶蓋，應該怎麼設計呢？

 1 // 奶蓋奶茶
 2 class MilkCapMilkTea extends MilkTeaDecorator {
 3 ​
 4     public MilkCapMilkTea(MilkTea milkTea) {
 5         super(milkTea);
 6     }
 7 ​
 8     @Override
 9     public void process() {
10         super.process();
11         System.out.println("加上奶蓋");
12     }
13 }

你看，直接繼承奶茶裝飾器MilkTeaDecorator，實現一個MilkCapMilkTea類即可，然後客戶想怎麼搭配都可以：

 1 // 奶蓋招牌奶茶
 2 MilkTea milkTea = new SignatureMilkTea();
 3 MilkCapMilkTea milkCapMilkTea = new MilkCapMilkTea(milkTea);
 4 milkCapMilkTea.process();
 5 ​
 6 // 加了紅豆、珍珠和奶蓋的奶茶
 7 MilkTea milkTea = new SignatureMilkTea();
 8 MilkCapMilkTea milkCapMilkTea = new MilkCapMilkTea(milkTea);
 9 RedBeanMilkTea redBeanMilkTea = new RedBeanMilkTea(milkCapMilkTea);
10 BubbleTea luxuryMilkTea = new BubbleTea(redBeanMilkTea);
11 luxuryMilkTea.process();

你看，是不是擴充套件很靈活，遵守了開-閉原則。而且，如果已經有小料裝飾器的話，不管客戶如何搭配，我們都不需要增加實現類，從而避免了類膨脹的問題。

如果使用繼承來實現該業務系統，就會導致繼承體系過於龐大，類膨脹等問題，如果有一天要修改或刪除某一個子類，就會導致牽一髮而動全身，這是非常可怕的。而裝飾器模式提供了一個非常好的解決方案，它把每個要裝飾的“奶茶小料”放在單獨的類中，並讓這個類包裝它所要裝飾的物件（奶茶），因此，當需要新增小料的時候，客戶程式碼就可以在執行時候根據需要有選擇地、按順序地使用裝飾功能包裝物件了。

可能有些同學會問，這不就是代理模式嘛？

裝飾器模式和代理模式的區別

是的，對於裝飾器模式來說，裝飾者和被裝飾者都實現一個介面；對代理模式來說，代理類和委託類也都實現同一個介面。不論我們使用哪一種模式，都可以很容易地在真實物件的方法前面或後面加上自定義的方法。

這裡我們先簡單看一下兩者的區別，另外一篇我們再仔細分析這兩種設計模式的區別哈。

代理模式注重的是對物件的某一功能的流程把控和輔助，它可以控制物件做某些事，重點是為了借用物件的功能完成某一流程，而非物件功能如何。

裝飾器模式注重的是對物件功能的擴充套件，不關心外界如何呼叫，只注重對物件功能加強，裝飾後還是物件本身。

裝飾器模式的優點

  • 比繼承更靈活

    從為物件新增功能的角度來看，裝飾器模式比繼承更靈活。繼承是靜態的，而且一旦繼承所有子類都有一樣的功能。而裝飾器模式採用把功能分離到每個裝飾器當中，然後通過物件組合的方式，在執行時動態地組合功能，每個被裝飾的物件最終有哪些功能，是由執行期動態組合的功能來決定的。

  • 更容易複用功能

    裝飾器模式把一系列複雜的功能分散到每個裝飾器當中，一般一個裝飾器只實現一個功能，使實現裝飾器變得簡單，更重要的是這樣有利於裝飾器功能的複用，可以給一個物件增加多個同樣的裝飾器，也可以把一個裝飾器用來裝飾不同的物件，從而實現複用裝飾器的功能。

  • 簡化高層定義

    裝飾器模式可以通過組合裝飾器的方式，為物件增添任意多的功能。因此在進行高層定義的時候，不用把所有的功能都定義出來，而是定義最基本的就可以了，可以在需要使用的時候，組合相應的裝飾器來完成所需的功能。

裝飾器模式的缺點

  • 會產生很多細粒度物件。

    前面說了，裝飾器模式是把一系列複雜的功能，分散到每個裝飾器當中，一般一個裝飾器只實現一個功能，這樣會產生很多細粒度的物件，而且功能越複雜，需要的細粒度物件越多。

  • 多層的裝飾是比較複雜的。

    就像剝洋蔥一樣，你剝到了最後才發現是最裡層的裝飾出現了問題，這個工作量是很大的。因此，儘量減少裝飾類巢狀的層數，以便降低系統的複雜度。

裝飾器模式的應用場景

  • 需要擴充套件一個類的功能，或給一個類增加附加功能；

  • 需要動態地給一個物件增加功能，這些功能可以再動態地撤銷；

  • 需要為一批的兄弟類進行改裝或加裝功能。

總結

繼承是靜態地給類新增功能，而裝飾器模式則是動態地增加功能。

Java IO類中大量使用了裝飾器模式，學完該模式，可以去看看原始碼中是如何使用的，鞏固知識。

參考

《研磨設計模式》

《設計模式之禪》

https://mp.weixin.qq.com/s/BquPNZmG3tvG562hJm3YsQ

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