原创

设计模式基础(七)——装饰器模式

装饰器模式(Decorator Design Pattern),也是一种结构型模式。装饰器模式主要用于类的功能的增强,它使用组合来替代继承,解决了类继承关系过于复杂的问题。除此之外,装饰器模式还有一个特点,那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景,在设计的时候,装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

一、Java IO

装饰器模式最典型的应用就是Java IO 类库。如果对Java IO 做一下分类,我们可以从“字节流”和“字符流”两个维度将它划分为四类:InputStream、OutputStream、Reader、Writer。针对不同的读取和写入场景,Java IO 又在这四个父类基础之上,扩展出了很多子类:



我们可以像下面这样来使用Java IO:

InputStream in = new FileInputStream("/user/wangzheng/test.txt");
InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
  //...
}

看上面的代码,我们会觉得 Java IO 的用法比较麻烦,需要先创建一个 FileInputStream 对象,然后再传递给 BufferedInputStream 对象来使用。

Java IO 为什么不设计一个继承 FileInputStream 并且支持缓存的 BufferedFileInputStream 类呢?这样我们就可以像下面的代码中这样,直接创建一个 BufferedFileInputStream 类对象,打开文件读取数据,用起来岂不是更加简单?

InputStream bin = new BufferedFileInputStream("/user/wangzheng/test.txt");
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
  //...
}

事实上,如果采用继承的方式对类的功能进行扩展,那么当我们需要附加更多的功能时,就会导致类继承结构变得无比复杂,代码既不好扩展,也不好维护。

二、基本原理

Java IO 的设计思路就是将继承关系改为组合关系,下面是装饰器模式的基本代码结构:

// 装饰器模式的代码结构(下面的接口也可以替换成抽象类)
public interface IA {
  void f();
}

public class A impelements IA {
  public void f() { //... }
}

public class ADecorator impements IA {
  private IA a;
  public ADecorator(IA a) {
    this.a = a;
  }

  public void f() {
    // 功能增强代码
    a.f();
    // 功能增强代码
  }
}

可以看到,装饰器类和原始类继承同样的父类,这样我们可以对原始类“嵌套”多个装饰器类。事实上,Java IO 抽象出了一个装饰器父类 FilterInputStream。InputStream 的所有的装饰器类(BufferedInputStream、DataInputStream等)都继承自这个FilterInputStream。这样,装饰器类只需要实现它需要增强的方法就可以了,其他方法继承装饰器父类的默认实现:

public class FilterInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected FilterInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }

  public int read() throws IOException {
    return in.read();
  }

  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);
  }

  public long skip(long n) throws IOException {
    return in.skip(n);
  }

  public int available() throws IOException {
    return in.available();
  }

  public void close() throws IOException {
    in.close();
  }

  public synchronized void mark(int readlimit) {
    in.mark(readlimit);
  }

  public synchronized void reset() throws IOException {
    in.reset();
  }

  public boolean markSupported() {
    return in.markSupported();
  }
}

三、总结

装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题,通过组合来替代继承。它主要的作用是给原始类添加增强功能。这也是判断是否该用装饰器模式的一个重要的依据。

除此之外,装饰器模式还有一个特点,那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景,在设计的时候,装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

正文到此结束
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