《JAVA與模式》26天系列—第9天—裝飾模式

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　　裝飾模式又名封裝(Wrapper)模式。裝飾模式以對用戶端透明的方式擴充項物件的功能，是繼承關係的一個替代方案。

裝飾模式的結構

　　裝飾模式以對客戶透明的方式動態地給一個對象附加上更多的責任。換言之，用戶端並不會覺得對象在裝飾前和裝飾後有什麼不同。裝飾模式可以在不使用創造更多子類的情況下，將對象的功能加以擴充。

　　裝飾模式的類圖如下：

　　在裝飾模式中的角色有：

　　●　　抽象構件(Component)角色：給出一個抽象介面，以規範準備接收附加責任的對象。

　　●　　具體構件(ConcreteComponent)角色：定義一個將要接收附加責任的類。

　　●　　裝飾(Decorator)角色：持有一個構件(Component)對象的執行個體，並定義一個與抽象構件介面一致的介面。

　　●　　具體裝飾(ConcreteDecorator)角色：負責給構件對象“貼上”附加的責任。

原始碼

　　抽象構件角色

package com.bankht.Decorator;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:21:22 *  * @類說明 ：抽象構件角色 */public interface Component {public void sampleOperation();}

　具體構件角色

package com.bankht.Decorator;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:22:05 *  * @類說明 ：具體構件角色 */public class ConcreteComponent implements Component {@Overridepublic void sampleOperation() {// TODO Auto-generated method stub// 寫相關的業務代碼}}

　　裝飾角色

package com.bankht.Decorator;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:23:03 *  * @類說明 ：裝飾角色 */public class Decorator implements Component {private Component component;public Decorator(Component component) {this.component = component;}@Overridepublic void sampleOperation() {// 委派給構件component.sampleOperation();}}

　　具體裝飾角色

package com.bankht.Decorator;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:23:34 *  * @類說明 ：具體裝飾角色 */public class ConcreteDecoratorA extends Decorator {public ConcreteDecoratorA(Component component) {super(component);}@Overridepublic void sampleOperation() {super.sampleOperation();// 寫相關的業務代碼}}

 

package com.bankht.Decorator;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:23:34 *  * @類說明 ：具體裝飾角色 */public class ConcreteDecoratorB extends Decorator {public ConcreteDecoratorB(Component component) {super(component);}@Overridepublic void sampleOperation() {super.sampleOperation();// 寫相關的業務代碼}}

齊天大聖的例子

　　孫悟空有七十二般變化，他的每一種變化都給他帶來一種附加的本領。他變成魚兒時，就可以到水裡遊泳；他變成鳥兒時，就可以在天上飛行。

　　本例中，Component的角色便由鼎鼎大名的齊天大聖扮演；ConcreteComponent的角色屬於大聖的本尊，就是猢猻本人；Decorator的角色由大聖的七十二變扮演。而ConcreteDecorator的角色便是魚兒、鳥兒等七十二般變化。

原始碼

　　抽象構件角色“齊天大聖”介面定義了一個move()方法，這是所有的具體構件類和裝飾類必須實現的。

package com.bankht.Decorator.wukong;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:28:23 *  * @類說明 ：抽象構件角色“齊天大聖”介面定義了一個move()方法，這是所有的具體構件類和裝飾類必須實現的。 */// 大聖的尊號public interface TheGreatestSage {public void move();}

 

　　具體構件角色“大聖本尊”猢猻類

package com.bankht.Decorator.wukong;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:28:50 *  * @類說明 ：具體構件角色“大聖本尊”猢猻類 */public class Monkey implements TheGreatestSage {@Overridepublic void move() {// 代碼System.out.println("Monkey Move");}}

　　抽象裝飾角色“七十二變”

package com.bankht.Decorator.wukong;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:29:24 *  * @類說明 ：抽象裝飾角色“七十二變” */public class Change implements TheGreatestSage {private TheGreatestSage sage;public Change(TheGreatestSage sage) {this.sage = sage;}@Overridepublic void move() {// 代碼sage.move();}}

　　具體裝飾角色“魚兒”

package com.bankht.Decorator.wukong;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:29:47 *  * @類說明 ：具體裝飾角色“魚兒” */public class Fish extends Change {public Fish(TheGreatestSage sage) {super(sage);}@Overridepublic void move() {// 代碼System.out.println("Fish Move");}}

　　具體裝飾角色“鳥兒”

package com.bankht.Decorator.wukong;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:30:11 *  * @類說明 ：具體裝飾角色“鳥兒” */public class Bird extends Change {public Bird(TheGreatestSage sage) {super(sage);}@Overridepublic void move() {// 代碼System.out.println("Bird Move");}}

　用戶端類

package com.bankht.Decorator.wukong;/** * @author: 特種兵—AK47 * @建立時間：2012-6-26 上午09:30:32 *  * @類說明 ：用戶端類 */public class Client {public static void main(String[] args) {TheGreatestSage sage = new Monkey();// 第一種寫法TheGreatestSage bird = new Bird(sage);TheGreatestSage fish = new Fish(bird);// 第二種寫法// TheGreatestSage fish = new Fish(new Bird(sage));fish.move();bird.move();}}

 

　　“大聖本尊”是ConcreteComponent類，而“鳥兒”、“魚兒”是裝飾類。要裝飾的是“大聖本尊”，也即“猢猻”執行個體。

　　上面的例子中，系統把大聖從一隻猢猻裝飾成了一隻鳥兒（把鳥兒的功能加到了猢猻身上），然後又把鳥兒裝飾成了一條魚兒（把魚兒的功能加到了猢猻+鳥兒身上，得到了猢猻+鳥兒+魚兒）。

　　如所示，大聖的變化首先將鳥兒的功能附加到了猢猻身上，然後又將魚兒的功能附加到猢猻+鳥兒身上。

　　

裝飾模式的簡化

　　大多數情況下，裝飾模式的實現都要比上面給出的示意性例子要簡單。

　　如果只有一個ConcreteComponent類，那麼可以考慮去掉抽象的Component類（介面），把Decorator作為一個ConcreteComponent子類。如所示：

　　如果只有一個ConcreteDecorator類，那麼就沒有必要建立一個單獨的Decorator類，而可以把Decorator和ConcreteDecorator的責任合并成一個類。甚至在只有兩個ConcreteDecorator類的情況下，都可以這樣做。如所示：

透明性的要求

　　裝飾模式對用戶端的透明性要求程式不要聲明一個ConcreteComponent類型的變數，而應當聲明一個Component類型的變數。

　　用孫悟空的例子來說，必須永遠把孫悟空的所有變化都當成孫悟空來對待，而如果把老孫變成的魚兒當成魚兒，而不是老孫，那就被老孫騙了，而這時不應當發生的。下面的做法是對的：

TheGreatestSage sage = new Monkey();TheGreatestSage bird = new Bird(sage);

 

　　而下面的做法是不對的：

 

Monkey sage = new Monkey();Bird bird = new Bird(sage);

 

半透明的裝飾模式

　　然而，純粹的裝飾模式很難找到。裝飾模式的用意是在不改變介面的前提下，增強所考慮的類的效能。在增強效能的時候，往往需要建立新的公開的方法。即便是在孫大聖的系統裡，也需要新的方法。比如齊天大聖類並沒有飛行的能力，而鳥兒有。這就意味著鳥兒應當有一個新的fly()方法。再比如，齊天大聖類並沒有遊泳的能力，而魚兒有，這就意味著在魚兒類裡應當有一個新的swim()方法。

　　這就導致了大多數的裝飾模式的實現都是“半透明”的，而不是完全透明的。換言之，允許裝飾模式改變介面，增加新的方法。這意味著用戶端可以聲明ConcreteDecorator類型的變數，從而可以調用ConcreteDecorator類中才有的方法：

TheGreatestSage sage = new Monkey();Bird bird = new Bird(sage);bird.fly();

　　半透明的裝飾模式是介於裝飾模式和適配器模式之間的。適配器模式的用意是改變所考慮的類的介面，也可以通過改寫一個或幾個方法，或增加新的方法來增強或改變所考慮的類的功能。大多數的裝飾模式實際上是半透明的裝飾模式，這樣的裝飾模式也稱做半裝飾、半適配器模式。

裝飾模式的優點

　　（1）裝飾模式與繼承關係的目的都是要擴充項物件的功能，但是裝飾模式可以提供比繼承更多的靈活性。裝飾模式允許系統動態決定“貼上”一個需要的“裝飾”，或者除掉一個不需要的“裝飾”。繼承關係則不同，繼承關係是靜態，它在系統運行前就決定了。

　　（2）通過使用不同的具體裝飾類以及這些裝飾類的排列組合，設計師可以創造出很多不同行為的組合。

裝飾模式的缺點

　　由於使用裝飾模式，可以比使用繼承關係需要較少數目的類。使用較少的類，當然使設計比較易於進行。但是，在另一方面，使用裝飾模式會產生比使用繼承關係更多的對象。更多的對象會使得查錯變得困難，特別是這些對象看上去都很相像。

 

設計模式在JAVA I/O庫中的應用

　　裝飾模式在Java語言中的最著名的應用莫過於Java I/O標準庫的設計了。

　　由於Java I/O庫需要很多效能的各種組合，如果這些效能都是用繼承的方法實現的，那麼每一種組合都需要一個類，這樣就會造成大量效能重複的類出現。而如果採用裝飾模式，那麼類的數目就會大大減少，效能的重複也可以減至最少。因此裝飾模式是Java I/O庫的基本模式。

　　Java I/O庫的對象結構圖如下，由於Java I/O的對象眾多，因此只畫出InputStream的部分。

　根據可以看出：

　　●　　抽象構件(Component)角色：由InputStream扮演。這是一個抽象類別，為各種子類型提供統一的介面。

　　●　　具體構件(ConcreteComponent)角色：由ByteArrayInputStream、FileInputStream、PipedInputStream、StringBufferInputStream等類扮演。它們實現了抽象構件角色所規定的介面。

　　●　　抽象裝飾(Decorator)角色：由FilterInputStream扮演。它實現了InputStream所規定的介面。

　　●　　具體裝飾(ConcreteDecorator)角色：由幾個類扮演，分別是BufferedInputStream、DataInputStream以及兩個不常用到的類LineNumberInputStream、PushbackInputStream。

 

 半透明的裝飾模式

　　裝飾模式和適配器模式都是“封裝模式(Wrapper Pattern)”，它們都是通過封裝其他對象達到設計的目的的，但是它們的形態有很大區別。

　　理想的裝飾模式在對被裝飾對象進行功能增強同時，要求具體構件角色、裝飾角色的介面與抽象構件角色的介面完全一致。而適配器模式則不然，一般而言，適配器模式並不要求對來源物件的功能進行增強，但是會改變來源物件的介面，以便和目標介面相符合。

　　裝飾模式有透明和半透明兩種，這兩種的區別就在於裝飾角色的介面與抽象構件角色的介面是否完全一致。透明的裝飾模式也就是理想的裝飾模式，要求具體構件角色、裝飾角色的介面與抽象構件角色的介面完全一致。相反，如果裝飾角色的介面與抽象構件角色介面不一致，也就是說裝飾角色的介面比抽象構件角色的介面寬的話，裝飾角色實際上已經成了一個適配器角色，這種裝飾模式也是可以接受的，稱為“半透明”的裝飾模式，如所示。

　　在適配器模式裡面，適配器類的介面通常會與目標類的介面重疊，但往往並不完全相同。換言之，適配器類的介面會比被裝飾的目標類介面寬。

　　顯然，半透明的裝飾模式實際上就是處於適配器模式與裝飾模式之間的灰色地帶。如果將裝飾模式與適配器模式合并成為一個“封裝模式”的話，那麼半透明的裝飾模式倒可以成為這種合并後的“封裝模式”的代表。

InputStream類型中的裝飾模式

　　InputStream類型中的裝飾模式是半透明的。為了說明這一點，不妨看一看作裝飾模式的抽象構件角色的InputStream的原始碼。這個抽象類別聲明了九個方法，並給出了其中八個的實現，另外一個是抽象方法，需要由子類實現。

public abstract class InputStream implements Closeable {    public abstract int read() throws IOException;     public int read(byte b[]) throws IOException {}    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {}    public long skip(long n) throws IOException {}    public int available() throws IOException {}        public void close() throws IOException {}        public synchronized void mark(int readlimit) {}        public synchronized void reset() throws IOException {}    public boolean markSupported() {}}

　　

　　下面是作為裝飾模式的抽象裝飾角色FilterInputStream類的原始碼。可以看出，FilterInputStream的介面與InputStream的介面是完全一致的。也就是說，直到這一步，還是與裝飾模式相符合的。

 

public class FilterInputStream extends InputStream {    protected FilterInputStream(InputStream in) {}        public int read() throws IOException {}    public int read(byte b[]) throws IOException {}        public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {}    public long skip(long n) throws IOException {}    public int available() throws IOException {}    public void close() throws IOException {}    public synchronized void mark(int readlimit) {}    public synchronized void reset() throws IOException {}    public boolean markSupported() {}}

　下面是具體裝飾角色PushbackInputStream的原始碼。

public class PushbackInputStream extends FilterInputStream {    private void ensureOpen() throws IOException {}        public PushbackInputStream(InputStream in, int size) {}    public PushbackInputStream(InputStream in) {}    public int read() throws IOException {}    public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {}    public void unread(int b) throws IOException {}    public void unread(byte[] b, int off, int len) throws IOException {}    public void unread(byte[] b) throws IOException {}    public int available() throws IOException {}    public long skip(long n) throws IOException {}    public boolean markSupported() {}    public synchronized void mark(int readlimit) {}     public synchronized void reset() throws IOException {}    public synchronized void close() throws IOException {}}

　　查看源碼，你會發現，這個裝飾類提供了額外的方法unread()，這就意味著PushbackInputStream是一個半透明的裝飾類。換言 之，它破壞了理想的裝飾模式的要求。如果用戶端持有一個類型為InputStream對象的引用in的話，那麼如果in的真實類型是 PushbackInputStream的話，只要用戶端不需要使用unread()方法，那麼用戶端一般沒有問題。但是如果用戶端必須使用這個方法，就 必須進行向下類型轉換。將in的類型轉換成為PushbackInputStream之後才可能調用這個方法。但是，這個類型轉換意味著用戶端必須知道它
拿到的引用是指向一個類型為PushbackInputStream的對象。這就破壞了使用裝飾模式的原始用意。

　　現實世界與理論總歸是有一段差距的。純粹的裝飾模式在真實的系統中很難找到。一般所遇到的，都是這種半透明的裝飾模式。

　

　下面是使用I/O流讀取檔案內容的簡單操作樣本。

public class IOTest {    public static void main(String[] args) throws IOException {        // 流式讀取檔案        DataInputStream dis = null;        try{            dis = new DataInputStream(                    new BufferedInputStream(                            new FileInputStream("test.txt")                    )            );            //讀取檔案內容            byte[] bs = new byte[dis.available()];            dis.read(bs);            String content = new String(bs);            System.out.println(content);        }finally{            dis.close();        }    }}

 

　　觀察上面的代碼，會發現最裡層是一個FileInputStream對象，然後把它傳遞給一個BufferedInputStream對象，經過BufferedInputStream處理，再把處理後的對象傳遞給了DataInputStream對象進行處理，這個過程其實就是裝飾器的組裝過程，FileInputStream對象相當於原始的被裝飾的對象，而BufferedInputStream對象和DataInputStream對象則相當於裝飾器。