學習、探究Java設計模式——裝飾者模式__Java

定義

裝飾者模式：在不改變原類檔案以及不使用繼承的情況下，動態地將責任附加到對象上，從而實現動態拓展一個對象的功能。它是通過建立一個封裝對象，也就是裝飾來包裹真實的對象。 設計原則

要使用裝飾者模式，需要滿足以下設計原則：
1、多用組合，少用繼承
2、開放-關閉原則：類應該對拓展開放，對修改關閉 UML類圖

我們先來看看裝飾者模式的類圖，再來詳細講述：

由上自下：
1、Component是基類。通常是一個抽象類別或者一個介面，定義了屬性或者方法，方法的實現可以由子類實現或者自己實現。通常不會直接使用該類，而是通過繼承該類來實現特定的功能，它約束了整個繼承樹的行為。比如說，如果Component代表人，即使通過裝飾也不會使人變成別的動物。
2、ConcreteComponent是Component的子類，實現了相應的方法，它充當了“被裝飾者”的角色。
3、Decorator也是Component的子類，它是裝飾者共同實現的抽象類別（也可以是介面）。比如說，Decorator代表衣服這一類裝飾者，那麼它的子類應該是T恤、裙子這樣的具體的裝飾者。
4、ConcreteDecorator是Decorator的子類，是具體的裝飾者，由於它同時也是Component的子類，因此它能方便地拓展Component的狀態（比如添加新的方法）。每個裝飾者都應該有一個執行個體變數用以儲存某個Component的引用，這也是利用了組合的特性。在持有Component的引用後，由於其自身也是Component的子類，那麼，相當於ConcreteDecorator包裹了Component，不但有Component的特性，同時自身也可以有別的特性，也就是所謂的裝飾。 A Sample

為了更加深刻地理解裝飾者模式，我們來看一個簡單的栗子。首先，我們假設現在有這樣一個需求：你有一家服裝店，賣各式各樣的衣服，現在需要用一個系統來記錄客戶所要購買的衣服的總價，以便方便地結算。那麼在這個例子裡面，我們可以用裝飾者模式，把客戶當做被裝飾者，衣服是裝飾者，這很直觀形象吧，接著我們來一步步實現需求。 Step 1、建立Component基類

因為總體對象是人，所以我們可以把人抽象為基類，建立Person.java:

public abstract class Person {    String description = "Unkonwn";    public String getDescription()    {        return description;    }    public abstract double cost(); //子類應該實現的方法}

Step 2、建立被裝飾者——ConcreteComponent

客戶分為很多種，有兒童、青少年、成年人等，因此我們可以建立不同的被裝飾者，這裡我們建立青少年的被裝飾者，建立Teenager.java：

public class Teenager extends Person {    public Teenager() {        description = "Shopping List:";    }    @Override    public double cost() {        //什麼都沒買，不用錢        return 0;    }}

Step 3、建立Decorator

由於不同的部位有不同的衣物，不能混為一談，比如說，衣服、帽子、鞋子等，那麼這裡我們建立的Decorator為衣服和帽子，分別建立ClothingDecorator.java和HatDecorator.java:

public abstract class ClothingDecorator extends Person {    public abstract String getDescription();}

public abstract class HatDecorator extends Person {    public abstract String getDescription();}

Step 4、建立ConcreteDecorator

上面既然已經建立了兩種Decorator，那麼我們基於它們進行拓展，建立出不同的裝飾者，對於Clothing，我們建立Shirt.java，對於Hat，我們建立Casquette，其實可以根據不同類型的衣物建立更多不同的裝飾者，這裡只是作為示範而建立了兩種。代碼如下所示：

public class Shirt extends ClothingDecorator {    //用執行個體變數儲存Person的引用    Person person;    public Shirt(Person person)    {        this.person = person;    }    @Override    public String getDescription() {        return person.getDescription() + "a shirt  ";    }    @Override    public double cost() {        return 100 + person.cost(); //實現了cost()方法，並調用了person的cost()方法，目的是獲得所有累加值    }}

public class Casquette extends HatDecorator {    Person person;    public Casquette(Person person) {        this.person = person;    }    @Override    public String getDescription() {        return person.getDescription() + "a casquette  "; //鴨舌帽    }    @Override    public double cost() {        return 75 + person.cost();    }}

最後我們在測試類別內測試我們的代碼：

public class Shopping {    public static void main(String[] args) {        Person person = new Teenager();        person = new Shirt(person);        person = new Casquette(person);        System.out.println(person.getDescription() + " ￥ " +person.cost());    }}

先建立一個Teenager對象，接著用Shirt裝飾它，就變成了穿著Shirt的Teenager，再用Casquette裝飾，就變成了戴著Casquette的穿著Shirt的Teenager。運行結果如下所示：

我們梳理一下以上的邏輯，畫出如下所示的韋恩圖：

Teenager、Shirt、Casquette都是繼承自Person基類，但是具體實現不同，Teenager是Person的直接子類，表示了被裝飾者；Teenager、Shirt是裝飾者，儲存了Person的引用，實現了cost()方法，並且在cost()方法內部，不但實現了自己的邏輯，同時也調用了Person引用的cost()方法，即擷取了被裝飾者的資訊，這是裝飾者的一個特點，儲存引用的目的就是為了擷取被裝飾者的狀態資訊，以便將自身的特性加以組合。 特點

以上就是裝飾者模式的一個小栗子，講述了裝飾者的基本用法。通過上述的例子，我們可以總結一下裝飾者模式的特點。
（1）裝飾者和被裝飾者有相同的介面（或有相同的父類）。
（2）裝飾者儲存了一個被裝飾者的引用。
（3）裝飾者接受所有用戶端的請求，並且這些請求最終都會返回給被裝飾者（參見韋恩圖）。
（4）在運行時動態地為對象添加屬性，不必改變對象的結構。

使用裝飾者模式的最大好處就是其拓展性十分良好，通過使用不同的裝飾類來使得對象具有多種多樣的屬性，靈活性比直接繼承好。然而它也有缺點，那就是會出現很多小類，即裝飾類，使程式變得複雜。 應用

學習了裝飾者模式用法、特點以及優缺點後，我們再來看看裝飾者模式在實際開發過程的應用。裝飾者模式在Java中經常出現的地方就是JavaIO。提到JavaIO，腦海中就冒出了大量的類：InputStream、FileInputStream、BufferedInputStream……等，真是頭都大了，其實，這裡面大部分都是裝飾類，只要弄清楚這一點就容易理解了。我們來看看JavaIO是怎樣使用裝飾者模式的。
從字元流來分析，我們知道，有兩個基類，分別是InputStream和OutputStream，它們也就是我們上面所述的Component基類。接著，它有如下子類：FileInputStream、StringBufferInputStream等，它們就代表了上面所述的ConcreteComponent，即裝飾對象。此外，InputStream還有FilterInputStream這個子類，它就是一個抽象裝飾者，即Decorator，那麼它的子類：BufferedInputStream、DataInputStream等就是具體的裝飾者了。那麼，從裝飾者模式的角度來看JavaIO，是不是更加容易理解了呢。

下面，我們來自己實現自己的JavaIO的裝飾者。要實現的功能是：把一段話裡面的每個單詞的首字母大寫。我們先建立一個類：UpperFirstWordInputStream.java

public class UpperFirstWordInputStream extends FilterInputStream {    private int cBefore = 32;    protected UpperFirstWordInputStream(InputStream in) {        //由於FilterInputStream已經儲存了裝飾對象的引用，這裡直接調用super即可        super(in);    }    public int read() throws IOException{        //根據前一個字元是否是空格來判斷是否要大寫        int c = super.read();        if(cBefore == 32)        {            cBefore = c;            return (c == -1 ? c: Character.toUpperCase((char) c));        }else{            cBefore = c;            return c;        }    }}

接著編寫一個測試類別：InputTest.java

public class InputTest {    public static void main(String[] args) throws IOException {        int c;        StringBuffer sb = new StringBuffer();        try {            //這裡用了兩個裝飾者，分別是BufferedInputStream和我們的UpperFirstWordInputStream            InputStream in = new UpperFirstWordInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("test.txt")));            while((c = in.read()) >= 0)            {                sb.append((char) c);            }            System.out.println(sb);        } catch (FileNotFoundException e) {            e.printStackTrace();        }    }}

（注意：上面的test.txt檔案需要你自行建立，放到同一個檔案夾內即可，內容可隨意填寫。）
最後，我們看下運行結果：

好了，本篇文章已經詳細地介紹了裝飾者模式，希望讀者能夠理解並運用到自己的項目中，謝謝你們的閱讀~