读headFirst设计模式 - 装饰者模式

继承可以在复用父类代码的情况下扩展父类的功能，但同时继承增加了对象之间的耦合度，所以要慎用继承。那么有没有既能扩展父类的功能，又能使对象间解耦的方法呢？答案是肯定的，这就是我们今天要学习的装饰者模式。待会你会看到我会用装饰者模式组装一台电脑。不过现在还是先把书上的例子学习一下。

 

学习书上的例子

Starbuzz咖啡店的系统需要更新一下，他们原来的系统是这样的：

 

可以看到，顾客购买饮料时有具体的子类提供并返回饮料的价格。购买咖啡时，可以在其中加入一些调料，比如蒸奶（Steamed Milk）、豆浆（Soy）、摩卡（Mocha，也就是巧克力风味）或覆盖奶泡。Starbuzz会根据所加入的调料收取不同的费用。那么这怎么做呢？也许我们会想到这样的几种解决方法：

1.列出所有的饮料和调料的组合方式。好吧，我想没有人会这么做，这样组合情况太多，用书上的一种说法叫“类爆炸”。

2.在Beverage类中设置各种调料的boolean值以表示是否需要这种调料，如boolean milk, 然后用cost计算出加入各种调料后的价格，然后在子类的cost方法中调用父类的cost方法并加上饮料本身的价格。

分析第2中情况：听起来还不错，但一旦加入新的调料就得修改Beverage类。如果研究出了一种新型的饮料，里面的某些调料可能并不合适，这样导致了饮料拥有加入不合适的调料的方法，这样有什么后果，这样可能会出现一些不好的后果，我们在策略模式一章中就受到教训了（橡皮鸭会飞）。还有如果我想要双倍摩卡了，怎么办？

 

尝试解决问题

现在问题已经出现了，怎么解决呢？人们购买咖啡很自然的状态可能是这样的：先购买一杯咖啡，然后想要什么调料就购买什么调料，想要多少就购买多少。于是我们想这样是否能解决问题：先创建一杯咖啡，然后创建调料并和咖啡动态的组合在一起。通过动态地组合对象，可以写新的代码添加新功能，而无须修改现有代码。既然没有改变现有代码，那么引进bug或产生意外副作用的机会将大幅度减少。这就需要用到装饰者模式。

 

软件设计原则

开放-关闭原则：类应该对扩展开放，对修改关闭。

 

定义装饰者模式

动态地将责任附加到对象上。若要扩展功能，装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。

 

让Starbuzz的饮料符合装饰者模式

需要解释一个这个图：Beverage类是饮料的抽象类，所有的饮料都要继承自这个类，它有一个获得描述的方法（getDescription()）和一个计算价格的抽象方法cost()。4个具体的咖啡类（如Espresso的）继承了Beverage类并重写了cost方法。CondimentDecorator类是一个抽象的装饰类，也继承了Beverage，Milk等是具体的装饰类，在计算价格时在饮料的价格上再加上调料的价格，在获得描述时在描述饮料的时候加上了调料的描述，所以说装饰者增加了行为到被装饰者的对象上。

前面说过要慎用继承，装饰者模式是通过动态的组合对象来添加新的功能，那么这里的CondimentDecorator类为什么继承了Beverage类呢？其实，这里使用继承并不是为了继承行为，而是为了保持类型匹配。也就是说在需要被装饰者类型的时候可以用装饰者类型替换。这样可能不太明白，我举个CondimentDecorator没有继承Beverage的例子：假如顾客点了一杯浓缩咖啡Espresso，需要加入的调料为牛奶Milk和摩卡Mocha，我们需要先创建一杯Espresso从而得到espresso对象，然后将espresso对象作为参数传入创建Milk对象，CondimentDecorator milk = new Milk(espresso); 这样就在浓缩咖啡中加入了牛奶，可是还需要加入摩卡啊，这样是不能同时加入牛奶和摩卡的，所以CondimentDecorator继承Beverage是为了保持类型匹配。

 

开始工作

首先需要抽象的饮料和具体的饮料

Beverage：

/**
 * 抽象饮料类
 */
public abstract class Beverage {
    protected String description = "Unknow Beverage";
    //对饮料的描述
    public String getDescription() {
        return description;
    }
    
    //计算价格
    public abstract double cost();
}

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浓缩咖啡Espresso：

/**
 * 浓缩咖啡
 */
public class Espresso extends Beverage {
    public Espresso() {
        description = "Espresso";
    }
    
    @Override
    public double cost() {
        return 1.99;
    }
}

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具体的饮料只具有自己的描述和价格，其他具体的饮料见下面附录A

接着添加抽象装饰者和具体装饰者，具体的调料装饰者将自己的价格和描述附加到饮料的价格和描述上。

 

抽象调料装饰者CondimentDecorator：

/**
 * 调料装饰者，具体的调料必须添加自己的描述
 */
public abstract class CondimentDecorator extends Beverage {
    public abstract String getDescription();
}

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具体调料装饰者摩卡Mocha：

/**
 * 摩卡，继承自调料装饰者
 */
public class Mocha extends CondimentDecorator {
    private Beverage beverage;
    
    public Mocha(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Mocha";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.20 + beverage.cost();
    }
}

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其他具体调料见下面附录B

其实可以看到，每个具体的调料类中都要Beverage对象的引用，既然这样可以把Beverage对象引用放到CondimentDecorator类中，大家可以自己调整一下，这里我就不做调整了。我会在后面组装电脑的例子中把被装饰类的引用放到抽象装饰类中。

 

测试一下DecoratorTest：

/**
 * 装饰者该做的事就是增加行为到被包装的对象上
 */
public class DecoratorTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Beverage darkRoast = new DarkRoast();
        System.out.println(darkRoast.getDescription() + "\t" + darkRoast.cost());
        System.out.println("---------------------");
        
        Beverage espresso = new Espresso();
        espresso = new Mocha(espresso);
        espresso = new Mocha(espresso);
        espresso = new Soy(espresso);
        System.out.println(espresso.getDescription() + "\t" + espresso.cost());
    }
}

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装饰者该做什么：

通过例子可以看到装饰者该做的是：装饰者该做的事就是增加行为到被包装的对象上。

 

jdk中的装饰者：

jdk中也有用到装饰者模式的，那就是IO流中用到了。我想每个人学习IO流的时候都比较痛苦，可能不仅是要区分字节流和字符流，而且一些装饰用的流也企图混淆我们的视线。比如说BufferedInputStream就是一个装饰流，可以用它装饰FileInputStream，所以我们最常用的应该是这样的形式：new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File(""))); 和我们上面讲的类似，装饰流也是增加一些行为到被装饰的对象上，比如BufferedInputStream通过缓冲数组来提高性能，提供一个读取整行的readLine方法来进行扩展。下面的图能让你更加了解IO流中的装饰者：

这图上列出的是字节流，字符流也是类似的。但是装饰流使IO中的类更多了，这有时会造成我们的困扰，如果非要说的话，这也算一个“缺点”；

 

自己写例子

学习完书上的例子，我总是想着自己举一个例子，可是要想一个符合的例子真的挺难的，这就是“书到用时方恨少”？哈哈，不扯了，看一下我自己想的例子：我要组装一台电脑，现在只有一个机箱，需要添加其他的配件，就是这里例子了。

 

动手组装电脑

首先需要一个电脑的抽象类Computer，有型号type和价格price2个属性，有获得组成部分comprise()和计算总价prices()2个抽象方法：

/**
 * 电脑的抽象类，被装饰类的抽象类
 */
public abstract class Computer {
    private String type; //型号
    private Double price; //价格
    
    public abstract String comprise();    //组成部分
    public abstract Double prices();     //总价
    
    public String getType() {
        return type;
    }

    public void setType(String type) {
        this.type = type;
    }

    public Double getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(Double price) {
        this.price = price;
    }
}

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假如现在只有一个先马的机箱作为被装饰者SAMAChassis：

/**
 * 一个具体的先马机箱，被装饰类
 */
public class SAMAChassis extends Computer {
    public SAMAChassis() {
        setType("先马机箱");
        setPrice(136.0);
    }

    @Override
    public Double prices() {
        return getPrice();
    }

    @Override
    public String comprise() {
        return getType();
    }
}

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现在要网机箱中加入CPU，主板，内存等配件，将这些配件作为装饰者装饰到机箱上。需要一个装饰者的抽象类DiyDecorator：

/**
 * 抽象装饰类，diy配件， 各种配件都有型号和价格，故放在抽象的父类中处理，其他属性暂且不计
 */
public abstract class DiyDecorator extends Computer {
    private Computer computer;
    
    public String comprise() {
        //这里的this代表具体的装饰者子类，可选的
        return computer.comprise() + "---" + this.getType();
    }
    
    public Double prices() {
        return computer.prices() + this.getPrice();
    }

    public DiyDecorator(Computer computer) {
        this.computer = computer;
    }
    
    public DiyDecorator(Computer computer, String type, Double price) {
        this.computer = computer;
        this.setType(type);
        this.setPrice(price);
    }
}

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这里设计到上面提到的一个问题，我把Computer的引用放到了抽象类DiyDecorator中以增加代码的复用。同时也现实了comprise方法和prices方法，这样，子类只需要调用父类的构造方法即可。

说到这里，又想起来一个问题，我们知道不能创建抽象类的对象，那么，那么抽象类为什么有构造方法呢？其实，从这个例子就可以看出，抽象类的构造方法是用来实例化成员变量的。

 

具体的装饰类CPU:

/**
 * 具体装饰类：CPU类
 */
public class CPU extends DiyDecorator {
    public CPU(Computer computer, String type, Double price) {
        super(computer, type, price);
    }
    
    public CPU(Computer computer) {
        super(computer);
    }
}

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其他的具体装饰类我就不写了，也不写附录了，很简单。

 

测试一下DecoratorTest：

/**
 * 我们现在来组装一台电脑，开始只有一个机箱，其他什么都没有
 */
public class DecoratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        run1();
        System.out.println("------------------");
        run2();
    }

    private static void run1() {
        Computer computer = new SAMAChassis();
        computer.setType("金河田预见");
        computer.setPrice(215.0);
        computer = new CPU(computer, "酷睿i5 4590", 999.5);
        System.out.println(computer.comprise() + "\t总价为：" + computer.prices());
    }

    private static void run2() {
        SAMAChassis chassis = new SAMAChassis();
        CPU cpu = new CPU(chassis);
        cpu.setType("酷睿i5");
        cpu.setPrice(999.0);
        Mainboard mainboard = new Mainboard(cpu);
        mainboard.setType("技嘉B150");
        mainboard.setPrice(636.5);
        Memory memory = new Memory(mainboard, "金士顿8g", 412.5);
        Power computer = new Power(memory, "航嘉500w", 435.0);
        System.out.println(computer.comprise() + "\t总价为：" + computer.prices());
    }
}

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小结一下

装饰者模式动态地将责任附加到对象上。若要扩展功能，装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。装饰者模式符合开放-关闭原则：对扩展开放，对修改关闭。

 

 

附录A

深焙咖啡DarkRoast：

/**
 * 深焙咖啡
 */
public class DarkRoast extends Beverage {
    public DarkRoast() {
        description = "DarkRoast";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.99;
    }
}

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低咖啡因咖啡Decaf：

/**
 * 低咖啡因咖啡
 */
public class Decaf extends Beverage {
    public Decaf() {
        description = "Decaf";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 1.05;
    }
}

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综合咖啡HouseBlend：

/**
 * 综合咖啡
 */
public class HouseBlend extends Beverage {
    public HouseBlend() {
        description = "HouseBlend";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.89;
    }
}

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附录B

豆浆Soy：

/**
 * 豆浆
 */
public class Soy extends CondimentDecorator {
    private Beverage beverage;
    
    public Soy(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Soy";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.15 + beverage.cost();
    }
}

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奶泡Whip：

/**
 * 具体的装饰者，奶泡
 */
public class Whip extends CondimentDecorator {
    private Beverage beverage;
    
    public Whip(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Whip";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 0.10 + beverage.cost();
    }
}

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