学习、探究Java设计模式——装饰者模式

定义

装饰者模式：在不改变原类文件以及不使用继承的情况下，动态地将责任附加到对象上，从而实现动态拓展一个对象的功能。它是通过创建一个包装对象，也就是装饰来包裹真实的对象。

设计原则

要使用装饰者模式，需要满足以下设计原则：
1、多用组合，少用继承
2、开放-关闭原则：类应该对拓展开放，对修改关闭

UML类图

我们先来看看装饰者模式的类图，再来详细讲述：

由上自下：
1、Component是基类。通常是一个抽象类或者一个接口，定义了属性或者方法，方法的实现可以由子类实现或者自己实现。通常不会直接使用该类，而是通过继承该类来实现特定的功能，它约束了整个继承树的行为。比如说，如果Component代表人，即使通过装饰也不会使人变成别的动物。
2、ConcreteComponent是Component的子类，实现了相应的方法，它充当了“被装饰者”的角色。
3、Decorator也是Component的子类，它是装饰者共同实现的抽象类（也可以是接口）。比如说，Decorator代表衣服这一类装饰者，那么它的子类应该是T恤、裙子这样的具体的装饰者。
4、ConcreteDecorator是Decorator的子类，是具体的装饰者，由于它同时也是Component的子类，因此它能方便地拓展Component的状态（比如添加新的方法）。每个装饰者都应该有一个实例变量用以保存某个Component的引用，这也是利用了组合的特性。在持有Component的引用后，由于其自身也是Component的子类，那么，相当于ConcreteDecorator包裹了Component，不但有Component的特性，同时自身也可以有别的特性，也就是所谓的装饰。

A Sample

为了更加深刻地理解装饰者模式，我们来看一个简单的栗子。首先，我们假设现在有这样一个需求：你有一家服装店，卖各式各样的衣服，现在需要用一个系统来记录客户所要购买的衣服的总价，以便方便地结算。那么在这个例子里面，我们可以用装饰者模式，把客户当做被装饰者，衣服是装饰者，这很直观形象吧，接着我们来一步步实现需求。

Step 1、创建Component基类

因为总体对象是人，所以我们可以把人抽象为基类，新建Person.java:

public abstract class Person {
    String description = "Unkonwn";

    public String getDescription()
    {
        return description;
    }

    public abstract double cost(); //子类应该实现的方法
}

Step 2、创建被装饰者——ConcreteComponent

客户分为很多种，有儿童、青少年、成年人等，因此我们可以创建不同的被装饰者，这里我们创建青少年的被装饰者，新建Teenager.java：

public class Teenager extends Person {

    public Teenager() {
        description = "Shopping List:";
    }

    @Override
    public double cost() {
        //什么都没买，不用钱
        return 0;
    }

}

Step 3、创建Decorator

由于不同的部位有不同的衣物，不能混为一谈，比如说，衣服、帽子、鞋子等，那么这里我们创建的Decorator为衣服和帽子，分别新建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、创建ConcreteDecorator

上面既然已经创建了两种Decorator，那么我们基于它们进行拓展，创建出不同的装饰者，对于Clothing，我们新建Shirt.java，对于Hat，我们新建Casquette，其实可以根据不同类型的衣物创建更多不同的装饰者，这里只是作为演示而创建了两种。代码如下所示：

public class Shirt extends ClothingDecorator {

    //用实例变量保存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(); //实现了cost()方法，并调用了person的cost()方法，目的是获得所有累加值
    }

}

public class Casquette extends HatDecorator {

    Person person;

    public Casquette(Person person) {
        this.person = person;
    }
    @Override
    public String getDescription() {
        return person.getDescription() + "a casquette  "; //鸭舌帽
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 75 + person.cost();
    }

}

最后我们在测试类内测试我们的代码：

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());
    }

}

先创建一个Teenager对象，接着用Shirt装饰它，就变成了穿着Shirt的Teenager，再用Casquette装饰，就变成了戴着Casquette的穿着Shirt的Teenager。运行结果如下所示：

我们梳理一下以上的逻辑，画出如下所示的韦恩图：

Teenager、Shirt、Casquette都是继承自Person基类，但是具体实现不同，Teenager是Person的直接子类，表示了被装饰者；Teenager、Shirt是装饰者，保存了Person的引用，实现了cost()方法，并且在cost()方法内部，不但实现了自己的逻辑，同时也调用了Person引用的cost()方法，即获取了被装饰者的信息，这是装饰者的一个特点，保存引用的目的就是为了获取被装饰者的状态信息，以便将自身的特性加以组合。

特点

以上就是装饰者模式的一个小栗子，讲述了装饰者的基本用法。通过上述的例子，我们可以总结一下装饰者模式的特点。
（1）装饰者和被装饰者有相同的接口（或有相同的父类）。
（2）装饰者保存了一个被装饰者的引用。
（3）装饰者接受所有客户端的请求，并且这些请求最终都会返回给被装饰者（参见韦恩图）。
（4）在运行时动态地为对象添加属性，不必改变对象的结构。

使用装饰者模式的最大好处就是其拓展性十分良好，通过使用不同的装饰类来使得对象具有多种多样的属性，灵活性比直接继承好。然而它也有缺点，那就是会出现很多小类，即装饰类，使程序变得复杂。

应用

学习了装饰者模式用法、特点以及优缺点后，我们再来看看装饰者模式在实际开发过程的应用。装饰者模式在Java中经常出现的地方就是JavaIO。提到JavaIO，脑海中就冒出了大量的类：InputStream、FileInputStream、BufferedInputStream……等，真是头都大了，其实，这里面大部分都是装饰类，只要弄清楚这一点就容易理解了。我们来看看JavaIO是怎样使用装饰者模式的。
从字符流来分析，我们知道，有两个基类，分别是InputStream和OutputStream，它们也就是我们上面所述的Component基类。接着，它有如下子类：FileInputStream、StringBufferInputStream等，它们就代表了上面所述的ConcreteComponent，即装饰对象。此外，InputStream还有FilterInputStream这个子类，它就是一个抽象装饰者，即Decorator，那么它的子类：BufferedInputStream、DataInputStream等就是具体的装饰者了。那么，从装饰者模式的角度来看JavaIO，是不是更加容易理解了呢？

下面，我们来自己实现自己的JavaIO的装饰者。要实现的功能是：把一段话里面的每个单词的首字母大写。我们先新建一个类：UpperFirstWordInputStream.java

public class UpperFirstWordInputStream extends FilterInputStream {

    private int cBefore = 32;

    protected UpperFirstWordInputStream(InputStream in) {
        //由于FilterInputStream已经保存了装饰对象的引用，这里直接调用super即可
        super(in);
    }

    public int read() throws IOException{
        //根据前一个字符是否是空格来判断是否要大写
        int c = super.read();
        if(cBefore == 32)
        {
            cBefore = c;
            return (c == -1 ? c: Character.toUpperCase((char) c));
        }else{
            cBefore = c;
            return c;
        }

    }

}

接着编写一个测试类：InputTest.java

public class InputTest {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        int c;
        StringBuffer sb = new StringBuffer();
        try {
            //这里用了两个装饰者，分别是BufferedInputStream和我们的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文件需要你自行创建，放到同一个文件夹内即可，内容可随意填写。）
最后，我们看下运行结果：

好了，本篇文章已经详细地介绍了装饰者模式，希望读者能够理解并运用到自己的项目中，谢谢你们的阅读~