java程序员从笨鸟到菜鸟之(三十八)IO流之装饰器模式初探

装饰器设计模式

一、 装饰器模式引出

通常为了扩展一个类(扩展方法)，有两种方式

方式1：要么直接修改类添加相应的功能，要么使用继承方式派生对应的子类来扩展

特点：采用适配器的模式，通过继承派生对应的子类来扩展功能

缺点：由于继承为类引入静态特征(编译期确定了)，并且随着扩展功能的增多，会导致子类数目的急剧增多，子类会很膨胀。

显然方式1并不可取，引出了第二种模式

方式2：使用对象组合的方式(关联)，也就是今天我们要讲的装饰器模式

装饰模式设计目的：实现动态(运行时选择)的为对象添加功能，即从一个对象外部来给对象添加功能。

装饰器模式特点：就是基于对象组合的方式，也即动态组合的方式，可以很灵活的给对象添加所需要的功能；动态是手段，组合才是目的。

优点：装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合，装饰模式是继承的一个替代模式，装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。

从设计层面理解：装饰模式是通过把复杂的功能简单化，分散化，然后在运行期间，根据需要来动态组合的这样一个模式。

所以在面向对象的设计中，而我们也应该尽量使用对象组合，而不是对象继承来扩展和复用功能。

装饰器模式实例说明： 

1、孙悟空有 72 变，当他变成"庙宇"后，他其实还是一只猴子，但是他又有了庙宇的功能 

2、不论一幅画有没有画框都可以挂在墙上，但是通常都是有画框的，并且实际上是画框被挂在墙上。在挂在墙上之前，画可以被蒙上玻璃，装到框子里，这时画、玻璃和画框形成了一个物体

二、模式结构和说明

  装饰模式的结构图

装饰器设计模式最初来源于jdk1.8中对I/O流的理解，所以以I/O流为例，文末附上两个例子

Component：---InputStream

说明：组件对象的接口(或抽象类)，可以给这些对象动态的添加职责；

ConcreteComponent：---FileInputStream、DataInputStream等

说明：具体的组件对象，实现了组件接口，该对象通常就是被装饰器装饰的原始对象，称为待包装对象或被装饰者，被装饰者初始状态可以设置为自己的装饰，可以给这个对象添加最初的功能

Decorator：---FilterInputStream

说明：所有装饰器的基类(父类)—抽象类，需要定义一个与组件接口一致的接口

补充：装饰器的基类为什么要(继承)实现一个与组件接口一致的接口(抽象类)？

      解答：主要是为了实现装饰器功能的复用，即具体的装饰器A可以装饰另外一个具体的装饰器B，因为装饰器基类也是一个Component，持有一个Component对象(成员变量)，该对象其实就是被装饰的对象(接口多态的形式)。如果不继承组件接口类，则只能为某个组件添加单一的功能，即装饰器对象不能再装饰其它的装饰器对象。通过FilterInputStream源码来看，有一个成员变量InputStream的对象，继承了组件接口(抽象类)InputStream的方法，其实还是抽象方法。

ConcreteDecorator：----DataInputStream、BufferedInputStream等

说明：具体的装饰器类，实现具体要向被装饰对象添加的功能,即：用来装饰具体的组件对象或者另外一个具体的装饰器对象。

分析：具体的装饰器类的每一个构造方法的形式参数都有InputStream接口(抽象类)，表明只要是该InputStream的实现类的对象都可以传递进去；且构造方法中均都有一个super(InputStream in)---指向了装饰器基类的构造方法(主要是给装饰器基类的成员变量赋值，当添加新功能时，通过super.方法名把原来的功能也封装上)，上面我们提到过此装饰器基类有一个成员变量：InputStream的对象。

举例j说明：参考依据---底层源码，有兴趣的话可以自己分析下

过程：在创建具体装饰器对象(BufferedInputStream)中把待包装--待装饰对象(InputStream的具体子实现类)作为构造方法的实参传入，由于(具体装饰器---装饰器基类的子实现类)BufferedInputStream继承了装饰器基类(FilterInputStream)，首先通过super()会调用装饰器基类FilterInputStream的构造方法，而此此装饰器基类有一个成员变量(组件的接口对象---InputStream)，通过装饰器基类的构造方法对其成员变量初始化；在具体装饰器类方法中可以调用被装饰对象方法的方式：通过super.方法名(参数)的方式。在具体装饰器类方法中可以调用被装饰对象方法的原因：抽象装饰基类实现了接口，并且有一个成员变量为此接口的对象，super已经由构造传递并指向了具体的某一个被装饰者类，那么调用的即为被装饰类的方法，实际上这里全是重写了被装饰对象的方法(原因：可能原来的方法不是所需)

感悟：不要被表面所迷惑，背后的力量很强大，也很复杂，共同支撑和维护着

装饰作用：通过装饰者的多层装饰，把细节变得丰富，在调用前后可以实现自己的输出，实现功能的扩展

由此引出装饰器模式的特点：----判断一种模式是不是装饰器模式

百度百科中概念：装饰模式指的是在不必改变原类文件和使用继承的情况下，动态地扩展一个对象的功能。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。

说明：原类---被装饰的类；使用继承--被装饰类的子类继承被装饰的类

特征：

（1） 装饰对象和真实对象(被装饰对象)有相同的接口，这样客户端对象就能"以和真实对象相同的方式"和装饰对象交互。
（2） 装饰对象包含一个真实对象(被装饰对象)的引用(构造方法传入)
（3） 装饰对象接受所有来自客户端的请求，它把这些请求转发给真实的对象。
（4） 装饰对象可以在转发这些请求以前或以后增加一些附加功能(super.方法(参数)的位置)。这样就确保了在运行时，不用修改给定对象的结构(继承之类的)就可以在外部增加附加的功能。而在面向对象的设计中，通常是通过继承来实现对给定类的功能扩展。

百度百科链接：点击打开链接

要点、适用性、优点、缺点：点击打开链接，缺点之一：正因为随意组合，所以出现了一些不合逻辑(张冠李戴)

装饰器和适配器模式对比：点击打开链接

最初看的：点击打开链接

大神：点击打开链接

集合框架的装饰器模式：点击打开链接

三、为了加深自己对装饰器模式的理解，下面仅以两个例子作为补充说明

例子1：

       情景：手机制造商原来有一款PhoneX的产品，只能打电话(乔布斯会不会出来打我)，现在随着网络的发展，人们已经不再满足仅仅打电话的需求，所以若基亚的产品急剧下降，为此项目部开了几次会议，决定增加看电影、听音乐的功能，代码设计如下：

      Phone---------------所有手机的抽象类(接口)

package www.wzj.decorateDesign;
public interface Phone {
    void call();//定义一个抽象的方法
}

      InPhoneX-------------手机类的一个具体子实现类(继承自Phone)，打电话的功能

package www.wzj.decorateDesign;
public class InphoneX implements Phone {
    /**
     * InphoneX是一个被装饰者对象
     * 目前只有打电话的功能，一段时间以后，产品要升级
     * 增加如下的功能：现在想看电影，听音乐等
     */
    @Override
    public void call() {
        System.out.println("打电话");
    }
}

      DecoratePhone-----手机具体装饰者类的抽象类(实现Phone的接口，原因如上所述)

package www.wzj.decorateDesign;

public class DecoratePhone implements Phone {

    Phone phone ;
    //传入具体的被装饰者，转发(继承)"装饰"装饰者的任务，同时封装装饰器本身的功能

    // 即给予其在运行的状态中动态的扩展功能
    public DecoratePhone(Phone phone) {
        this.phone = phone;
    }
    @Override
    public void call() {
        phone.call();//重点：封装被装饰者本身的方法(通过继承的方式传递下去)
    }
}

      MusicPhone---------手机具体装饰者类的抽象类的子实现类，有打电话的功能

package www.wzj.decorateDesign;

public class MusicPhone extends DecoratePhone {

    //需要注意的是：成员变量 Phone phone;也被继承过来了
    public MusicPhone(Phone phone) {
        super(phone);//调用被装饰者的对象和具体的具体的装饰器对象
    }
    /**
     * MusicPhone:装饰者对象，增加被装饰者的功能
     * 由于Inphone只有打电话的功能，现在想增加功能
     *
     */
    @Override
    public void call() {
        super.call();//调用被装饰者的对象的功能
        System.out.println("听音乐");
    }
}

      VideoPhone---------手机具体装饰者类的抽象类的子实现类，有看电影的功能

package www.wzj.decorateDesign;

public class VideoMusic extends DecoratePhone {
    public VideoMusic(Phone phone) {
        super(phone);
    }
    /**
     * VideoPhone:装饰者对象
     * 来给InphoneX增加看电影的功能
     */
    @Override
    public void call() {
        super.call();
        System.out.println("看电影");
    }
}

测试

package www.wzj.decorateDesign;

import java.io.IOException;
public class DecorateDesignTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        new MusicPhone(new InphoneX()).call();

        new MusicPhone(new VideoMusic(new InphoneX())).call();

        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();//项目要求：需求分析、概要和详细设计
        runtime.exec("mspaint");//打开画图软件
        runtime.exec("calc");//打开计算器
        //runtime.exec("shell");//Linux的应用，打开shell脚本
    }
}

 重点：装饰器基类的设计，如何保证扩展新功能的同时，保留原来的功能(如果需要的话)，因为没有显示的调用此方法

咖啡的配置(不同口味)，对应的价格

Car的例子：点击打开链接，点击打开链接

IO流：点击打开链接，点击打开链接，点击打开链接