设计模式 | 用实际案例详解装饰者模式

一、星巴克订单案例

有下面的需求：

• 咖啡种类/单品咖啡：Espresso（意大利浓咖啡）、ShortBlack、LongBlack（美式咖啡）、Decaf（无因咖啡）
• 调料：Milk、Soy（豆浆）、Chocolate
• 要求在扩展新的咖啡种类时，具有良好的扩展性、改动方便、维护方便
• 使用OO来计算不同种类咖啡的费用：客户可以点单品咖啡，也可以单品咖啡+调料组合

二、咖啡案例的第一个方案

设计一个Drink抽象类，表示饮料，然后des就是对咖啡的描述，比如咖啡的名字。cost()方法就是计算费用，在Drink类中做成一个抽象方法。Decaf就是单品咖啡，继承Drink，并实现cost()，Espress&&Milk就是单品咖啡+调料，这个组合很多，详情看下图：

这样设计的话有一个很大的问题就是，当我们增加一个单品咖啡，或者一个新的调料，类的数量就会倍增，就会出现类爆炸。

三、咖啡案例的第二个方案

前面分析到方案1因为咖啡单品+调料组合会造成类的倍增，因此可以做改进，将调料内置到Drink类，这样就不会造成类数量过多。从而提高项目的维护性，如下图所示：

但是这个方案也有问题，比如在 增加或删除调料种类时，代码的维护量很大。
对于这个案例我们可以使用装饰者模式来进行改进。

四、装饰者模式

1、装饰者模式的定义

• 装饰者模式就是动态地将新功能附加到对象上。在对象功能扩展方面，它比继承更有弹性，装饰者模式也体现了开闭原则。

2、装饰者模式的原理

装饰者模式就像打包一个快递

• 主体（被装饰者）比如：陶瓷、衣服
• 包装（装饰者）比如：报纸填充、塑料泡沫、纸板、木板

如下图所示：

• Component：主体，比如类似咖啡案例中的Drink
• ConcreteComponent和Decorator
  ConcreteComponent：具体的主题，比如前面的各个单品咖啡
  Decorator：装饰者，比如各调料
• 在图中的Component与ConcreteComponent之间，如果ConcreteComponent类很多，还可以设计一个缓冲层，将总有的部分提取出来，抽象层是一个类。

五、用装饰者模式实现咖啡案例

1、案例类关系图

在这个案例之中，类与类之间的关系如下：

• Drink类就是前面说的抽象类（被装饰者）
• ShortBlack等就是单品咖啡
• Decorator是一个装饰者，含有一个被装饰的对象（Drink drink）
• Decorator的cost方法进行一个费用的叠加计算，递归的计算价格

比如点：2份巧克力+1份牛奶的LongBlack，那么关系图如下：

这图表明了：

• Milk包含了一个LongBlack
• 1份Chocolate包含了（Milk+LongBlack）
• 再来1份Chocolate包含了（Chocolate+Milk+LongBlack）

这样的话不管是什么形式的单品咖啡+调料组合，都能通过递归方式方便的组合和维护。

2、案例代码实现

（1）定义被装饰者

先定义一个抽象的被装饰者Drink类：

package com.cxc.decorator;

public abstract class Drink {

    public String des;  //描述

    private float price = 0.0f;

    public String getDes() {
        return des;
    }

    public void setDes(String des) {
        this.des = des;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

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

    /**
     * 计算费用的抽象方法
     * @return
     */
    public abstract float cost();
}

coffee类：

package com.cxc.decorator;

public class Coffee extends Drink {

    @Override
    public float cost() {
        return super.getPrice();
    }
}

三个单品咖啡类：

package com.cxc.decorator;

public class Espresso extends Coffee {

    public Espresso() {
        setDes("意大利咖啡");
        setPrice(6.0f);
    }
}

package com.cxc.decorator;

public class LongBlack extends Coffee {

    public LongBlack() {
        setDes(" longblack ");
        setPrice(5.0f);
    }
}

package com.cxc.decorator;

public class ShortBlack extends Coffee {

    public ShortBlack() {

        setDes("shortblack");
        setPrice(4.0f);
    }
}

（2）定义装饰者

定义装饰者

package com.cxc.decorator;

public class Decorator extends Drink {
    private Drink drink;

    public Decorator(Drink drink) { //组合
        this.drink = drink;
    }

    @Override
    public float cost() {
        //getPrice() : 自己的价格
        //drink.cost() : 单品咖啡的价格
        return getPrice() + drink.cost();
    }

    @Override
    public String getDes() {
        //装饰者描述+装饰者价格+被装饰者描述
        return des + " " + getPrice() + " && " + drink.getDes();
    }
}

定义具体的装饰者子类（调料类）：

package com.cxc.decorator;

/**
 * 具体的装饰者，在这里是调料
 */
public class Chocolate extends Decorator {

    public Chocolate(Drink drink) {
        super(drink);
        setDes(" 巧克力 ");
        setPrice(3.0f); //调味品价格
    }
}

package com.cxc.decorator;

public class Soy extends Decorator {
    public Soy(Drink drink) {
        super(drink);
        setDes("豆浆");
        setPrice(1.5f);
    }
}

package com.cxc.decorator;

public class Milk extends Decorator{
    public Milk(Drink drink) {
        super(drink);
        setDes("牛奶");
        setPrice(2.0f);
    }
}

主方法：

package com.cxc.decorator;

public class CofferBar {
    public static void main(String[] args) {

        //1.点一份LongBlack
        Drink order = new LongBlack();
        System.out.println("费用1="+order.cost());
        System.out.println("描述="+order.getDes());

        //2.加入一份牛奶
        order = new Milk(order);
        System.out.println("加入一份牛奶费用="+order.cost());
        System.out.println("加入一份牛奶描述="+order.getDes());

        //3.加一份巧克力
        order = new Chocolate(order);
        System.out.println("加入一份牛奶再加一份巧克力费用="+order.cost());
        System.out.println("加入一份牛奶再加一份巧克力描述="+order.getDes());

        //4.又加一份巧克力
        order = new Chocolate(order);
        System.out.println("加入一份牛奶再加一份巧克力再加一份巧克力费用="+order.cost());
        System.out.println("加入一份牛奶再加一份巧克力再加一份巧克力描述="+order.getDes());
    }
}

结果如下：

这样改进后，当我们需要再添加一个新的单品咖啡，只需要扩展一个新的单品咖啡类然后去继承coffee即可；添加新的调料也是扩展新的调料类然后去继承装饰者即可。

六、JDK源码使用到装饰者模式的场景：IO流

Java的IO结构，FilterInputStream就是一个装饰者：

• InputStream是一个抽象类，类似我们前面讲的Drink。
• FileInputStream等是InputStream子类，类似我们前面的LongBlack。
• FilterInputStream是InputStream子类，类似我们前面的Decorator装饰者。
• DataInputStream是FilterInputStream子类，具体的装饰者，类似前面的Mile，Soy等。
• FilterInputStream类有 InputStream成员变量，即含有被装饰者。

由上面的分析，可以得出其用的就是装饰者模式。