【设计模式自习室】装饰模式

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前言

《设计模式自习室》系列，顾名思义，本系列文章带你温习常见的设计模式。主要内容有：

• 该模式的介绍，包括：
  • 引子、意图（大白话解释）
  • 类图、时序图（理论规范）
• 该模式的代码示例：熟悉该模式的代码长什么样子
• 该模式的优缺点：模式不是万金油，不可以滥用模式
• 该模式的实际使用案例：了解它在哪些重要的源码中被使用

该系列会逐步更新于我的博客和公众号（博客见文章底部），也希望各位观众老爷能够关注我的个人公众号：后端技术漫谈，不会错过精彩好看的文章。

系列文章回顾

• 【设计模式自习室】开篇：为什么我们要用设计模式？
• 【设计模式自习室】建造者模式
• 【设计模式自习室】原型模式
• 【设计模式自习室】透彻理解单例模式
• 【设计模式自习室】理解工厂模式的三种形式
• 【设计模式自习室】适配器模式

结构型——装饰器模式 Decorator Patter

引子

当你需要统计一个方法的运行时间时，你会怎么做？是不是下面这种方法呢，用两个时间语句统计出耗时？

public static void main(String[] args){
    long start = System.currentTimeMillis();
    algo(); // 执行代码块
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end - start);
}

如果使用了装饰器模式，你可以将统计时间的方法独立出来，变成方法上面的@Timer：

public class Foo {

    @Timer
    public void algo1() {
        ArrayList l = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            l.add(1);
        }
    }
}

这样你就可以在不插入任何语句在原方法的情况下，统计原方法的执行时间，就像在原方法外面披了一层皮一样，这就是装饰器！

PS：如果你了解Python，那么你可能会经常使用到装饰器。在Java中，使用起来有一些复杂，但也是完全能够通过注解做到的，它可以同样应用在权限控制、日志、缓存等方面，方便的对代码进行解耦，让通用的功能“切入”原先的代码，使得开发时可以更专注于业务逻辑。

定义

装饰模式动态地给一个对象增加一些额外的职责(Responsibility)，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活。

其别名也可以称为包装器(Wrapper)，与适配器模式的别名相同，但它们适用于不同的场合。根据翻译的不同，装饰模式也有人称之为“油漆工模式”，它是一种对象结构型模式。

类图

如果看不懂UML类图，可以先粗略浏览下该图，想深入了解的话，可以继续谷歌，深入学习：

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装饰模式包含如下角色：

• Component: 抽象构件
• ConcreteComponent: 具体构件
• Decorator: 抽象装饰类
• ConcreteDecorator: 具体装饰类

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时序图

时序图（Sequence Diagram）是显示对象之间交互的图，这些对象是按时间顺序排列的。时序图中显示的是参与交互的对象及其对象之间消息交互的顺序。

我们可以大致浏览下时序图，如果感兴趣的小伙伴可以去深究一下：

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代码实现

还记得引子中举得例子吗？

我们现在Python下看看如何实现这个统计方法执行时间的函数

首先，我们定义一个函数，如下：

def exe_time(func):
    def new_func(*args, **args2):
        t0 = time.time()
        print "@%s, {%s} start" % (time.strftime("%X", time.localtime()), func.__name__)
        back = func(*args, **args2)
        print "@%s, {%s} end" % (time.strftime("%X", time.localtime()), func.__name__)
        print "@%.3fs taken for {%s}" % (time.time() - t0, func.__name__)
        return back
    return new_func

接下来，我们就可以在需要计时的函数前一行引用它作为装饰，比如：

@exe_time
def foo():
    for i in xrange(10000000):
        pass

输出效果如下：

@13:12:27, {foo} start
@13:12:27, {foo} end
@0.203s taken for {foo}

在Java中，没有Python这种天秀的语法糖，我们需要用注解实现，已经有网友写的例子，这里就不班门弄斧了。可以参考下文链接：

https://www.jianshu.com/p/d2dfb70fd671

使用场景举例

Spring

spring中用到的包装器模式在类名上有两种表现：一种是类名中含有Wrapper，另一种是类名中含有Decorator。基本上都是动态地给一个对象添加一些额外的职责。

JDK源码中的使用

• java.io.BufferedInputStream(InputStream)

InputStream inputStream = new InputStream() {
@Override
public int read() throws IOException {
return 0;
}
};
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(inputStream);
//增强了原本InputStream的功能

• java.io.DataInputStream(InputStream)
• java.io.BufferedOutputStream(OutputStream)
• java.util.zip.ZipOutputStream(OutputStream)
• java.util.Collections#checkedList|Map|Set|SortedSet|SortedMap

优缺点

优点

• 装饰模式与继承本质其其实都是要扩展对象的功能，但是装饰模式可以提供比继承更多的灵活性。
• 可以使用多个具体装饰类来装饰同一对象，得到功能更为强大的对象。
• 具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类，在使用时再对其进行组合，原有代码无须改变，符合“开闭原则”

缺点

• 这种比继承更加灵活机动的特性，也同时意味着装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难，对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐。

补充：装饰模式与代理模式的区别

两者都是对类的方法进行扩展，但装饰器模式强调的是增强自身，在被装饰之后你能够在被增强的类上
使用增强后的功能。增强后你还是你，只不过能力更强了而已；而代理模式则强调要让别人帮你去做一
些本身与你业务没有太多关系的职责（记录日志、设置缓存）。代理模式是为了实现对象的控制，因为
被代理的对象往往难以直接获得或者是其内部不想暴露出来。

参考

• https://www.jianshu.com/p/d2dfb70fd671
• https://oldj.net/blog/2010/05/22/decorator-get-execution-time
• https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F%20-%20%E8%A3%85%E9%A5%B0.md
• https://blog.csdn.net/seaReal1/article/details/80252281
• 《HEAD FIRST 设计模式》
• 《剑指offer》

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