设计模式-07-装饰器模式

       经典的设计模式有23种,但是常用的设计模式一般情况下不会到一半,我们就针对一些常用的设计模式进行一些详细的讲解和分析,方便大家更加容易理解和使用设计模式。

       通过剖析Java IO类的设计思想,再学习一种新的结构型模式,装饰器模式。它的代码结构跟桥接模式非常相似,不过,要解决的问题却大不相同。

1-问题引入

      InputStream是一个抽象类,FileInputStream是专门用来读取文件流的子类。BufferedInputStream是一个支持带缓存功能的数据读取类,可以提高数据读取的效率。

InputStream in = new FileInputStream("/user/ycmy/test.txt");
InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
  //...
}

      需要先创建一个FileInputStream对象,然后再传递给BufferedInputStream对象来使用。Java IO为什么不设计一个继承FileInputStream并且支持缓存的BufferedFileInputStream类呢?这样我们就可以像下面的代码中这样,直接创建一个BufferedFileInputStream类对象,打开文件读取数据,用起来岂不是更加简单?

InputStream bin = new BufferedFileInputStream("/user/wangzheng/test.txt");
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
  //...
}

 2-问题解惑 

       如果InputStream只有一个子类FileInputStream的话,那我们在FileInputStream基础之上,再设计一个孙子类BufferedFileInputStream,也算是可以接受的,毕竟继承结构还算简单。但实际上,继承InputStream的子类有很多。我们需要给每一个InputStream的子类,再继续派生支持缓存读取的子类。除了支持缓存读取之外,如果我们还需要对功能进行其他方面的增强,比如下面的DataInputStream类,支持按照基本数据类型(int、boolean、long等)来读取数据。

FileInputStream in = new FileInputStream("/user/ycmy/test.txt");
DataInputStream din = new DataInputStream(in);
int data = din.readInt();

      在这种情况下,如果我们继续按照继承的方式来实现的话,就需要再继续派生出DataFileInputStream、DataPipedInputStream等类。如果我们还需要既支持缓存、又支持按照基本类型读取数据的类,那就要再继续派生出BufferedDataFileInputStream、BufferedDataPipedInputStream等n多类。这还只是附加了两个增强功能,如果我们需要附加更多的增强功能,那就会导致组合爆炸,类继承结构变得无比复杂,代码既不好扩展,也不好维护。

public abstract class InputStream {
}

public class BufferedInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected BufferedInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现基于缓存的读数据接口...  
}

public class DataInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected DataInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现读取基本类型数据的接口
}

从Java IO的设计来看,装饰器模式相对于简单的组合关系;还有以下两个特点:

       第一个比较特殊的地方是:装饰器类和原始类继承同样的父类,这样我们可以对原始类“嵌套”多个装饰器类。比如,下面这样一段代码,我们对FileInputStream嵌套了两个装饰器类:BufferedInputStream和DataInputStream,让它既支持缓存读取,又支持按照基本数据类型来读取数据。

InputStream in = new FileInputStream("/user/ycmy/test.txt");
InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
DataInputStream din = new DataInputStream(bin);
int data = din.readInt();

       第二个比较特殊的地方是:装饰器类是对功能的增强,这也是装饰器模式应用场景的一个重要特点。实际上,符合“组合关系”这种代码结构的设计模式有很多,比如之前讲过的代理模式、桥接模式,还有现在的装饰器模式。尽管它们的代码结构很相似,但是每种设计模式的意图是不同的。就拿比较相似的代理模式和装饰器模式来说吧,代理模式中,代理类附加的是跟原始类无关的功能,而在装饰器模式中,装饰器类附加的是跟原始类相关的增强功能

       为了避免代码重复,Java IO抽象出了一个装饰器父类FilterInputStream。InputStream的所有的装饰器类(BufferedInputStream、DataInputStream)都继承自这个装饰器父类。这样,装饰器类只需要实现它需要增强的方法就可以了,其他方法继承装饰器父类的默认实现。

3-小结

       装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题,通过组合来替代继承。它主要的作用是给原始类添加增强功能。这也是判断是否该用装饰器模式的一个重要的依据。除此之外,装饰器模式还有一个特点,那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景,在设计的时候,装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

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