java设计模式学习之【装饰器模式】

引言

在日常生活中，我们常常对基本事物添加额外的装饰以增强其功能或美观。例如，给手机加一个保护壳来提升其防护能力，或者在房间里添加装饰品以提升美观。这种增加附加功能的做法在软件开发中也有所体现，特别是在装饰器模式中。装饰器模式允许我们在不改变对象自身的基础上，为对象添加新的功能。这种模式在软件开发中非常有用，特别是当我们希望动态地、透明地为对象增加职责时。

装饰器模式简介

定义与用途

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许用户在不改变对象自身的基础上向一个对象添加新的功能。在这种模式中，我们通过创建一个包装对象，也称为装饰器，来包裹真实对象。

实现方式

实现装饰器模式通常包括以下几个关键组件：

• 抽象组件（Component）： 定义了一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。
• 具体组件（Concrete Component）： 定义了抽象组件的具体实现，即被装饰的对象。
• 抽象装饰器（Decorator）： 持有一个组件（Component）对象的引用，并定义了符合组件接口的接口。
• 具体装饰器（Concrete Decorator）： 实现抽象装饰器的接口，并添加额外的功能。

使用场景

装饰器模式非常适合以下场景：

• 当需要扩展一个类的功能时。
• 当需要动态地为对象增加功能，且这些功能可以再动态地撤销。
• 当扩展类的功能比创建子类更有弹性时。

例如：

1. 图形用户界面组件装饰：在图形用户界面中，可以用装饰器模式给基本组件（如按钮、文本框等）动态添加一些附加功能，比如边框、阴影、鼠标悬停效果等。

2. 数据流增强：在数据流处理中，如文件流、网络流等，装饰器模式可以用来动态地添加新的功能，比如数据加密、压缩、缓冲等。

3. 权限控制：在一些应用程序中，根据用户的权限级别动态地给对象添加不同的行为（例如，对基本功能的访问权限控制）。

4. 性能监控：在性能监控和日志记录中，装饰器可以被用来在不更改原有类的基础上，为方法或对象添加日志记录和性能监控的功能。

5. 动态添加属性或行为：在需要为对象动态添加属性或行为的场景，比如在游戏开发中给角色添加不同的技能或状态效果，装饰器模式提供了一种灵活的解决方案。

6. Web 服务中的中间件：在Web开发中，中间件可以看作是对HTTP请求或响应的装饰器，用于处理认证、日志记录、错误处理等。

优势与劣势

• 优势
  增加对象功能： 装饰器模式提供了一种灵活的方式来增加对象的功能，与继承相比，这种方式更具灵活性。
  动态扩展： 可以在运行时动态地添加或删除功能。
  避免类爆炸： 减少了子类的数量，避免了类数量过多的问题。
• 劣势
  增加系统复杂性： 添加装饰器可以使系统变得更加复杂，特别是当有很多层装饰时。
  维护困难： 更复杂的代码意味着维护起来更困难。

装饰器模式在Spring中的应用

1. Spring AOP（面向切面编程）
Spring AOP是装饰器模式的一个经典应用例子。在Spring AOP中，切面（Aspect）可被视为装饰器，它们为业务逻辑（如服务层的方法）提供了附加功能（例如，事务管理、日志记录、安全性检查等），而不修改原有功能的代码。通过代理模式结合装饰器模式，Spring AOP在运行时动态地向对象添加额外的行为。

2. Spring I/O资源抽象
在Spring的资源抽象（如Resource接口和其实现类）中，装饰器模式被用来增强基础资源对象（如文件系统资源、类路径资源等）的功能。例如，BufferedInputStream是Java I/O的一个装饰器，Spring结合使用这些装饰器以提供高效的数据访问。

3. Spring MVC的视图技术集成
Spring MVC框架通过使用装饰器模式，可以将不同的视图技术（如JSP、Freemarker、Thymeleaf）无缝集成到同一模型中。控制器返回模型和视图对象，而实际的视图可以是任何实现了View接口的对象，这些视图对象可以是装饰过的对象，提供了额外的渲染逻辑。

4. Spring Security的身份验证和授权
Spring Security使用装饰器模式来增强或修改用户的身份验证对象（如UserDetails），并在安全上下文中添加额外的安全属性。这允许开发者在不改变现有身份验证逻辑的基础上，轻松地添加或改变认证信息。

5. Spring的事务管理
在Spring的声明式事务管理中，装饰器模式被用于动态地添加事务管理逻辑到业务逻辑上。例如，通过使用@Transactional注解，Spring在运行时创建一个代理对象（装饰器），围绕着原始的bean实例，以提供事务管理的功能。

6. Spring的数据访问集成
Spring的数据访问集成（如JdbcTemplate、HibernateTemplate等）也使用装饰器模式来提供额外的数据处理功能，比如异常翻译、资源管理等，而不改变原有数据访问逻辑。

画图示例

步骤 1： 创建图形一个接口。

public interface Shape {
    void draw();
}

步骤 2： 创建实现相同接口的具体类。

public class Rectangle implements Shape {

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("图形：矩形");
    }

}

public class Circle implements Shape{

    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("图形：圆形");
    }

}

步骤 3： 创建实现 Shape 接口的抽象装饰器类。

public abstract class ShapeDecorator implements Shape {

    protected Shape decoratedShape;

    public ShapeDecorator(Shape decoratedShape){
        this.decoratedShape = decoratedShape;
    }

    @Override
    public void draw(){
        decoratedShape.draw();
    }

}

步骤 4： 创建扩展 ShapeDecorator 类的具体装饰器类。给画图加上边框红边的功能

public class RedShapeDecorator extends ShapeDecorator{

    public RedShapeDecorator(Shape decoratedShape) {
        super(decoratedShape);
    }

    @Override
    public void draw() {
        decoratedShape.draw();
        setRedBorder(decoratedShape);
    }

    private void setRedBorder(Shape decoratedShape){
        System.out.println("边框颜色：红色");
    }

}

步骤 5： 使用 RedShapeDecorator 来装饰 Shape 对象。

public class DecoratorPatternDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Shape circle = new Circle();

        Shape redCircle = new RedShapeDecorator(new Circle());

        Shape redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle());
        System.out.println("带有普通边框的圆形");
        circle.draw();

        System.out.println("\n带有红色边框的圆形");
        redCircle.draw();

        System.out.println("\n带有红色边框的矩形");
        redRectangle.draw();
    }

}

在这个具体示例中，展示的是如何使用装饰器模式为简单的形状对象（如圆形和矩形）添加新的功能（如设置边框颜色）。

代码地址

23种设计模式相关代码后续会逐步提交到github上，方便学习，欢迎指点：
代码地址
https://github.com/RuofeiSun/lf-23Pattern