[设计模式Java实现附plantuml源码~结构型] 扩展系统功能——装饰模式

前言：
为什么之前写过Golang 版的设计模式，还在重新写Java 版？
答：因为对于我而言，当然也希望对正在学习的大伙有帮助。Java作为一门纯面向对象的语言，更适合用于学习设计模式。
为什么类图要附上uml
因为很多人学习有做笔记的习惯，如果单纯的只是放一张图片，那么学习者也只能复制一张图片，可复用性较低，附上uml，方便有新理解时，快速出新图。

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[设计模式Java实现附plantuml源码]专链

1. 确保对象的唯一性～单例模式
2. 集中式工厂的实现～简单工厂模式
3. 多态工厂的实现——工厂方法模式
4. 产品族的创建——抽象工厂模式
5. 对象的克隆～原型模式
6. 复杂对象的组装与创建——建造者模式
7. 提供统一入口——外观模式
8. 扩展系统功能——装饰模式

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装饰模式可以在不改变一个对象本身功能的基础上给对象增加额外的新行为。在现实生活中，这种情况也到处存在。例如一张照片，可以不改变照片本身，给它增加一个相框，使得它具有防潮的功能，而且用户可以根据需要给它增加不同类型的相框，甚至可以在一个小相框的外面再套一个大相框。
装饰模式是一种用于替代继承的技术，它通过一种无须定义子类的方式来给对象动态增加职责，使用对象之间的关联关系取代类之间的继承关系。在装饰模式中引入了装饰类，在装饰类中既可以调用待装饰的原有类的方法，还可以增加新的方法，以扩充原有类的功能。

装饰模式定义如下：
装饰模式（Decorator Pattern）：动态地给一个对象增加一些额外的职责，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活。装饰模式是一种对象结构型模式。

@startuml

interface Component {
	+ void display()
} 

abstract class Decorator implements Component {
- Component component;
+ Decorator(Component component);
+ void display()
} 

class ComponentA implements Component {
+ void display()
}
class ComponentB implements Component {
+ void display()
}

class DecoratorA extends Decorator {
+ DecoratorA(Componet component)
+ display():void
- addBehavior():void
}
note left of DecoratorA::display
super.display();
addBehavior();
end note

class Client{}

Client -down-> Component: 调用组件


@enduml

在装饰模式结构图中包含以下4个角色。
（1）Component（抽象构件）：它是具体构件和抽象装饰类的共同父类，声明了在具体构件中实现的业务方法。它的引入可以使客户端以一致的方式处理未被装饰的对象以及装饰之后的对象，实现客户端的透明操作。
（2）ConcreteComponent（具体构件）：它是抽象构件类的子类，用于定义具体的构件对象，实现了在抽象构件中声明的方法，装饰器可以给它增加额外的职责（方法）。
（3）Decorator（抽象装饰类）：它也是抽象构件类的子类，用于给具体构件增加职责，但是具体职责在其子类中实现。它维护一个指向抽象构件对象的引用，通过该引用可以调用装饰之前构件对象的方法，并通过其子类扩展该方法，以达到装饰的目的。
（4）ConcreteDecorator（具体装饰类)：它是抽象装饰类的子类，负责向构件添加新的职责。每一个具体装饰类都定义了一些新的行为，可以调用在抽象装饰类中定义的方法，并可以增加新的方法用以扩充对象的行为。

简单代码实现

package struct;

public class DecoratorDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Component component = new DecoratorA(new ComponentA());
        component.display();

        Component component1 = new DecoratorA(new ComponentB());
        component1.display();
    }


    interface Component {
        void display();
    }

    abstract static class Decorator implements Component {
        private final Component component;

        public Decorator(Component component) {
            this.component = component;
        }

        @Override
        public void display() {
            System.out.println(">>>>>装饰器抽象类");
            component.display();
        }
    }

    static class ComponentA implements Component {
        @Override
        public void display() {
            System.out.println(">>>>>我是组件A");
        }
    }

    static class ComponentB implements Component {
        @Override
        public void display() {
            System.out.println(">>>>>> 我是组件B");
        }
    }

    static class DecoratorA extends Decorator {
        public DecoratorA(Component component) {
            super(component);
        }

        @Override
        public void display() {
            super.display();
            addBehavior();

        }

        private void addBehavior() {
            System.out.println(">>>>> 我是DecoratorA额外添加的");
        }
    }


}

运行结果：

透明和半透明

在实际使用过程中，由于新增行为可能需要单独调用，因此这种形式的装饰模式也经常出现，称为半透明（Semi-transparent）装饰模式。而标准的装饰模式是透明（Transparent）装饰模式。下面对这两种装饰模式进行较为详细的介绍。

透明模式

在透明装饰模式中，要求客户端完全针对抽象编程。装饰模式的透明性要求客户端程序不应该将对象声明为具体构件类型或具体装饰类型，而应该全部声明为抽象构件类型。对于客户端而言，具体构件对象和具体装饰对象没有任何区别。也就是应该使用如下代码：

Component c，c1;       //使用抽象构件类型定义对象
c = new ConcreteComponent();
c1 = new ConcreteDecorator (c);

而不应该使用如下代码：

ConcreteComponent c;    //使用具体构件类型定义对象
c = new ConcreteComponent();

// 或者
ConcreteDecorator c1;  //使用具体装饰类型定义对象
c1 = new ConcreteDecorator(c);

透明装饰模式可以让客户端透明地使用装饰之前的对象和装饰之后的对象，无须关心它们的区别。
此外，还可以对一个已装饰过的对象进行多次装饰，得到更为复杂、功能更为强大的对象。
在实现透明装饰模式时，要求具体装饰类的操作方法(即上文 uml 中的 display())覆盖抽象装饰类的操作方法，除了调用原有对象的操作方法外还需要调用新增的 addedBehavior（） 方法来增加新行为。

半透明装饰模式

透明装饰模式的设计难度较大，而且有时用户需要单独调用新增的业务方法。为了能够调用到新增方法，不得不用具体装饰类型来定义装饰之后的对象，而具体构件类型还是可以使用抽象构件类型来定义，这种装饰模式即为半透明装饰模式。

装饰模式注意事项

（1）尽量保持装饰类的接口与被装饰类的接口相同。这样，对于客户端而言，无论是装饰之前的对象还是装饰之后的对象都可以一致对待。也就是说，在可能的情况下，应该尽量使用透明装饰模式。
（2）尽量保持具体构件类ConcreteComponent是一个“轻”类。也就是说，不要把太多的行为放在具体构件类中，可以通过装饰类对其进行扩展。
（3）如果只有一个具体构件类，那么抽象装饰类可以作为该具体构件类的直接子类。

@startuml


class ComponentA  {
+ display():void
}

abstract class Decorator extends ComponentA {
+ display():void
} 



class DecoratorA extends Decorator {
+ display():void
- addBehavior():void
}
note left of DecoratorA::display
super.display();
addBehavior();
end note

class DecoratorB extends Decorator{}

class Client{}

Client -down-> ComponentA: 调用组件


@enduml

装饰模式总结

装饰模式降低了系统的耦合度，可以动态地增加或删除对象的职责，并使得需要装饰的具体构件类和具体装饰类可以独立变化，以便增加新的具体构件类和具体装饰类。在软件开发中，装饰模式应用较为广泛，例如在Java IO中的输入流和输出流的设计、javax.swing包中一些图形界面构件功能的增强等地方都运用了装饰模式。

装饰模式的主要优点如下：

（1）对于扩展一个对象的功能，装饰模式比继承更加灵活性，不会导致类的个数急剧增加。
（2）可以通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能。通过配置文件可以在运行时选择不同的具体装饰类，从而实现不同的行为。
（3）可以对一个对象进行多次装饰。通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合，得到功能更为强大的对象。
（4）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，原有类库代码无须改变，符合开闭原则。

装饰模式的主要缺点如下：

（1）使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象。这些对象的区别在于它们之间相互连接的方式有所不同，而不是它们的类或者属性值有所不同。大量小对象的产生势必会占用更多的系统资源，在一定程度上影响程序的性能。
（2）装饰模式提供了一种比继承更加灵活机动的解决方案，但同时也意味着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。

适用场景

适用场景在以下情况下可以考虑使用装饰模式：
（1）在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
（2）当不能采用继承的方式对系统进行扩展或者采用继承不利于系统扩展和维护时可以使用装饰模式。
不能采用继承的情况主要有两类：

• 第1类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种扩展或者扩展之间的组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；
• 第2类是因为类已定义为不能被继承（如Java语言中的final类）。

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作者简介：作为某云服务提供商的后端开发人员，我将在这里与大家简要分享一些实用的开发小技巧。在我的职业生涯中积累了丰富的经验，希望能通过这个博客与大家交流、学习和成长。技术栈：Java、Golang、PHP、Python、Vue、React

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