装饰器模式(Decorator)

装饰器模式的核心思想
Decorator装饰器，顾名思义，就是动态地给一个对象添加一些额外的职责，就好比为房子进行装修一样。因此，装饰器模式具有如下的特征：

Ø    它必须具有一个装饰的对象。

Ø    它必须拥有与被装饰对象相同的接口。

Ø    它可以给被装饰对象添加额外的功能。

用一句话总结就是：保持接口，增强性能。

装饰器通过包装一个装饰对象来扩展其功能，而又不改变其接口，这实际上是基于对象的适配器模式的一种变种。它与对象的适配器模式的异同点如下。

Ø    相同点：都拥有一个目标对象。

Ø    不同点：适配器模式需要实现另外一个接口，而装饰器模式必须实现该对象的接口。

换句话说，对象的适配器模式是把一个对象适配成了另一个对象，而装饰器模式将丰富目标对象的功能但不改变它的接口。如下图所示，对象的适配器模式将一个圆形变成了正方形，而装饰器模式则不改变它的圆形形状，但改变了它的外观颜色。



装饰器模式的模型图如下图所示，共包括如下3个元素。

Ø    接口类Sourcable：定义了目标对象的接口。

Ø    源类Source：是接口Sourcable的一个实现。

Ø    装饰器类：它用来对Source对象进行装饰，但又必须实现Sourcable接口，以不改变Source对象的接口，根据装饰作用的不同，可以拥有多个装饰器类。

为了演示多次装饰的效果，我们这里分别创建了3个装饰器，第一个装饰器Decorator1装饰Source对象，第二个装饰器Decorator2装饰被第一个装饰器装饰后的对象，第三个装饰器Decorator2装饰被第二个装饰器装饰后的对象。



下面来看具体的实现。

（1）Sourcable类定义了一个接口函数operation()。

public interface Sourcable {
    public void operation();

}

（2）Source是Sourcable的一个实现，其函数operation()负责往控制台输出一个字符串：原始类的方法。

public class Source implements Sourcable {
    public void operation() {

        System.out.println("原始类的方法");

    }

}

（3）装饰器类Decorator1采用了典型的对象适配器模式，它首先拥有一个Sourcable对象 source，该对象通过构造函数进行初始化。然后它实现了Sourcable.java接口，以期保持与source同样的接口，并在重写的 operation()函数中调用source的operation()函数，在调用前后可以实现自己的输出，这就是装饰器所扩展的功能。

public class Decorator1 implements Sourcable {
    private Sourcable source;

    public Decorator1(Sourcable source) {
        super();

        this.source = source;

    }

    public void operation() {
        System.out.println("第1个装饰器装饰前");

        source.operation();

        System.out.println("第1个装饰器装饰后");

    }

}

（4）装饰器类Decorator2是另一个装饰器，不同的是它装饰的内容不一样，即输出了不同的字符串。

public class Decorator2 implements Sourcable {
    private Sourcable source;

    public Decorator2(Sourcable source) {
        super();

        this.source = source;

    }

    public void operation() {
        System.out.println("第2个装饰器装饰前");

        source.operation();

        System.out.println("第2个装饰器装饰后");

    }

}

（5）装饰器类Decorator3是第三个装饰器，不同的是它装饰的内容不一样，即输出了不同的字符串。

public class Decorator3 implements Sourcable {
    private Sourcable source;

    public Decorator3(Sourcable source) {
        super();

        this.source = source;

    }

    public void operation() {
        System.out.println("第3个装饰器装饰前");

        source.operation();

        System.out.println("第3个装饰器装饰后");

    }

}

这时，我们就可以像使用对象的适配器模式一样来使用这些装饰器，使用不同的装饰器就可以达到不同的装饰效果。例如，首先需要创建一个源类对象source，然后根据将对象使用Decorator1来装饰，并以此使用Decorator2、 Decorator3进行装饰，装饰后的对象同样具有与source同样的接口。

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

        // 创建源类对象

        Sourcable source = new Source();

        // 装饰类对象

        Sourcable obj =

            new Decorator1(

                new Decorator2(

                        new Decorator3(source)

                )

            );

        // 调用目标类的方法

        obj.operation();

    }

}

运行该程序的输出如下：

第1个装饰器装饰前

第2个装饰器装饰前

第3个装饰器装饰前

原始类的方法

第3个装饰器装饰后

第2个装饰器装饰后

第1个装饰器装饰后

从输出的结果可以看出，原始类对象source依次被Decorator1、Decorator2、Decorator3进行了装饰。

12.2.2  何时使用装饰器模式
由此可见，装饰模式提供了即插即用的方法，在运行期间决定何时增加何种功能。装饰模式与继承关系的目的都是要 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。装饰模式让系统动态地决定“贴上”一个需要的“装饰”，或者除掉一个不需要的装饰。而继承则不 同，继承关系是静态的，它在系统运行前就决定了。可以通过使用不同的具体修饰类及这些装饰类的排列组合，设计可以创造更多不同行为的组合。虽然比继承要灵 活，这意味着它比继承更容易出错。

因此，装饰模式一般在以下情况使用：

Ø    需要扩展一个类的功能，或给一个类增加附加责任。

Ø    需要动态地给一个对象增加功能，这些功能可以动态撤销。

Ø    需要增加由一些基本的排列组合产生大量的功能，从而使继承关系变得不现实。

但也需要注意装饰模式的缺点：由于使用装饰模式可以比使用继承关系需要较少的目的类，但是在另一方面，使用装饰模式会产生比使用继承方式更多的对象。这在使用时进行错误查询变得更困难了，特别是这些对象看上去都很像。

Java中的应用—I/O输入/输出流管道的装饰器模式
Java的I/O库提供了一个称做链接（Chaining）的机制，可以将一个流处理器与另一个流处理器首尾相接，以其中之一的输出为输入，形成一个流管道的链接。

例如，DataInputStream流处理器可以把FileInputStream流对象的输出当做输入，将Byte类型的数据转换成Java的原始类型和String类型的数据，如下图所示。



类似地，向一个文件写入Byte类型的数据不是一个简单的过程。一个程序需要向一个文件里写入的数据往往都是 结构化的，而Byte类型则是原始类型。因此在写的时候必须经过转换。DataOutputStream流处理器可以接收原始数据类型和String数据 类型，而这个流处理器的输出数据则是Byte类型。也就是说DataOutputStream可以将源数据转换成Byte类型的数据，再输出来。

这样一来，就可以将DataOutputStream与FileOutputStream链接起来，程序就可以将原始数据类型和String类型的源数据写入这个链接好的双重管道里面，达到将结构化数据写到磁盘文件里面的目的，如下图所示。



因此，Java I/O库中的所有输入流、输出流的类都采用了装饰器模式，它们可以无限次地进行装饰转换，转换的目标就是得到自己想要的数据类型的流对象。

由流管道的装饰模式也可以得出，凡是具有过滤和管道特征的应用都属于装饰器模式，例如Java EE中的Filter过滤器、UNIX中的管道符等，都属于装饰模式。装饰模式在软件的应用中随处可见。

Java中的应用—Sitemesh装饰器
在开发Web及J2EE应用时，Web页面可能由不同的人所开发，因此开发出来的界面通常会千奇百怪。随着项目进一步的开发，统一界面风格的紧迫性会逐渐浮现出来。

为此，Sitemesh框架出现了。该框架采用了装饰器模式，它通过创建一个包装对象，也就是装饰器来包裹真实的对象。尽管它是由Java语言来实现的，但它能与其他Web应用很好集成。

它为每一个请求的页面进行修饰，附加上其他的内容后再返回给客户端，其实现思路如图所示。


假设用户请求的是body.jsp页面，则Sitemesh会为body.jsp分别添加头部文件header.jsp、菜单栏menu.jsp、底部文件foot.jsp，然后再返回给客户端。这种方式的优点是：

Ø    开发页面body.jsp时，不需要考虑站点布局，因此也不用新建框架页面，JSP页面的数量是实际请求的页面数量。

Ø    要修改站点的布局，只需要修改Sitemesh的装饰配置即可。

显然，Sitemesh的方式更符合人性化的开发方式。这正是由于它使用了装饰器模式，使得我们的开发只需要关注局部，而不用关注待装饰的内容。