一文搞懂设计模式—装饰器模式

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许向现有对象添加新功能而不改变其结构。装饰器模式通过创建包装对象（装饰器）来动态地扩展对象的行为，是继承的替代方案之一。

在装饰器模式中，有一个抽象组件（Component）定义核心功能，具体组件（Concrete Component）实现这个核心功能，装饰器（Decorator）实现了抽象组件接口并持有一个指向抽象组件的引用。装饰器可以在调用抽象组件的方法之前或之后加入自己的逻辑，从而实现功能的动态扩展。

这种模式常被用于避免过度使用子类的情况，可以灵活地添加功能而不会导致类爆炸。装饰器模式符合开闭原则，即对扩展开放，对修改关闭。

组成部分

装饰器模式主要涉及以下几个角色：

• Component（抽象组件）：定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。抽象组件通常是一个接口或抽象类，声明了具体组件和装饰器共同拥有的方法。
• Concrete Component（具体组件）：实现抽象组件接口，是被装饰的具体对象。具体组件是装饰的对象真正的实例，其功能是被装饰器动态增加功能的基础。
• Decorator（装饰器抽象类）：持有一个抽象组件的引用，并实现了抽象组件的接口。装饰器的存在对具体组件的功能进行了扩展或修饰。
• Concrete Decorator（具体装饰器）：继承自装饰器抽象类，具体装饰器向对象添加新的职责或行为。可以根据需要扩展具体装饰器类以添加不同的功能。

在装饰器模式中，抽象组件定义了核心功能，具体组件实现了这些功能，而装饰器通过包装具体组件并在其基础上添加额外功能来实现动态扩展。这种结构使得客户端代码可以不受影响地使用装饰后的对象，同时灵活地添加不同的装饰器以满足不同的需求。

使用场景

装饰器模式通常适用于以下场景：

• 需要动态地给对象添加额外功能：装饰器模式允许在运行时动态地给对象添加新的功能或行为，而不需要修改原有类的结构，这些功能可以再动态地撤销。
• 避免使用子类进行扩展：当通过继承会导致类爆炸或无法实现灵活组合时，装饰器模式是一个很好的替代方案。
• 保持类的简单性：通过将装饰器和具体组件分离，可以保持每个类的职责单一，并使整体结构更清晰。
• 多层次的功能嵌套：可以通过多个装饰器的组合实现多层次的功能嵌套，每个装饰器负责一部分功能，形成复杂的功能组合。

总之，装饰器模式适用于需要灵活地为对象添加功能、避免过多子类、保持简单性且能够动态地添加、移除功能的情况。通过装饰器模式，可以实现对对象功能的动态扩展，同时保持代码的灵活性和可维护性。

具体实现

以下是一个代码示例，演示了如何使用装饰器模式为咖啡添加配料，并计算总价。这个示例包括抽象组件接口（Coffee）、具体组件类（Espresso）、装饰器抽象类（CondimentDecorator）以及具体装饰器类（Milk），并展示了如何动态地组合装饰器实现功能扩展。

// 抽象组件接口
public interface Coffee {
    String getDescription();
    double cost();
}

// 具体组件类
public class Espresso implements Coffee {
    public String getDescription() {
        return "Espresso";
    }

    public double cost() {
        return 1.99;
    }
}

// 装饰器抽象类
public abstract class CondimentDecorator implements Coffee {
    protected Coffee coffee;

    public CondimentDecorator(Coffee coffee) {
        this.coffee = coffee;
    }
}

// 具体装饰器类：牛奶
public class Milk extends CondimentDecorator {
    public Milk(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription() + ", Milk";
    }

    public double cost() {
        return coffee.cost() + 0.5;
    }
}

public class DecoratorPatternExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 订购一杯Espresso
        Coffee espresso = new Espresso();
        System.out.println("Order: " + espresso.getDescription() + ", Cost: $" + espresso.cost());

        // 加牛奶
        Coffee espressoWithMilk = new Milk(espresso);
        System.out.println("Order: " + espressoWithMilk.getDescription() + ", Cost: $" + espressoWithMilk.cost());
    }
}

在这个示例中，Espresso表示一种具体的咖啡，Milk是一个具体的装饰器类用于添加牛奶配料。在main方法中演示了如何通过装饰器模式为咖啡添加配料并计算价格。

以上代码会输出如下结果：

Order: Espresso, Cost: $1.99
Order: Espresso, Milk, Cost: $2.49

Tips：若只有一个装饰类，则可以没有抽象装饰角色，直接实现具体的装饰角色即可。

装饰器模式的优点包括：

• 灵活性：装饰器模式允许动态地为对象添加新的功能，而无需改变其原有的结构。可以根据需求组合多个装饰器，实现各种功能的组合，使得系统更加灵活。
• 避免子类膨胀：相比使用继承来扩展对象功能，装饰器模式避免了子类膨胀的问题，使得类的继承体系更加简洁。
• 单一责任原则：每个装饰器类只负责一个特定的功能，遵循了单一责任原则，降低了类的复杂度和耦合度。

装饰器模式的缺点包括：

• 过多的对象：如果过度使用装饰器模式，可能会导致系统中出现大量小对象，增加了系统的复杂性。
• 顺序影响：由于装饰器模式是通过嵌套组合实现的，装饰器的顺序可能会影响最终的行为，需要谨慎设计装饰器的顺序。
• 初学者理解困难：对于初学者来说，理解装饰器模式可能会有一定的难度，特别是在多层装饰器嵌套的情况下。

总体来说，装饰器模式是一种非常有用的设计模式，能够帮助我们动态地扩展对象的功能，同时避免了继承带来的一些问题。在适当的场景下，合理地应用装饰器模式可以提高系统的灵活性和可扩展性。