研磨设计模式之 装饰模式-3

3  模式讲解

3.1  认识装饰模式

（1）模式功能
        装饰模式能够实现动态的为对象添加功能，是从一个对象外部来给对象增加功能，相当于是改变了对象的外观。当装饰过后，从外部使用系统的角度看，就不再是使用原始的那个对象了，而是使用被一系列的装饰器装饰过后的对象。
        这样就能够灵活的改变一个对象的功能，只要动态组合的装饰器发生了改变，那么最终所得到的对象的功能也就发生了改变。
        变相的还得到了另外一个好处，那就是装饰器功能的复用，可以给一个对象多次增加同一个装饰器，也可以用同一个装饰器装饰不同的对象。

（2）对象组合
        前面已经讲到了，一个类的功能的扩展方式，可以是继承，也可以是功能更强大、更灵活的对象组合的方式。
        其实，现在在面向对象设计中，有一条很基本的规则就是“尽量使用对象组合，而不是对象继承”来扩展和复用功能。装饰模式的思考起点就是这个规则，可能有些朋友还不太熟悉什么是“对象组合”，下面介绍一下“对象组合”。
什么是对象组合
        直接举例来说吧，假若有一个对象A，实现了一个a1的方法，而C1对象想要来扩展A的功能，给它增加一个c11的方法，那么一个方案是继承，A对象示例代码如下：

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public class A {

    public void a1(){

        System.out.println("now in A.a1");

    }

}

 

C1对象示例代码如下：

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public class C1extends A{

    public void c11(){

        System.out.println("now in C1.c11");

    }

}

 

    另外一个方案就是使用对象组合，怎么组合呢？就是在C1对象里面不再继承A对象了，而是去组合使用A对象的实例，通过转调A对象的功能来实现A对象已有的功能，写个新的对象C2来示范，示例代码如下：

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public class C2 {

    /**

     * 创建A对象的实例

     */

    private A a = new A();

 

    public void a1(){

        //转调A对象的功能

        a.a1();

    }

    public void c11(){

        System.out.println("now in C2.c11");

    }

}

 

大家想想，在转调前后是不是还可以做些功能处理呢？对于A对象是不是透明的呢？

对象组合是不是也很简单，而且更灵活了：

• 首先可以有选择的复用功能，不是所有A的功能都会被复用，在C2中少调用几个A定义的功能就可以了；
• 其次在转调前后，可以实现一些功能处理，而且对于A对象是透明的，也就是A对象并不知道在a1方法处理的时候被追加了功能；
• 还有一个额外的好处，就是可以组合拥有多个对象的功能，假如还有一个对象B，而C2也想拥有B对象的功能，那很简单，再增加一个方法，然后转调B对象就好了，B对象示例如下：
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  public class B {

      public void b1(){

          System.out.println("now in B.b1");

      }

  }

同时拥有A对象功能，B对象的功能，还有自己实现的功能的C3对象示例代码如下：

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public class C3 {

    private A a = new A();

    private B b = new B();

 

    public void a1(){

        //转调A对象的功能

        a.a1();

    }

    public void b1(){

        //转调B对象的功能

        b.b1();

    }

    public void c11(){

        System.out.println("now in C3.c11");

    }

}

  最后再说一点，就是关于对象组合中，何时创建被组合对象的实例：

• 一种方案是在属性上直接定义并创建需要组合的对象实例
• 另外一种方案是在属性上定义一个变量，来表示持有被组合对象的实例，具体实例从外部传入，也可以通过IoC/DI容器来注入

示例如下：

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public class C4 {

    //示例直接在属性上创建需要组合的对象

    private A a = new A();

 

    //示例通过外部传入需要组合的对象

    private B b = null;

    public void setB(B b){

        this.b = b;

    }

    public void a1(){

        //转调A对象的功能

        a.a1();

    }

    public void b1(){

        //转调B对象的功能

        b.b1();

    }

    public void c11(){

        System.out.println("now in C4.c11");

    }

}

 （3）装饰器
        装饰器实现了对被装饰对象的某些装饰功能，可以在装饰器里面调用被装饰对象的功能，获取相应的值，这其实是一种递归调用。
        在装饰器里不仅仅是可以给被装饰对象增加功能，还可以根据需要选择是否调用被装饰对象的功能，如果不调用被装饰对象的功能，那就变成完全重新实现了，相当于动态修改了被装饰对象的功能。
         另外一点，各个装饰器之间最好是完全独立的功能，不要有依赖，这样在进行装饰组合的时候，才没有先后顺序的限制，也就是先装饰谁和后装饰谁都应该是一样的，否则会大大降低装饰器组合的灵活性。

（4）装饰器和组件类的关系
         装饰器是用来装饰组件的，装饰器一定要实现和组件类一致的接口，保证它们是同一个类型，并具有同一个外观，这样组合完成的装饰才能够递归的调用下去。
        组件类是不知道装饰器的存在的，装饰器给组件添加功能是一种透明的包装，组件类毫不知情。需要改变的是外部使用组件类的地方，现在需要使用包装后的类，接口是一样的，但是具体的实现类发生了改变。

（5）退化形式
        如果仅仅只是想要添加一个功能，就没有必要再设计装饰器的抽象类了，直接在装饰器里面实现跟组件一样的接口，然后实现相应的装饰功能就可以了。但是建议最好还是设计上装饰器的抽象类，这样有利于程序的扩展。

3.2  Java中的装饰模式应用

1：Java中典型的装饰模式应用——I/O流
        装饰模式在Java中最典型的应用，就是I/O流，简单回忆一下，如果使用流式操作读取文件内容，会怎么实现呢，简单的代码示例如下：

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public class IOTest {

    public static void main(String[] args)throws Exception  {

        //流式读取文件

        DataInputStream din = null;

        try{

            din = new DataInputStream(

                new BufferedInputStream(

                        new FileInputStream("IOTest.txt")

                )

            );

            //然后就可以获取文件内容了

            byte bs []= new byte[din.available()];

            din.read(bs);

            String content = new String(bs);

            System.out.println("文件内容===="+content);

        }finally{

            din.close();

        }      

    }

}

        仔细观察上面的代码，会发现最里层是一个FileInputStream对象，然后把它传递给一个BufferedInputStream对象，经过BufferedInputStream处理过后，再把处理过后的对象传递给了DataInputStream对象进行处理，这个过程其实就是装饰器的组装过程，FileInputStream对象相当于原始的被装饰的对象，而BufferedInputStream对象和DataInputStream对象则相当于装饰器。
        可能有朋友会问，装饰器和具体的组件类是要实现同样的接口的，上面这些类是这样吗？看看Java的I/O对象层次图吧，由于Java的I/O对象众多，因此只是画出了InputStream的部分，而且由于图的大小关系，也只是表现出了部分的流，具体如图4所示：

 

                         图4  Java的I/O的InputStream部分对象层次图

 

 查看上图会发现，它的结构和装饰模式的结构几乎是一样的：

• InputStream就相当于装饰模式中的Component。
• 其实FileInputStream、ObjectInputStream、StringBufferInputStream这几个对象是直接继承了InputSream，还有几个直接继承InputStream的对象，比如：ByteArrayInputStream、PipedInputStream等。这些对象相当于装饰模式中的ConcreteComponent，是可以被装饰器装饰的对象。
• 那么FilterInputStream就相当于装饰模式中的Decorator，而它的子类DataInputStream、BufferedInputStream、LineNumberInputStream和PushbackInputStream就相当于装饰模式中的ConcreteDecorator了。另外FilterInputStream和它的子类对象的构造器，都是传入组件InputStream类型，这样就完全符合前面讲述的装饰器的结构了。

        同样的，输出流部分也类似，就不去赘述了。
        既然I/O流部分是采用装饰模式实现的，也就是说，如果我们想要添加新的功能的话，只需要实现新的装饰器，然后在使用的时候，组合进去就可以了，也就是说，我们可以自定义一个装饰器，然后和JDK中已有的流的装饰器一起使用。能行吗？试试看吧，前面是按照输入流来讲述的，下面的示例按照输出流来做，顺便体会一下Java的输入流和输出流在结构上的相似性。

2：自己实现的I/O流的装饰器——第一版
        来个功能简单点的，实现把英文加密存放吧，也谈不上什么加密算法，就是把英文字母向后移动两个位置，比如：a变成c，b变成d，以此类推，最后的y变成a，z就变成b，而且为了简单，只处理小写的，够简单的吧。
        好了，还是看看实现简单的加密的代码实现吧，示例代码如下：

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/**

 * 实现简单的加密

 */

public class EncryptOutputStream extends OutputStream{

    //持有被装饰的对象

    private OutputStream os = null;

    public EncryptOutputStream(OutputStream os){

        this.os = os;

    }  

    public void write(int a)throws IOException {

        //先统一向后移动两位

        a = a+2;

        //97是小写的a的码值

        if(a >= (97+26)){

            //如果大于，表示已经是y或者z了，减去26就回到a或者b了

            a = a-26;

        }

        this.os.write(a);

    }

}

 测试一下看看，好用吗？客户端使用代码示例如下：

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public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //流式输出文件

        DataOutputStream dout = new DataOutputStream(

            new BufferedOutputStream(

                //这是我们加的装饰器

                new EncryptOutputStream(

                    new FileOutputStream("MyEncrypt.txt"))));

        //然后就可以输出内容了

        dout.write("abcdxyz".getBytes());

        dout.close();

    }

}

 

运行一下，打开生成的文件，看看结果，结果示例如下：

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cdefzab

        很好，是不是被加密了，虽然是明文的，但已经不是最初存放的内容了，一切显得非常的完美。
        再试试看，不是说装饰器可以随意组合吗，换一个组合方式看看，比如把BufferedOutputStream和我们自己的装饰器在组合的时候换个位，示例如下：

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public class Client {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        //流式输出文件

        DataOutputStream dout = new DataOutputStream(

            //换了个位置

            new EncryptOutputStream (

                new BufferedOutputStream(

                    new FileOutputStream("MyEncrypt.txt"))));

        dout.write("abcdxyz".getBytes());

        dout.close();

    }

}

        再次运行，看看结果。坏了，出大问题了，这个时候输出的文件一片空白，什么都没有。这是哪里出了问题呢？
        要把这个问题搞清楚，就需要把上面I/O流的内部运行和基本实现搞明白，分开来看看具体的运行过程吧。

（1）先看看成功输出流中的内容的写法的运行过程：

 

 

• 当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候，会调用DataOutputStream的write方法，把数据输出到BufferedOutputStream中；
• 由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流，它默认缓存8192byte，也就是默认流中的缓存数据到了8192byte，它才会自动输出缓存中的数据；
• 而目前要输出的字节肯定不到8192byte，因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了，而不会被自动输出
• 当执行到“dout.close();”这句话的时候：会调用关闭DataOutputStream流，这会转调到传入DataOutputStream中的流的close方法，也就是BufferedOutputStream的close方法，而BufferedOutputStream的close方法继承自FilterOutputStream，在FilterOutputStream的close方法实现里面，会先调用输出流的方法flush，然后关闭流。也就是此时BufferedOutputStream流中缓存的数据会被强制输出；
• BufferedOutputStream流中缓存的数据被强制输出到EncryptOutputStream流，也就是我们自己实现的流，没有缓存，经过处理后继续输出；
• EncryptOutputStream流会把数据输出到FileOutputStream中，FileOutputStream会直接把数据输出到文件中，因此，这种实现方式会输出文件的内容。

 

 

（2）再来看看不能输出流中的内容的写法的运行过程：

• 当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候，会调用DataOutputStream的write方法，把数据输出到EncryptOutputStream中；
• EncryptOutputStream流，也就是我们自己实现的流，没有缓存，经过处理后继续输出，把数据输出到BufferedOutputStream中；
• 由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流，它默认缓存8192byte，也就是默认流中的缓存数据到了8192byte，它才会自动输出缓存中的数据；
• 而目前要输出的字节肯定不到8192byte，因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了，而不会被自动输出
• 当执行到“dout.close();”这句话的时候：会调用关闭DataOutputStream流，这会转调到传入DataOutputStream流中的流的close方法，也就是EncryptOutputStream的close方法，而EncryptOutputStream的close方法继承自OutputStream，在OutputStream的close方法实现里面，是个空方法，什么都没有做。因此，这种实现方式没有flush流的数据，也就不会输出文件的内容，自然是一片空白了。

3：自己实现的I/O流的装饰器——第二版

        要让我们写的装饰器跟其它Java中的装饰器一样用，最合理的方案就应该是：让我们的装饰器继承装饰器的父类，也就是FilterOutputStream类，然后使用父类提供的功能来协助完成想要装饰的功能。示例代码如下：

  

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public class EncryptOutputStream2 extends FilterOutputStream{

 

    private OutputStream os = null;

 

    public EncryptOutputStream2(OutputStream os){

 

       //调用父类的构造方法

 

       super(os);

 

    }

 

    public void write(int a)throws IOException {

 

       //先统一向后移动两位

 

       a = a+2;

 

       //97是小写的a的码值

 

       if(a >= (97+26)){

 

           //如果大于，表示已经是y或者z了，减去26就回到a或者b了

 

           a = a-26;

 

       }

 

       //调用父类的方法

 

       super.write(a);

 

    }

 

}

 

再测试看看，是不是跟其它的装饰器一样，可以随便换位了呢？

 

  

未完待续