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设计模式之装饰器模式

作者:乌龟哥哥
  • 2022 年 5 月 16 日
  • 本文字数:2788 字

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设计模式之装饰器模式

应用场景

装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题,通过组合来替代继承。它主要的作用是给原始类添加增强功能。


装饰器模式有一个特点,那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景,在设计的时候,装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

聊聊 Java IO 类

Java IO 类库非常庞大和复杂,有几十个类,负责 IO 数据的读取和写入。我们可以把 IO 类分为四类。



针对不同的读取和写入场景,Java IO 又在这四个父类基础之上,扩展出了很多子类。


相信大多数开发者在初次接触 Java IO 类时面对庞大的 Java IO 类家族产生困惑:为什么会有如此多的类?他们使用上有啥区别?


这里以读取 config.properties 文件为例,InputStream 是一个抽象类,FileInputStream 是专门用来读取文件流的子类。BufferedInputStream 是一个支持带缓存功能的数据读取类,可以提高数据读取的效率。


InputStream in = new FileInputStream("config.properties");InputStream bin = new BufferedInputStream(in);byte[] data = new byte[128];while (bin.read(data) != -1) {  //...}
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Java IO 为什么不设计一个继承 FileInputStream 并且支持缓存的BufferedFileInputStream 类呢?这样我们就可以直接创建new BufferedFileInputStream() 简单许多。

继承的问题

事实上如果只是扩展这一个类,那还可以接受,但是InputStream具有很多子类,如果我们继续按照继承的方式来实现的话,就需要再继续派生出 DataFileInputStream、DataPipedInputStream 等类。如果我们还需要既支持缓存、又支持按照基本类型读取数据的类,那就要再继续派生出 BufferedDataFileInputStream、BufferedDataPipedInputStream 等 n 多类。这还只是附加了两个增强功能,如果我们需要附加更多的增强功能,那就会导致组合爆炸,类继承结构变得无比复杂,代码既不好扩展,也不好维护。


所以 Java 的设计者没有使用继承的方式来进行扩展,而是使用组合,这里也体现了组合优于继承的设计原则。下面是简化的 JDK 源码


public abstract class InputStream {    // ...}
public class BufferedInputStream extends InputStream { protected volatile InputStream in; public BufferedInputStream(InputStream in) { this.in = in; } // 实现基于缓存的读取...
}
public class DataInputStream extends InputStream { protected volatile InputStream in; public BufferedInputStream(InputStream in) { this.in = in; } // 实现读取基本数据类型...
}
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如果去查看 JDK 的源码,你会发现,BufferedInputStream、DataInputStream 并非继承自 InputStream,而是另外一个叫 FilterInputStream 的类。


这是因为 InputStream 是一个抽象类,其中很多方法已经有了默认实现。我们想复用这些实现,但是我们是通过在构造函数注入 InputStream,然后赋值给成员变量InputStream in,将所有功能委托给成员变量in来实现的,因此抽象类 InputStream 的方法即使被继承,调用的对象也是当前类实例,而不是委托给in,所以需要有一个装饰器类FilterInputStream


public class FilterInputStream extends InputStream {  protected volatile InputStream in;  protected FilterInputStream(InputStream in) {    this.in = in;  }  public int read() throws IOException {    return in.read();  }  public int read(byte b[]) throws IOException {    return read(b, 0, b.length);  }     public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {    return in.read(b, off, len);  }  public long skip(long n) throws IOException {    return in.skip(n);  }  public int available() throws IOException {    return in.available();  }  public void close() throws IOException {    in.close();  }  public synchronized void mark(int readlimit) {    in.mark(readlimit);  }  public synchronized void reset() throws IOException {    in.reset();  }  public boolean markSupported() {    return in.markSupported();  }}
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装饰器模式是简单的“用组合替代继承”吗?

当然不是。从 Java IO 的设计来看,装饰器模式有两个比较特殊的地方:


  • 装饰器类和原始类继承同样的父类,这样我们可以对原始类“嵌套”多个装饰器类。


InputStream in = new FileInputStream("content.txt");InputStream bin = new BufferedInputStream(in);DataInputStream din = new DataInputStream(bin);int data = din.readInt();
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  • 装饰器类是对功能的增强,这也是装饰器模式应用场景的一个重要特点。

跟代理模式的区别

代理模式中,代理类附加的是跟原始类无关的功能,而在装饰器模式中,装饰器类附加的是跟原始类相关的增强功能。

类图

代码实现

Shape


public abstract class Shape {
public abstract void draw();
public abstract void doOther();
}
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Circle


public class Circle extends Shape {
@Override public void draw() { System.out.println("You are drawing circle..."); }
@Override public void doOther() { System.out.println("You are doing other..."); }
}
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Square


public class Square extends Shape {
@Override public void draw() { System.out.println("You are drawing square..."); }
@Override public void doOther() { System.out.println("You are doing other..."); }
}
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ShapeDecorator


public class ShapeDecorator extends Shape {
protected Shape shape;
public ShapeDecorator(Shape shape) { this.shape = shape; }
@Override public void draw() { shape.draw(); }
@Override public void doOther() { shape.doOther(); }
}
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RedShapeDecorator


public class RedShapeDecorator extends ShapeDecorator {
public RedShapeDecorator(Shape shape) { super(shape); }
@Override public void draw() { shape.draw(); System.out.println("The shape color is red"); }
}
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Main


public class Main {
public static void main(String[] args) { Shape shape; RedShapeDecorator decorator;
shape = new Circle(); decorator = new RedShapeDecorator(shape); decorator.draw(); decorator.doOther();
shape = new Square(); decorator = new RedShapeDecorator(shape); decorator.draw(); decorator.doOther(); }
}
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正在努力寻找offer的大四小菜鸟 2021.03.16 加入

擅长 Hbuilder、VS Code、MyEclipse、AppServ、PS 等软件的安装与卸载 精通 Html、CSS、JavaScript、jQuery、Java 等单词的拼写 熟悉 Windows、Linux、 等系统的开关机 看–时间过得多快,不说了,去搬砖了

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