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装饰器

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动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说,相比生成子类更为灵活。

装饰器(Decorator)模式,是一种在运行期动态给某个对象的实例增加功能的方法。

我们在IO的Filter模式一节中其实已经讲过装饰器模式了。在Java标准库中,InputStream是抽象类,FileInputStreamServletInputStreamSocket.getInputStream()这些InputStream都是最终数据源。

现在,如果要给不同的最终数据源增加缓冲功能、计算签名功能、加密解密功能,那么,3个最终数据源、3种功能一共需要9个子类。如果继续增加最终数据源,或者增加新功能,子类会爆炸式增长,这种设计方式显然是不可取的。

Decorator模式的目的就是把一个一个的附加功能,用Decorator的方式给一层一层地累加到原始数据源上,最终,通过组合获得我们想要的功能。

例如:给FileInputStream增加缓冲和解压缩功能,用Decorator模式写出来如下:

// 创建原始的数据源:
InputStream fis = new FileInputStream("test.gz");
// 增加缓冲功能:
InputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
// 增加解压缩功能:
InputStream gis = new GZIPInputStream(bis);

或者一次性写成这样:

InputStream input = new GZIPInputStream( // 第二层装饰
                        new BufferedInputStream( // 第一层装饰
                            new FileInputStream("test.gz") // 核心功能
                        ));

观察BufferedInputStreamGZIPInputStream,它们实际上都是从FilterInputStream继承的,这个FilterInputStream就是一个抽象的Decorator。我们用图把Decorator模式画出来如下:

             ┌───────────┐
             │ Component │
             └───────────┘
                   ▲
      ┌────────────┼─────────────────┐
      │            │                 │
┌───────────┐┌───────────┐     ┌───────────┐
│ComponentA ││ComponentB │...  │ Decorator │
└───────────┘└───────────┘     └───────────┘
                                     ▲
                              ┌──────┴──────┐
                              │             │
                        ┌───────────┐ ┌───────────┐
                        │DecoratorA │ │DecoratorB │...
                        └───────────┘ └───────────┘

最顶层的Component是接口,对应到IO的就是InputStream这个抽象类。ComponentA、ComponentB是实际的子类,对应到IO的就是FileInputStreamServletInputStream这些数据源。Decorator是用于实现各个附加功能的抽象装饰器,对应到IO的就是FilterInputStream。而从Decorator派生的就是一个一个的装饰器,它们每个都有独立的功能,对应到IO的就是BufferedInputStreamGZIPInputStream等。

Decorator模式有什么好处?它实际上把核心功能和附加功能给分开了。核心功能指FileInputStream这些真正读数据的源头,附加功能指加缓冲、压缩、解密这些功能。如果我们要新增核心功能,就增加Component的子类,例如ByteInputStream。如果我们要增加附加功能,就增加Decorator的子类,例如CipherInputStream。两部分都可以独立地扩展,而具体如何附加功能,由调用方自由组合,从而极大地增强了灵活性。

如果我们要自己设计完整的Decorator模式,应该如何设计?

我们还是举个栗子:假设我们需要渲染一个HTML的文本,但是文本还可以附加一些效果,比如加粗、变斜体、加下划线等。为了实现动态附加效果,可以采用Decorator模式。

首先,仍然需要定义顶层接口TextNode

public interface TextNode {
    // 设置text:
    void setText(String text);
    // 获取text:
    String getText();
}

对于核心节点,例如<span>,它需要从TextNode直接继承:

public class SpanNode implements TextNode {
    private String text;

    public void setText(String text) {
        this.text = text;
    }

    public String getText() {
        return "<span>" + text + "</span>";
    }
}

紧接着,为了实现Decorator模式,需要有一个抽象的Decorator类:

public abstract class NodeDecorator implements TextNode {
    protected final TextNode target;

    protected NodeDecorator(TextNode target) {
        this.target = target;
    }

    public void setText(String text) {
        this.target.setText(text);
    }
}

这个NodeDecorator类的核心是持有一个TextNode,即将要把功能附加到的TextNode实例。接下来就可以写一个加粗功能:

public class BoldDecorator extends NodeDecorator {
    public BoldDecorator(TextNode target) {
        super(target);
    }

    public String getText() {
        return "<b>" + target.getText() + "</b>";
    }
}

类似的,可以继续加ItalicDecoratorUnderlineDecorator等。客户端可以自由组合这些Decorator:

TextNode n1 = new SpanNode();
TextNode n2 = new BoldDecorator(new UnderlineDecorator(new SpanNode()));
TextNode n3 = new ItalicDecorator(new BoldDecorator(new SpanNode()));
n1.setText("Hello");
n2.setText("Decorated");
n3.setText("World");
System.out.println(n1.getText());
// 输出<span>Hello</span>

System.out.println(n2.getText());
// 输出<b><u><span>Decorated</span></u></b>

System.out.println(n3.getText());
// 输出<i><b><span>World</span></b></i>

练习

使用Decorator添加一个<del>标签表示删除。

Decorator练习

小结

使用Decorator模式,可以独立增加核心功能,也可以独立增加附加功能,二者互不影响;

可以在运行期动态地给核心功能增加任意个附加功能。


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