编程自学指南：java程序设计开发，Java 装饰模式（Decorator），装饰模式的核心思想：动态扩展对象功能，装饰模式与适配器、代理模式的差异，装饰模式替代继承，避免类爆炸

编程自学指南：java程序设计开发，Java 装饰模式（Decorator）

一、课程信息

学习目标

1. 理解装饰模式的核心思想：动态扩展对象功能
2. 掌握四大核心角色的设计方法
3. 能通过装饰模式替代继承，避免类爆炸
4. 区分装饰模式与适配器、代理模式的差异

二、课程导入：生活中的装饰

🌰 场景 1：星巴克咖啡

• 基础咖啡（黑咖啡）→ 加奶 → 加糖浆 → 加奶油
• 传统继承方式：每加一种配料创建一个子类（拿铁 = 咖啡 + 奶，焦糖拿铁 = 拿铁 + 糖浆），导致类爆炸
• 装饰模式方案：用装饰器动态包装基础咖啡

三、核心概念与角色

1. 模式定义

动态地给一个对象添加额外的职责，就像给房子装修一样。
核心：通过组合替代继承，实现功能的灵活扩展

2. 四大核心角色

角色名称	作用	咖啡案例类比
抽象构件	定义对象的核心功能接口	Beverage（有cost()方法）
具体构件	核心功能的具体实现	Coffee（黑咖啡）
装饰器抽象类	继承 / 实现抽象构件，持有被装饰对象的引用	CondimentDecorator（配料基类）
具体装饰器	实现额外功能，调用被装饰对象的方法	MilkDecorator、SugarDecorator

四、基础实现与案例

🔧 案例 1：星巴克咖啡配料（核心案例）

步骤 1：定义抽象构件

// 饮料抽象类
abstract class Beverage {
    protected String description = "未知饮料";

    public String getDescription() { return description; }
    public abstract double cost();
}

步骤 2：实现具体构件

// 黑咖啡
class Coffee extends Beverage {
    public Coffee() { description = "黑咖啡"; }
    public double cost() { return 10.0; }
}

// 茶
class Tea extends Beverage {
    public Tea() { description = "茶"; }
    public double cost() { return 8.0; }
}

步骤 3：定义装饰器抽象类

// 配料装饰器（继承自Beverage）
abstract class CondimentDecorator extends Beverage {
    protected Beverage beverage; // 持有被装饰的饮料对象

    public CondimentDecorator(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }
}

步骤 4：实现具体装饰器

// 加奶
class MilkDecorator extends CondimentDecorator {
    public MilkDecorator(Beverage beverage) {
        super(beverage);
        description = beverage.getDescription() + ", 加奶";
    }

    public double cost() {
        return beverage.cost() + 2.0; // 奶的价格
    }
}

// 加糖浆
class SugarDecorator extends CondimentDecorator {
    public SugarDecorator(Beverage beverage) {
        super(beverage);
        description = beverage.getDescription() + ", 加糖浆";
    }

    public double cost() {
        return beverage.cost() + 1.5;
    }
}

步骤 5：客户端调用

public class CoffeeShop {
    public static void main(String[] args) {
        // 基础咖啡加奶和糖浆
        Beverage coffee = new Coffee();
        coffee = new MilkDecorator(coffee);
        coffee = new SugarDecorator(coffee);
        
        System.out.println(coffee.getDescription() + "，价格：" + coffee.cost());
        // 输出：黑咖啡, 加奶, 加糖浆，价格：13.5
    }
}

五、进阶案例：手机功能扩展

需求：为手机动态添加拍照、音乐、快充功能

1. 抽象构件：手机核心功能

interface Phone {
    void use(); // 使用手机
}

2. 具体构件：基础手机

class BasicPhone implements Phone {
    public void use() {
        System.out.println("打电话、发短信");
    }
}

3. 装饰器抽象类

abstract class PhoneDecorator implements Phone {
    protected Phone phone;

    public PhoneDecorator(Phone phone) {
        this.phone = phone;
    }
}

4. 具体装饰器

// 拍照功能
class CameraDecorator extends PhoneDecorator {
    public CameraDecorator(Phone phone) {
        super(phone);
    }

    public void use() {
        phone.use(); // 先执行原有功能
        takePhoto(); // 新增拍照功能
    }

    private void takePhoto() {
        System.out.println("拍照：咔嚓！");
    }
}

// 快充功能
class FastChargeDecorator extends PhoneDecorator {
    public FastChargeDecorator(Phone phone) {
        super(phone);
    }

    public void use() {
        phone.use();
        chargeFast();
    }

    private void chargeFast() {
        System.out.println("快充已开启，30分钟充满");
    }
}

六、装饰模式 vs 继承

特性	继承	装饰模式
扩展方式	静态（编译时确定）	动态（运行时组合）
类数量	多（每个功能组合一个类）	少（基础类 + 装饰器）
灵活性	低（需修改继承层次）	高（自由组合装饰器）
代码复用	差（子类只能继承父类功能）	好（装饰器可重复使用）

七、JDK 中的装饰模式

1. InputStream 系列

InputStream is = new FileInputStream("data.txt");
is = new BufferedInputStream(is); // 装饰为缓冲流
is = new DataInputStream(is);      // 装饰为数据输入流

2. StringBuilder 的 append 方法

通过方法调用链动态添加内容，本质是方法级别的装饰

八、适用场景与优缺点

✅ 优点

1. 动态扩展：无需修改原有代码，随时添加 / 删除功能
2. 解耦：功能模块独立，可自由组合
3. 避免类爆炸：替代多层继承

⚠️ 缺点

• 多层装饰：过度使用会导致代码复杂（如InputStream嵌套过深）
• 性能损耗：每层装饰增加方法调用开销

🔥 适用场景

1. 功能动态叠加：如日志功能、缓存功能
2. 替代继承：避免子类数量爆炸
3. Java IO/NIO：典型的装饰模式应用

九、课堂练习

练习 1：扩展咖啡案例

需求：新增 "奶油" 配料，价格 3 元，修改描述为 "加奶油"

练习 2：文本处理装饰器

需求：

• 基础功能：输出文本
• 装饰器 1：添加前后缀（如 <<文本>>）
• 装饰器 2：转为大写

十、课程总结

知识图谱：

装饰模式  
   ↳ 核心：组合替代继承，动态扩展功能  
   ↳ 角色：抽象构件→具体构件→装饰器抽象→具体装饰器  
   ↳ 优势：灵活扩展、避免类爆炸  
   ↳ 与继承区别：动态vs静态，组合vs父子  

口诀记忆：

“装饰模式像装修，功能动态往上加，
继承层次太复杂，组合装饰来救场，
构件装饰分清楚，层层包装功能强！”

十一、课后作业

必做 1：实现日志装饰器

需求：

• 基础功能：执行数据库操作
• 装饰器 1：记录操作开始 / 结束时间
• 装饰器 2：记录操作参数

必做 2：分析 Java IO 装饰器链

任务：

1. 写出BufferedReader的装饰器链（从FileReader开始）
2. 说明每个装饰器的作用