装饰者模式

   概念

装饰者模式又名包装(Wrapper)模式。装饰者模式以对客户端透明的方式扩展对象的功能，是继承关系的一个替代方案；装饰者模式动态地将责任附加到对象身上。若要扩展功能，装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。

  结构 

在装饰模式中的角色有：

　　抽象构件(Component)角色：给出一个抽象接口，以规范准备接收附加责任的对象。

　   具体构件(ConcreteComponent)角色：定义一个将要接收附加责任的类。

　   装饰(Decorator)角色：持有一个构件(Component)对象的实例，并定义一个与抽象构件接口一致的接口。

　   具体装饰(ConcreteDecorator)角色：负责给构件对象“贴上”附加的责任。

抽象构件角色

public interface Component {
    
    public void sampleOperation();
    
}

具体构件角色 

public class ConcreteComponent implements Component {

    @Override
    public void sampleOperation() {
        // 写相关的业务代码
    }
}

装饰角色 

public class Decorator implements Component{
    private Component component;
    
    public Decorator(Component component){
        this.component = component;
    }

    @Override
    public void sampleOperation() {
        // 委派给构件
        component.sampleOperation();
    }   
}

 具体装饰角色

public class ConcreteDecoratorA extends Decorator {

    public ConcreteDecoratorA(Component component) {
        super(component);
    }
    
    @Override
    public void sampleOperation() {
      // 写相关的业务代码
　　　super.sampleOperation();
    }
}

实例 

抽象构件角色

public interface TheGreatestSage {
    
    public void move();
}

具体构件角色 

public class Monkey implements TheGreatestSage {

    @Override
    public void move() {
        //代码
        System.out.println("Monkey Move");
    }
}

 抽象装饰角色

public class Change implements TheGreatestSage {
    private TheGreatestSage sage;
    
    public Change(TheGreatestSage sage){
        this.sage = sage;
    }
    @Override
    public void move() {
        // 代码
        sage.move();
    }
}

具体装饰角色

public class Fish extends Change {
    
    public Fish(TheGreatestSage sage) {
        super(sage);
    }

    @Override
    public void move() {
        // 代码
        System.out.println("Fish Move");
    }
}

具体装饰角色 

public class Bird extends Change {
    
    public Bird(TheGreatestSage sage) {
        super(sage);
    }

    @Override
    public void move() {
        // 代码
        System.out.println("Bird Move");
    }
}

 实例测试

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        TheGreatestSage sage = new Monkey();
        // 第一种写法  单层装饰
        TheGreatestSage bird = new Bird(sage);
        TheGreatestSage fish = new Fish(bird);
        // 第二种写法 双层装饰
        TheGreatestSage fish1 = new Fish(new Bird(sage));
        fish.move(); 
        fish1.move();
    }
}

 

透明性的要求

装饰者模式对客户端的透明性要求程序不要声明一个ConcreteComponent类型的变量，而应当声明一个Component类型的变量。用孙悟空的例子来说，必须永远把孙悟空的所有变化都当成孙悟空来对待，而如果把老孙变成的鱼儿当成鱼儿，而不是老孙，那就被老孙骗了，而这时不应当发生的。下面的做法是对的：

TheGreatestSage sage = new Monkey();
TheGreatestSage bird = new Bird(sage);

而下面的做法是不对的：

Monkey sage = new Monkey();
Bird bird = new Bird(sage);

半透明的装饰者模式

然而，纯粹的装饰者模式很难找到。装饰者模式的用意是在不改变接口的前提下，增强所考虑的类的性能。在增强性能的时候，往往需要建立新的公开的方法。即便是在孙大圣的系统里，也需要新的方法。比如齐天大圣类并没有飞行的能力，而鸟儿有。这就意味着鸟儿应当有一个新的fly()方法。再比如，齐天大圣类并没有游泳的能力，而鱼儿有，这就意味着在鱼儿类里应当有一个新的swim()方法。

这就导致了大多数的装饰者模式的实现都是“半透明”的，而不是完全透明的。换言之，允许装饰者模式改变接口，增加新的方法。这意味着客户端可以声明ConcreteDecorator类型的变量，从而可以调用ConcreteDecorator类中才有的方法：

TheGreatestSage sage = new Monkey();
Bird bird = new Bird(sage);
bird.fly();

半透明的装饰者模式是介于装饰者模式和适配器模式之间的。适配器模式的用意是改变所考虑的类的接口，也可以通过改写一个或几个方法，或增加新的方法来增强或改变所考虑的类的功能。大多数的装饰者模式实际上是半透明的装饰者模式，这样的装饰者模式也称做半装饰、半适配器模式。

装饰者模式在Java IO流中的应用

我们看下InputStream的对象结构图：

 

根据上图可以看出：

　抽象构件(Component)角色：由InputStream扮演。这是一个抽象类，为各种子类型提供统一的接口。

　　        具体构件(ConcreteComponent)角色：由ByteArrayInputStream、FileInputStream、PipedInputStream、StringBufferInputStream等类扮演。它们实现了抽象构件角色所规定的接口。　　

              抽象装饰(Decorator)角色：由FilterInputStream扮演。它实现了InputStream所规定的接口。

　          具体装饰(ConcreteDecorator)角色：由几个类扮演，分别是BufferedInputStream、DataInputStream以及两个不常用到的类LineNumberInputStream、PushbackInputStream。

InputStream类型中的装饰者模式

InputStream类型中的装饰者模式是半透明的。为了说明这一点，不妨看一看作装饰者模式的抽象构件角色的InputStream的源代码。这个抽象类声明了九个方法，并给出了其中八个的实现，另外一个是抽象方法，需要由子类实现。

public abstract class InputStream implements Closeable {

    public abstract int read() throws IOException;

 
    public int read(byte b[]) throws IOException {}

    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {}

    public long skip(long n) throws IOException {}

    public int available() throws IOException {}
    
    public void close() throws IOException {}
    
    public synchronized void mark(int readlimit) {}
    
    public synchronized void reset() throws IOException {}

    public boolean markSupported() {}
}

下面是作为装饰模式的抽象装饰角色FilterInputStream类的源代码。可以看出，FilterInputStream的接口与InputStream的接口是完全一致的。也就是说，直到这一步，还是与装饰模式相符合的。

public class FilterInputStream extends InputStream {
    protected FilterInputStream(InputStream in) {}
    
    public int read() throws IOException {}

    public int read(byte b[]) throws IOException {}
    
    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {}

    public long skip(long n) throws IOException {}

    public int available() throws IOException {}

    public void close() throws IOException {}

    public synchronized void mark(int readlimit) {}

    public synchronized void reset() throws IOException {}

    public boolean markSupported() {}
}

下面是具体装饰角色PushbackInputStream的源代码。

public class PushbackInputStream extends FilterInputStream {
    private void ensureOpen() throws IOException {}
    
    public PushbackInputStream(InputStream in, int size) {}

    public PushbackInputStream(InputStream in) {}

    public int read() throws IOException {}

    public int read(byte[] b, int off, int len) throws IOException {}

    public void unread(int b) throws IOException {}

    public void unread(byte[] b, int off, int len) throws IOException {}

    public void unread(byte[] b) throws IOException {}

    public int available() throws IOException {}

    public long skip(long n) throws IOException {}

    public boolean markSupported() {}

    public synchronized void mark(int readlimit) {}
 
    public synchronized void reset() throws IOException {}

    public synchronized void close() throws IOException {}
}

查看源码，你会发现，这个装饰类提供了额外的方法unread()，这就意味着PushbackInputStream是一个半透明的装饰类。换言 之，它破坏了理想的装饰者模式的要求。如果客户端持有一个类型为InputStream对象的引用in的话，那么如果in的真实类型是 PushbackInputStream的话，只要客户端不需要使用unread()方法，那么客户端一般没有问题。但是如果客户端必须使用这个方法，就 必须进行向下类型转换。将in的类型转换成为PushbackInputStream之后才可能调用这个方法。但是，这个类型转换意味着客户端必须知道它 拿到的引用是指向一个类型为PushbackInputStream的对象。这就破坏了使用装饰者模式的原始用意。

下面是使用I/O流读取文件内容的简单操作示例。

public class IOTest {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 流式读取文件
        DataInputStream dis = null;
        try{
            dis = new DataInputStream(
                    new BufferedInputStream(
                            new FileInputStream("test.txt")
                    )
            );
            //读取文件内容
            byte[] bs = new byte[dis.available()];
            dis.read(bs);
            String content = new String(bs);
            System.out.println(content);
        }finally{
            dis.close();
        }
    }
}

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，再把处理后的对象传递给了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。