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Java 设计模式-装饰器模式

news 2025/8/15 10:31:15

Java 设计模式-装饰器模式

模式概述

装饰器模式简介

定义：它允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种模式创建了一个装饰类，用来包装原有的类，并在保持类方法签名完整性的前提下，提供了额外的功能。

模式类型：结构型

作用：

动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，装饰器模式相比生成子类更为灵活。
可以在不修改原有代码的情况下，通过组合的方式扩展对象的功能，符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。
提供了比继承更有弹性的替代方案，避免了因为子类继承导致的类爆炸问题。

典型应用场景：

在图形界面开发中，为组件添加滚动条、边框等装饰
Java 的 I/O 流体系中就大量使用了装饰器模式

我认为：装饰器将对象包装，在不改变类的情况下增加其功能，是一种相比继承更灵活的替代方案。

课程目标

理解装饰器模式的核心思想和经典应用场景
识别应用场景，使用装饰器模式解决灵活扩展对象的功能要求
了解装饰器模式的优缺点

核心组件

角色-职责表

角色	职责	示例类名
抽象组件（Component）	定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。	Coffee
具体组件（ConcreteComponent）	实现了抽象组件的接口，是待装饰的对象。	SimpleCoffee
抽象装饰器（Decorator）	继承自抽象组件，并持有一个抽象组件的引用。	CoffeeDecorator
具体装饰器（ConcreteDecorator）	实现了抽象装饰器，负责给具体组件添加具体的职责。	MilkDecorator, SugarDecorator

3.2 类图

传统实现 VS 装饰者模式

传统实现（痛点版）

代码实现：

// 传统方式：通过继承扩展功能
public class SimpleCoffee {public double getCost() {return 2.0;}public String getDescription() {return "Simple Coffee";}
}// 加牛奶的咖啡
public class MilkCoffee extends SimpleCoffee {@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.5;}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Milk";}
}// 加糖的咖啡
public class SugarCoffee extends SimpleCoffee {@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.3;}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Sugar";}
}// 加牛奶和糖的咖啡 → 需要创建 MilkAndSugarCoffee，甚至更多组合
public class MilkAndSugarCoffee extends SimpleCoffee {@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.5 + 0.3;}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Milk, Sugar";}
}

痛点总结：

❌ 类爆炸：每种功能组合都需要一个新类，N 个功能会产生 2^N 个子类。
❌ 代码重复：每个子类都要重写 getCost() 和 getDescription()，逻辑重复。
❌ 不灵活：无法在运行时动态添加或移除功能。
❌ 违反开闭原则：新增功能需要修改父类或增加大量子类。

装饰器模式（优雅版）

代码实现：

// 1. 抽象组件
public interface Coffee {double getCost();String getDescription();
}// 2. 具体组件
public class SimpleCoffee implements Coffee {@Overridepublic double getCost() {return 2.0;}@Overridepublic String getDescription() {return "Simple Coffee";}
}// 3. 抽象装饰器
public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {protected Coffee coffee;public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {this.coffee = coffee;}@Overridepublic double getCost() {return coffee.getCost();}@Overridepublic String getDescription() {return coffee.getDescription();}
}// 4. 具体装饰器
public class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {public MilkDecorator(Coffee coffee) {super(coffee);}@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.5;}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Milk";}
}public class SugarDecorator extends CoffeeDecorator {public SugarDecorator(Coffee coffee) {super(coffee);}@Overridepublic double getCost() {return super.getCost() + 0.3;}@Overridepublic String getDescription() {return super.getDescription() + ", Sugar";}
}// 使用示例
public class Main {public static void main(String[] args) {Coffee coffee = new SimpleCoffee();System.out.println(coffee.getDescription() + " $" + coffee.getCost());coffee = new MilkDecorator(coffee);System.out.println(coffee.getDescription() + " $" + coffee.getCost());coffee = new SugarDecorator(coffee);System.out.println(coffee.getDescription() + " $" + coffee.getCost());// 输出：Simple Coffee, Milk, Sugar $2.8}
}

优势：

✅ 运行时动态扩展：可以在程序运行时自由组合功能。
✅ 符合开闭原则：新增功能只需添加新的装饰器类，无需修改已有代码。
✅ 避免类爆炸：通过组合而非继承，有效减少子类数量。
✅ 职责清晰：每个装饰器只关注一个功能点，符合单一职责原则。

局限：

⚠️ 装饰顺序影响结果：如日志装饰器和加密装饰器顺序不同，行为可能不同。
⚠️ 过度使用导致复杂度上升：装饰链过长时，调试和理解成本增加。
⚠️ 仅适用于支持接口/抽象基类的场景：被装饰对象必须有统一接口。

每次调用都是一次递归操作。

模式变体

链式装饰器：通过责任链模式控制处理顺序
优先级装饰器：支持按优先级排序的装饰器
条件装饰器：根据业务规则动态决定是否应用装饰
组合装饰器：将多个装饰器打包成复合装饰器

最佳实践

建议	理由
保持单一职责	每个装饰器只处理一个业务逻辑
使用工厂模式	管理复杂装饰器组合的创建过程
记录装饰日志	方便追踪处理流程和调试
限制装饰层级	避免过度复杂的装饰链
提供默认实现	确保基础功能的完整性