【Java教程】Day20-09 设计模式：结构型模式——装饰器
1. 设计模式概述
在面向对象的编程中，装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，允许动态地为对象添加功能。这种模式比继承更为灵活，因为它能够在运行时进行功能扩展，而不需要创建大量的子类。
装饰器模式通过将功能封装到装饰器类中，能够使得对象在运行时不断地增加新的职责，而不会改变原始对象的结构。这个设计理念在很多实际的应用中都非常有效，尤其是当我们面对需要增加多种功能的情况时。
2. 装饰器模式的应用
2.1 装饰器模式与IO流
在Java标准库中，IO流的实现本身就遵循了装饰器模式。InputStream 是一个抽象类，它的多个子类（如 FileInputStream、ServletInputStream、Socket.getInputStream()）负责提供数据源。如果我们需要对这些数据源添加新的功能（如缓冲、加密、解压等），传统的做法是通过继承来创建多个子类。然而，当数据源或功能的种类增加时，子类数量会迅速暴涨，维护起来非常困难。
装饰器模式解决了这一问题。我们可以通过将不同的装饰器逐层包装在数据源对象周围，实现所需的附加功能，而不需要修改原始类。
2.2 示例：文件流与装饰器模式
假设我们有一个 FileInputStream，并且希望为它动态地增加缓冲和解压缩功能。在不使用装饰器模式的情况下，我们可能需要为每一种数据源和每一种功能创建多个子类。但使用装饰器模式，我们只需创建装饰器类，逐步为原始流添加功能。
以下是装饰器模式的代码示例：
java// 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);
或者我们可以把它写成一行：
javaInputStream input = new GZIPInputStream( // 第二层装饰new BufferedInputStream( // 第一层装饰new FileInputStream("test.gz") // 核心功能));
在这里，BufferedInputStream 和 GZIPInputStream 都是从 FilterInputStream 类继承的，而 FilterInputStream 充当了装饰器的角色。通过逐层包装，我们可以为流对象添加多个功能，而无需修改原始的数据源类。
2.3 装饰器模式的类图
装饰器模式的类图如下所示：
markdown┌───────────┐│ Component │└───────────┘▲┌────────────┼─────────────────┐│ │ │┌───────────┐┌───────────┐ ┌───────────┐│ComponentA ││ComponentB │... │ Decorator │└───────────┘└───────────┘ └───────────┘▲┌──────┴──────┐│ │┌───────────┐ ┌───────────┐│DecoratorA │ │DecoratorB │...└───────────┘ └───────────┘
-
Component是顶层接口或抽象类，对应于IO流中的InputStream。 -
ComponentA和ComponentB是具体的数据源类，对应FileInputStream、ServletInputStream等。 -
Decorator是抽象装饰器类，对应于FilterInputStream。 -
从
Decorator派生出的具体装饰器类，如BufferedInputStream和GZIPInputStream，提供具体的功能扩展。
3. 自定义装饰器模式：HTML文本渲染
接下来，我们来看一个通过装饰器模式实现文本效果的例子。假设我们需要动态地为HTML文本添加加粗、斜体、下划线等效果。我们可以通过定义一个顶层接口 TextNode 和多个装饰器类来实现这个需求。
3.1 定义顶层接口
首先，定义一个顶层接口 TextNode，用于设置和获取文本内容：
javapublic interface TextNode {void setText(String text); // 设置文本内容String getText(); // 获取文本内容}
3.2 实现核心节点：SpanNode
SpanNode 作为一个简单的文本节点，实现了 TextNode 接口，返回基本的HTML标签 ：
javapublic class SpanNode implements TextNode {private String text;public void setText(String text) {this.text = text;}public String getText() {return "" + text + "";}}
3.3 定义抽象装饰器类：NodeDecorator
接下来，我们定义一个抽象装饰器类 NodeDecorator，它实现了 TextNode 接口并持有一个 TextNode 实例，所有的具体装饰器都会从这个类继承：
javapublic 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);}}
3.4 实现具体装饰器类：BoldDecorator
我们可以创建一个加粗装饰器 BoldDecorator，它会将原始文本内容包裹在 标签中：
javapublic class BoldDecorator extends NodeDecorator {public BoldDecorator(TextNode target) {super(target);}public String getText() {return "" + target.getText() + "";}}
3.5 客户端使用装饰器
客户端可以自由组合不同的装饰器，动态地为文本添加各种效果：
javaTextNode 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 HelloSystem.out.println(n2.getText()); // 输出 DecoratedSystem.out.println(n3.getText()); // 输出 World
3.6 练习
请实现一个装饰器，给文本添加
下载练习：[下载链接]
4. 小结
装饰器模式是一种非常灵活且强大的设计模式。它可以独立地增加核心功能和附加功能，并且允许我们在运行时动态地组合功能。与传统的继承方式相比，装饰器模式避免了子类数量爆炸的问题，使得系统更加灵活、可扩展。
通过装饰器模式，我们可以清晰地分离核心功能和附加功能，使得系统的功能扩展更加简单，并且能够根据需要灵活组合各种功能，极大地提高了代码的可维护性和可扩展性。