装饰器模式 Decorator Pattern

2017-06-22

在面向对象编程中,要扩展一个类或对象的功能,可以使用继承机制。

举例来说,咖啡店可能会提供拿铁、卡布奇诺、美式咖啡、意式浓缩等供客人选择,我们可以先定义一个 Coffee 类,并在其中声明价格、成分等方法,然后为每种咖啡继承它:Latte、Cappuccino、Americano、Espresso 等,每个类中都实现自己的一套价格、成分信息,这些类都是预先定义好的。

我们可以像这样调用:

Coffee coffee = new Latte();
System.out.println("Cost: " + getCost() + "; Ingredients: " + getIngredients());

然而在遇到有定制化需求的客人时,我们遇到了麻烦。他可能会要求把浓缩咖啡、牛奶、奶油、巧克力、甚至酒等进行组合,混合为一种新的咖啡。这就需要在编译时静态地定义这种新的咖啡类型,而定制咖啡的方式有太多种,为每一种组合都定义一个子类不太现实。

装饰器模式(或装饰模式、修饰模式),是面向对象编程领域中,一种动态地往一个特定对象中添加新的行为的设计模式。装饰模式相比生成子类更为灵活,这样可以给某个对象而不是整个类添加一些功能。

模式结构

装饰器模式包含如下角色:

  • Component 抽象组件,定义一个接口,以规范准备动态添加新的行为的对象

  • ConcreteComponent 具体组件,实现 Component 接口,是被装饰对象的基础类

  • Decorator 抽象装饰器,是实现 Component 的抽象类,也是所有装饰器的父类,并在其中维护了一个 Component 对象,Decorator 把 Component 对象的行为封装(装饰)起来

  • ConcreteDecorator 具体装饰器,继承 Decorator 类,根据需要添加一些特定的行为

UML 类图如下(图片来自 https://en.wikipedia.org/wiki/Decorator_pattern):

实例

抽象组件 Component

仍然以咖啡为例,先定义一个 Coffee 抽象类或接口作为抽象组件 Component:

public abstract class Coffee {
    public abstract int getCost();

    public abstract String getIngredients();

    @Override
    public String toString() {
        return "Cost: " + getCost() + "; Ingredients: " + getIngredients();
    }
}

它具有获取价格和成分的行为。

具体组件 ConcreteComponent

很多咖啡都是以意式浓缩 Espresso 为基础进行调制的,那么被装饰的基础类当然就是:

public class Espresso extends Coffee {
    @Override
    public int getCost() {
        return 22;
    }

    @Override
    public String getIngredients() {
        return "espresso";
    }
}

抽象装饰器 Decorator

public abstract class CoffeeDecorator extends Coffee {
    private final Coffee mCoffee;

    public CoffeeDecorator(Coffee coffee) {
        this.mCoffee = coffee;
    }

    @Override
    public int getCost() {
        return mCoffee.getCost();
    }

    @Override
    public String getIngredients() {
        return mCoffee.getIngredients();
    }
}

它维护了一个私有 Coffee 对象,通过构造方法传入,然后将 Coffee 对象的行为封装起来。

具体装饰器 ConcreteDecorator

咖啡可以加奶,那么牛奶就可以作为一种装饰器:

public class WithMilk extends CoffeeDecorator {
    public WithMilk(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public int getCost() {
        return super.getCost() + 6;
    }

    @Override
    public String getIngredients() {
        return super.getIngredients() + ", milk";
    }
}

在重写方法时可以自定义一些行为,例如加牛奶后价格和成分都会变化。

也可以定义巧克力粉作为一种装饰器:

public class WithSprinkles extends CoffeeDecorator {
    public WithSprinkles(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public int getCost() {
        return super.getCost() + 3;
    }

    @Override
    public String getIngredients() {
        return super.getIngredients() + ", sprinkles";
    }
}

同样可以定义其它装饰器。

测试

Coffee coffee = new Espresso();
System.out.println(coffee);

coffee = new WithMilk(coffee);
System.out.println(coffee);

coffee = new WithSprinkles(coffee);
System.out.println(coffee);

输出:

Cost: 22; Ingredients: espresso
Cost: 28; Ingredients: espresso, milk
Cost: 31; Ingredients: espresso, milk, sprinkles

于是,我们成功地在运行时动态扩展了对象的行为。

实现源码

https://github.com/qianbinbin/DesignPattern/tree/master/src/main/java/io/binac/designpattern/decorator

参考资料

  1. Decorator pattern - Wikipedia
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