装饰模式（Decorator）

装饰（Decorator）模式又称包装（Wrapper）模式。装饰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。

我们通过日常使用的手机换代来解释什么是装饰模式。手机总体来看存在三个大的版本，分别是"黑白屏时代"、"半智能时代（即NOKIA的天下）"和"只能手机（即Android、IOS）"，如下图：

上图中，手机的黑白屏就是装饰模式的基础构建，其他代的手机都是在黑白屏手机基础上进行增强的。如下：

• 在黑屏手机时代，手机只能发短信和打电话；

• 在半智能手机时代，手机不仅可以发短信、打电话，而且可以浏览网页，通过WAP；

• 在智能手机时代，手机除了上面的功能外，可以完全当作一个PC电脑。功能非常丰富；

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如果将上面的手机实例使用Java进行描述，UML类图如下：

上图中，NoopsychePhone和HalfNoopsychePhone均是在BlackAndWhitePhone基础上进行扩展加强功能。其中：

• Phone：定义手机的基础功能接口，在Java中使用接口或者抽象类担任。

• BlackAndWhitePhone：黑白屏手机实现

• Decorator：手机功能扩展的基础类，所有扩展新功能的手机均需要继承该类，该类同时需要引用一个Phone对象。

• HalfNoopsychePhone：半智能手机实现

• NoopsychePhone：智能手机实现

装饰模式的结构

装饰模式使用原来被装饰的类的一个子类的实例，把客户端的调用委派到被装饰类。装饰模式的关键在于这种扩展是完全透明的。类图如下：

在装饰模式中的各个角色有：

• 抽象构件（Component）角色：规范准备接收附加责任的对象。在Java中使用接口担任；

• 具体构建（Concrete Component）角色：将要接收附加责任的类；

• 装饰（Decorator）角色：持有一个构建（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（Concrete Decorator）角色：负责给构件对象"贴上"附加功能；

Java代码：

// 抽象构件角色
public interface Component {
    public void sampleOperation();
}
 
// 具体构件角色，将要接收附加功能的基础类
public class ConcreteComponent implements Component {
    public void sampleOperation() {
        System.out.println(this.getClass().getName() + " sampleOperation()");
    }
}
 
// 装饰角色，该类提供了与抽象构件（待装饰类）一样的接口
public class Decorator implements Component {
    private Component component;
 
    public Decorator(Component component) {
        this.component = component;
    }
 
    public Decorator() {}
 
    public void sampleOperation() {
        component.sampleOperation();
    }
}
 
// 具体装饰角色（提供一个目标构件没有的功能，或者增强原有的功能）
public class ConcreteDecorator extends Decorator {
    private static final String NAME = ConcreteDecorator.class.getName();
 
    public ConcreteDecorator() {}
 
    public ConcreteDecorator(Component component) {
        super(component);
    }
 
    @Override
    public void sampleOperation() {
        System.out.println("[*] " + NAME + " => 开始包装");
        super.sampleOperation();
        System.out.println("[*] " + NAME + " => 包装结束");
    }
}
 
// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Decorator decorator = new ConcreteDecorator(new ConcreteComponent());
        decorator.sampleOperation();
    }
}

模式在Java中的应用

装饰模式在Java IO中得到了淋漓精致的使用。Java中的IO框架使用了装饰模式，下面我们以输入流InputStream为例。类图如下：

上图中是Java IO中输入流InputStream的部分类图，详解如下：

• InputStream 接口定义了装饰模式抽象构建的接口列表；

• FileInputStream 类是装饰模式的具体构建；

• FilterInputStream 类是装饰模式装饰角色的具体实现，其他具体装饰角色均继承自该角色；

• BufferedInputStream 类是具体装饰角色的具体实现，提供用来了使用缓存读取文件的接口；

• DataInputStream 类是具体装饰角色的具体实现，提供获取int、float、double等基础数据的接口；