裝飾模式（Decorator Pattern）詳解
一、裝飾模式簡介
裝飾模式（Decorator Pattern） 是一種 結構型設計模式，它允許你動態地給對象添加行為或職責，而無需修改其源代碼，也不需要使用繼承來擴展功能。
是一種用于替代繼承的技術，它通過一種無須定義子類的方式給對象動態增加職責，使用對象之間的關聯關系取代類之間的繼承關系
引入了裝飾類，在裝飾類中既可以調用待裝飾的原有類的方法，還可以增加新的方法，以擴展原有類的功能
你可以把它理解為“在不改變原對象的前提下，為其添加新功能的方式”。與繼承不同的是，裝飾模式是運行時動態組合的，更加靈活。
動態地給一個對象增加一些額外的職責。就擴展功能而言，裝飾模式提供了一種比使用子類更加靈活的替代方案。
以對客戶透明的方式動態地給一個對象附加上更多的責任
可以在不需要創建更多子類的情況下，讓對象的功能得以擴展
裝飾模式的結構
裝飾模式包含以下4個角色：
Component（抽象構件）
ConcreteComponent（具體構件）
Decorator（抽象裝飾類）
ConcreteDecorator（具體裝飾類）
二、解決的問題類型
裝飾模式主要用于解決以下問題：
- 當子類擴展不再適用：比如當你有多個可選功能，并且這些功能可以自由組合時，如果用繼承方式實現，會導致類爆炸。
- 希望以透明和動態的方式給對象添加職責：不需要修改客戶端代碼，就可以為對象添加新的功能。
- 保持類責任清晰：每個裝飾器只關注一個功能，符合單一職責原則。
三、使用場景
- 你想在不影響其他對象的情況下，動態、透明地給某個對象添加職責。
- 你需要在運行時決定是否添加某個功能，甚至多次添加多個功能。
- 替代多重繼承的方案：避免由于多層繼承導致的類爆炸問題。
- Java I/O 流系統中廣泛使用裝飾者模式，如
BufferedInputStream包裹FileInputStream。 - 當不能采用繼承的方式對系統進行擴展或者采用繼承不利于系統擴展和維護時可以使用裝飾模式
四、實際生活案例
想象你在點一杯咖啡：
- 基礎咖啡：美式咖啡（Espresso）
- 可選配料：牛奶（Milk）、摩卡（Mocha）、奶油（Whip）
每種配料都可以看作是對咖啡的“裝飾”，你可以選擇加一樣，也可以疊加多種，最終價格也會隨之變化。
這種“基礎 + 動態添加”的場景非常適合使用裝飾模式。
五、代碼案例
我們通過一個簡單的咖啡加料的例子來演示裝飾模式。
1. 定義組件接口
// 組件接口：飲料
interface Beverage {double cost(); // 價格String description(); // 描述
}
2. 實現具體組件（基礎對象）
// 具體組件：美式咖啡
class Espresso implements Beverage {@Overridepublic double cost() {return 2.0;}@Overridepublic String description() {return "Espresso";}
}
3. 抽象裝飾器類（所有裝飾器的基礎）
// 抽象裝飾器類
abstract class BeverageDecorator implements Beverage {protected Beverage decoratedBeverage;public BeverageDecorator(Beverage decoratedBeverage) {this.decoratedBeverage = decoratedBeverage;}@Overridepublic double cost() {return decoratedBeverage.cost();}@Overridepublic String description() {return decoratedBeverage.description();}
}
4. 具體裝飾器類（裝飾行為）
// 加牛奶的裝飾器
class MilkDecorator extends BeverageDecorator {public MilkDecorator(Beverage decoratedBeverage) {super(decoratedBeverage);}@Overridepublic double cost() {return super.cost() + 0.5;}@Overridepublic String description() {return super.description() + ", Milk";}
}// 加摩卡的裝飾器
class MochaDecorator extends BeverageDecorator {public MochaDecorator(Beverage decoratedBeverage) {super(decoratedBeverage);}@Overridepublic double cost() {return super.cost() + 0.7;}@Overridepublic String description() {return super.description() + ", Mocha";}
}// 加奶油的裝飾器
class WhipDecorator extends BeverageDecorator {public WhipDecorator(Beverage decoratedBeverage) {super(decoratedBeverage);}@Overridepublic double cost() {return super.cost() + 0.6;}@Overridepublic String description() {return super.description() + ", Whip";}
}
5. 客戶端調用示例
public class Client {public static void main(String[] args) {// 點一杯加牛奶和摩卡的咖啡Beverage beverage = new Espresso();beverage = new MilkDecorator(beverage);beverage = new MochaDecorator(beverage);System.out.println("Cost: $" + beverage.cost());System.out.println("Description: " + beverage.description());// 再加奶油beverage = new WhipDecorator(beverage);System.out.println("\nAfter adding whip:");System.out.println("Cost: $" + beverage.cost());System.out.println("Description: " + beverage.description());}
}
輸出結果：
Cost: $3.2
Description: Espresso, Milk, MochaAfter adding whip:
Cost: $3.8
Description: Espresso, Milk, Mocha, Whip
抽象構件類典型代碼(c++)
abstract class Component
{public abstract void Operation();
}
具體構件類典型代碼
class ConcreteComponent : Component
{public override void Operation(){//基本功能實現}
}
抽象裝飾類典型代碼
class Decorator : Component
{
private Component component; //維持一個對抽象構件對象的引用//注入一個抽象構件類型的對象public Decorator(Component component){this.component = component;}public override void Operation(){component.Operation(); //調用原有業務方法}
}
具體裝飾類典型代碼
class ConcreteDecorator : Decorator
{public ConcreteDecorator(Component component) : base(component){}public override void Operation() {base.Operation(); //調用原有業務方法AddedBehavior(); //調用新增業務方法}
//新增業務方法
public void AddedBehavior() { //功能擴展}
}
其他案例
- 某軟件公司基于面向對象技術開發了一套圖形界面構件庫——VisualComponent，該構件庫提供了大量基本構件，如窗體、文本框、列表框等，由于在使用該構件庫時，用戶經常要求定制一些特殊的顯示效果，如帶滾動條的窗體、帶黑色邊框的文本框、既帶滾動條又帶黑色邊框的列表框等等，因此經常需要對該構件庫進行擴展以增強其功能。
現使用裝飾模式來設計該圖形界面構件庫。
- 變形金剛：變形金剛在變形之前是一輛汽車，它可以在陸地上移動。當它變成機器人之后除了能夠在陸地上移動之外，還可以說話；如果需要，它還可以變成飛機，除了在陸地上移動還可以在天空中飛翔。
- 多重加密系統：
某系統提供了一個數據加密功能，可以對字符串進行加密。最簡單的加密算法通過對字母進行移位來實現，同時還提供了稍復雜的逆向輸出加密，還提供了更為高級的求模加密。用戶先使用最簡單的加密算法對字符串進行加密，如果覺得還不夠可以對加密之后的結果使用其他加密算法進行二次加密，當然也可以進行第三次加密。現使用裝飾模式設計該多重加密系統
六、優缺點分析
| 優點 | 描述 |
|---|---|
| ? 比繼承更靈活 | 可在運行時動態添加功能，避免了類爆炸問題。可以通過一種動態的方式來擴展一個對象的功能，通過配置文件可以在運行時選擇不同的具體裝飾類，從而實現不同的行為 |
| ? 遵循開閉原則 | 擴展功能時不需要修改原有代碼。具體構件類與具體裝飾類可以獨立變化，用戶可以根據需要增加新的具體構件類和具體裝飾類，且原有類庫代碼無須改變，符合開閉原則 |
| ? 職責分離清晰 | 每個裝飾器只負責一個功能，便于維護和復用。可以對一個對象進行多次裝飾 |
| 缺點 | 描述 |
|---|---|
| ? 增加系統復雜度 | 多個裝飾器嵌套后可能讓代碼難以理解和調試。使用裝飾模式進行系統設計時將產生很多小對象，大量小對象的產生勢必會占用更多的系統資源，在一定程度上影響程序的性能 |
| ? 調試困難 | 對象層層包裝，追蹤執行路徑較為麻煩。比繼承更加易于出錯，排錯也更困難，對于多次裝飾的對象，調試時尋找錯誤可能需要逐級排查，較為煩瑣 |
| ? 容易誤用裝飾順序 | 某些情況下裝飾順序會影響最終效果，需特別注意。 |
七、與其他模式對比（補充）
| 模式名稱 | 目標 |
|---|---|
| 代理模式 | 控制對對象的訪問，強調保護或增強，但不改變接口。 |
| 適配器模式 | 解決接口不兼容問題，強調轉換。 |
| 裝飾模式 | 動態增強對象功能，強調組合和擴展。 |
八、最終小結
裝飾模式是一種非常實用的設計模式，尤其適合用于那些需要在不修改現有對象的前提下動態擴展其功能的場景。
它的核心思想是：
“組合優于繼承”，“透明地增強對象能力”。
在 Java 中，最經典的使用就是 IO 流體系，例如 BufferedReader(new InputStreamReader(System.in))，就是一個典型的裝飾鏈。
作為一名 Java 開發工程師，掌握裝飾模式可以幫助你寫出更優雅、更靈活、更容易擴展的代碼，特別是在開發插件化、模塊化系統時尤為重要。
如果你正在設計一個需要支持“插件式”功能擴展的系統，或者希望避免因繼承帶來的類爆炸問題，那么裝飾模式將是一個非常好的選擇。
📌 一句話總結：
裝飾模式就像“洋蔥”，一層層包裹原始對象，在不破壞原有結構的前提下，動態賦予新功能。
九、擴展
透明裝飾模式
透明(Transparent)裝飾模式：要求客戶端完全針對抽象編程，裝飾模式的透明性要求客戶端程序不應該將對象聲明為具體構件類型或具體裝飾類型，而應該全部聲明為抽象構件類型。
對于客戶端而言，具體構件對象和具體裝飾對象沒有任何區別。
可以讓客戶端透明地使用裝飾之前的對象和裝飾之后的對象，無須關心它們的區別
可以對一個已裝飾過的對象進行多次裝飾，得到更為復雜、功能更為強大的對象
無法在客戶端單獨調用新增方法AddedBehavior()
……
Component component_o,component_d1,component_d2; //全部使用抽象構件定義
component_o = new ConcreteComponent();
component_d1 = new ConcreteDecorator1(component_o);
component_d2 = new ConcreteDecorator2(component_d1);
component_d2.Operation();
//無法單獨調用component_d2的AddedBehavior()方法
……
半透明裝飾模式
半透明(Semi-transparent)裝飾模式：用具體裝飾類型來定義裝飾之后的對象，而具體構件使用抽象構件類型來定義。
對于客戶端而言，具體構件類型無須關心，是透明的；但是具體裝飾類型必須指定，這是不透明的。
可以給系統帶來更多的靈活性，設計相對簡單，使用起來也非常方便
客戶端使用具體裝飾類型來定義裝飾后的對象，因此可以單獨調用AddedBehavior()方法
最大的缺點在于不能實現對同一個對象的多次裝飾，而且客戶端需要有區別地對待裝飾之前的對象和裝飾之后的對象
……
Component component_o; //使用抽象構件類型定義
component_o = new ConcreteComponent();
component_o.Operation();
ConcreteDecorator component_d; //使用具體裝飾類型定義
component_d = new ConcreteDecorator(component_o);
component_d.Operation();
component_d.AddedBehavior(); //單獨調用新增業務方法
……
以上內容部分由AI大模型生成，注意識別！
模式或事務(Transaction)模式）宏命令)
