Java设计模式-装饰器模式

一、装饰器模式定义

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，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。通过创建一个包装对象，也就是装饰器，将原始对象包裹起来，在不修改原始对象代码的情况下，动态地为其添加额外的行为或职责。装饰器模式的核心思想是将功能的扩展从类的继承中分离出来，使得代码更加灵活和可维护。

二、装饰器模式角色构成

1. 抽象组件（Component）：定义了具体组件和装饰器的公共接口，客户端可以通过这个接口来访问具体组件和被装饰后的组件。
2. 具体组件（Concrete Component）：实现了抽象组件接口，是被装饰的原始对象，也就是我们要为其添加功能的对象。
3. 抽象装饰器（Decorator）：抽象类，实现了抽象组件接口，并包含一个指向抽象组件的引用，用于调用具体组件的方法。它为装饰器提供了一个通用的接口，使得装饰器可以递归地嵌套。
4. 具体装饰器（Concrete Decorator）：继承自抽象装饰器，负责向被装饰的对象添加具体的功能。每个具体装饰器都可以在调用具体组件的方法前后添加自己的行为。

三、装饰器模式适用场景

1. 动态添加功能：当需要在运行时动态地为对象添加新的功能，而不是通过继承来实现时，装饰器模式是一个很好的选择。例如，在游戏中，角色可以在游戏过程中动态地获得各种装备和技能，这些装备和技能就可以看作是对角色的装饰。
2. 避免子类膨胀：如果使用继承来实现功能的扩展，可能会导致子类数量急剧增加，使得代码难以维护。装饰器模式通过组合的方式来实现功能扩展，避免了子类的过多膨胀。
3. 功能的灵活组合：当需要将多个功能灵活地组合在一起，并且这些功能可以独立地添加或移除时，装饰器模式可以很好地满足这一需求。例如，在图形绘制中，可以为图形添加不同的边框、颜色和阴影等效果，这些效果可以通过装饰器来实现。

四、装饰器模式优缺点

1. 优点：灵活性高：可以在运行时动态地为对象添加或移除功能，而不需要修改对象的原有代码。可维护性好：装饰器模式将功能的扩展从类的继承中分离出来，使得代码更加清晰和易于维护。功能的可组合性：可以将多个装饰器组合在一起，形成更复杂的功能，提高了代码的复用性。符合开闭原则：在不修改原有代码的情况下，可以添加新的装饰器来扩展功能，符合开闭原则。
2. 缺点：多层装饰可能导致复杂性增加：当使用多层装饰器时，代码的可读性和调试难度可能会增加，因为每个装饰器都在修改对象的行为。增加了代码量：相比于直接在类中实现功能，使用装饰器模式可能会增加一些额外的代码量，因为需要创建更多的类来实现装饰器。

五、装饰器模式Java代码样例

// 抽象组件
interface Beverage {
    String getDescription();
    double cost();
}

// 具体组件：咖啡
class Coffee implements Beverage {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "咖啡";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 10.0;
    }
}

// 抽象装饰器
abstract class CondimentDecorator implements Beverage {
    protected Beverage beverage;

    public CondimentDecorator(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public abstract String getDescription();

    @Override
    public abstract double cost();
}

// 具体装饰器：加糖
class Sugar extends CondimentDecorator {
    public Sugar(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", 加糖";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return beverage.cost() + 2.0;
    }
}

// 具体装饰器：加奶
class Milk extends CondimentDecorator {
    public Milk(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", 加奶";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return beverage.cost() + 3.0;
    }
}

// 客户端
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage coffee = new Coffee();
        System.out.println(coffee.getDescription() + " 价格: $" + coffee.cost());

        Beverage coffeeWithSugar = new Sugar(coffee);
        System.out.println(coffeeWithSugar.getDescription() + " 价格: $" + coffeeWithSugar.cost());

        Beverage coffeeWithSugarAndMilk = new Milk(coffeeWithSugar);
        System.out.println(coffeeWithSugarAndMilk.getDescription() + " 价格: $" + coffeeWithSugarAndMilk.cost());
    }
}

在上述代码中，Beverage 是抽象组件，Coffee 是具体组件，CondimentDecorator 是抽象装饰器，Sugar 和 Milk 是具体装饰器。通过装饰器模式，我们可以在不修改 Coffee 类的情况下，动态地为咖啡添加糖和奶等功能，并计算出最终的价格。

装饰器模式在 Java 中是一种非常实用的设计模式，它为我们提供了一种灵活的方式来动态地扩展对象的功能，使得代码更加可维护和可复用。在实际开发中，我们可以根据具体的需求来选择合适的设计模式，以提高代码的质量和开发效率。