研磨设计模式之 装饰模式-3
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研磨设计模式之 装饰模式-3
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研磨设计模式之 装饰模式-3

3  模式讲解

3.1  认识装饰模式

(1)模式功能
        装饰模式能够实现动态的为对象添加功能,是从一个对象外部来给对象增加功能,相当于是改变了对象的外观。当装饰过后,从外部使用系统的角度看,就不再是使用原始的那个对象了,而是使用被一系列的装饰器装饰过后的对象。
        这样就能够灵活的改变一个对象的功能,只要动态组合的装饰器发生了改变,那么最终所得到的对象的功能也就发生了改变。
        变相的还得到了另外一个好处,那就是装饰器功能的复用,可以给一个对象多次增加同一个装饰器,也可以用同一个装饰器装饰不同的对象。


(2)对象组合
        前面已经讲到了,一个类的功能的扩展方式,可以是继承,也可以是功能更强大、更灵活的对象组合的方式。
        其实,现在在面向对象设计中,有一条很基本的规则就是“尽量使用对象组合,而不是对象继承”来扩展和复用功能。装饰模式的思考起点就是这个规则,可能有些朋友还不太熟悉什么是“对象组合”,下面介绍一下“对象组合”。
什么是对象组合
        直接举例来说吧,假若有一个对象A,实现了一个a1的方法,而C1对象想要来扩展A的功能,给它增加一个c11的方法,那么一个方案是继承,A对象示例代码如下:

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public  class  A {
     public  void  a1(){
         System.out.println( "now in A.a1" );
     }
}

 

C1对象示例代码如下:

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public  class  C1 extends  A{
     public  void  c11(){
         System.out.println( "now in C1.c11" );
     }
}

 

    另外一个方案就是使用对象组合,怎么组合呢?就是在C1对象里面不再继承A对象了,而是去组合使用A对象的实例,通过转调A对象的功能来实现A对象已有的功能,写个新的对象C2来示范,示例代码如下:

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public  class  C2 {
     /**
      * 创建A对象的实例
      */
     private  A a = new  A();
 
     public  void  a1(){
         //转调A对象的功能
         a.a1();
     }
     public  void  c11(){
         System.out.println( "now in C2.c11" );
     }
}

 

大家想想,在转调前后是不是还可以做些功能处理呢?对于A对象是不是透明的呢?

对象组合是不是也很简单,而且更灵活了:

  • 首先可以有选择的复用功能,不是所有A的功能都会被复用,在C2中少调用几个A定义的功能就可以了;
  • 其次在转调前后,可以实现一些功能处理,而且对于A对象是透明的,也就是A对象并不知道在a1方法处理的时候被追加了功能;
  • 还有一个额外的好处,就是可以组合拥有多个对象的功能,假如还有一个对象B,而C2也想拥有B对象的功能,那很简单,再增加一个方法,然后转调B对象就好了,B对象示例如下:
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    public  class  B {
         public  void  b1(){
             System.out.println( "now in B.b1" );
         }
    }

同时拥有A对象功能,B对象的功能,还有自己实现的功能的C3对象示例代码如下:

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public  class  C3 {
     private  A a = new  A();
     private  B b = new  B();
 
     public  void  a1(){
         //转调A对象的功能
         a.a1();
     }
     public  void  b1(){
         //转调B对象的功能
         b.b1();
     }
     public  void  c11(){
         System.out.println( "now in C3.c11" );
     }
}

  最后再说一点,就是关于对象组合中,何时创建被组合对象的实例

  • 一种方案是在属性上直接定义并创建需要组合的对象实例
  • 另外一种方案是在属性上定义一个变量,来表示持有被组合对象的实例,具体实例从外部传入,也可以通过IoC/DI容器来注入


示例如下:

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public  class  C4 {
     //示例直接在属性上创建需要组合的对象
     private  A a = new  A();
 
     //示例通过外部传入需要组合的对象
     private  B b = null ;
     public  void  setB(B b){
         this .b = b;
     }
     public  void  a1(){
         //转调A对象的功能
         a.a1();
     }
     public  void  b1(){
         //转调B对象的功能
         b.b1();
     }
     public  void  c11(){
         System.out.println( "now in C4.c11" );
     }
}

 (3)装饰器
        装饰器实现了对被装饰对象的某些装饰功能,可以在装饰器里面调用被装饰对象的功能,获取相应的值,这其实是一种递归调用。
        在装饰器里不仅仅是可以给被装饰对象增加功能,还可以根据需要选择是否调用被装饰对象的功能,如果不调用被装饰对象的功能,那就变成完全重新实现了,相当于动态修改了被装饰对象的功能。
         另外一点,各个装饰器之间最好是完全独立的功能,不要有依赖,这样在进行装饰组合的时候,才没有先后顺序的限制,也就是先装饰谁和后装饰谁都应该是一样的,否则会大大降低装饰器组合的灵活性。


(4)装饰器和组件类的关系
         装饰器是用来装饰组件的,装饰器一定要实现和组件类一致的接口,保证它们是同一个类型,并具有同一个外观,这样组合完成的装饰才能够递归的调用下去。
        组件类是不知道装饰器的存在的,装饰器给组件添加功能是一种透明的包装,组件类毫不知情。需要改变的是外部使用组件类的地方,现在需要使用包装后的类,接口是一样的,但是具体的实现类发生了改变。

(5)退化形式
        如果仅仅只是想要添加一个功能,就没有必要再设计装饰器的抽象类了,直接在装饰器里面实现跟组件一样的接口,然后实现相应的装饰功能就可以了。但是建议最好还是设计上装饰器的抽象类,这样有利于程序的扩展。


3.2  Java中的装饰模式应用

1:Java中典型的装饰模式应用——I/O流
        装饰模式在Java中最典型的应用,就是I/O流,简单回忆一下,如果使用流式操作读取文件内容,会怎么实现呢,简单的代码示例如下:

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public  class  IOTest {
     public  static  void  main(String[] args) throws  Exception  {
         //流式读取文件
         DataInputStream din = null ;
         try {
             din = new  DataInputStream(
                 new  BufferedInputStream(
                         new  FileInputStream( "IOTest.txt" )
                 )
             );
             //然后就可以获取文件内容了
             byte  bs []= new  byte [din.available()];
             din.read(bs);
             String content = new  String(bs);
             System.out.println( "文件内容====" +content);
         } finally {
             din.close();
         }      
     }
}

        仔细观察上面的代码,会发现最里层是一个FileInputStream对象,然后把它传递给一个BufferedInputStream对象,经过BufferedInputStream处理过后,再把处理过后的对象传递给了DataInputStream对象进行处理,这个过程其实就是装饰器的组装过程,FileInputStream对象相当于原始的被装饰的对象,而BufferedInputStream对象和DataInputStream对象则相当于装饰器。
        可能有朋友会问,装饰器和具体的组件类是要实现同样的接口的,上面这些类是这样吗?看看Java的I/O对象层次图吧,由于Java的I/O对象众多,因此只是画出了InputStream的部分,而且由于图的大小关系,也只是表现出了部分的流,具体如图4所示:

 

                         图4  Java的I/O的InputStream部分对象层次图

 


 查看上图会发现,它的结构和装饰模式的结构几乎是一样的:

  • InputStream就相当于装饰模式中的Component。
  • 其实FileInputStream、ObjectInputStream、StringBufferInputStream这几个对象是直接继承了InputSream,还有几个直接继承InputStream的对象,比如:ByteArrayInputStream、PipedInputStream等。这些对象相当于装饰模式中的ConcreteComponent,是可以被装饰器装饰的对象。
  • 那么FilterInputStream就相当于装饰模式中的Decorator,而它的子类DataInputStream、BufferedInputStream、LineNumberInputStream和PushbackInputStream就相当于装饰模式中的ConcreteDecorator了。另外FilterInputStream和它的子类对象的构造器,都是传入组件InputStream类型,这样就完全符合前面讲述的装饰器的结构了。

        同样的,输出流部分也类似,就不去赘述了。
        既然I/O流部分是采用装饰模式实现的,也就是说,如果我们想要添加新的功能的话,只需要实现新的装饰器,然后在使用的时候,组合进去就可以了,也就是说,我们可以自定义一个装饰器,然后和JDK中已有的流的装饰器一起使用。能行吗?试试看吧,前面是按照输入流来讲述的,下面的示例按照输出流来做,顺便体会一下Java的输入流和输出流在结构上的相似性。


2:自己实现的I/O流的装饰器——第一版
        来个功能简单点的,实现把英文加密存放吧,也谈不上什么加密算法,就是把英文字母向后移动两个位置,比如:a变成c,b变成d,以此类推,最后的y变成a,z就变成b,而且为了简单,只处理小写的,够简单的吧。
        好了,还是看看实现简单的加密的代码实现吧,示例代码如下:

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/**
  * 实现简单的加密
  */
public  class  EncryptOutputStream  extends  OutputStream{
     //持有被装饰的对象
     private  OutputStream os = null ;
     public  EncryptOutputStream(OutputStream os){
         this .os = os;
     }  
     public  void  write( int  a) throws  IOException {
         //先统一向后移动两位
         a = a+ 2 ;
         //97是小写的a的码值
         if (a >= ( 97 + 26 )){
             //如果大于,表示已经是y或者z了,减去26就回到a或者b了
             a = a- 26 ;
         }
         this .os.write(a);
     }
}

 测试一下看看,好用吗?客户端使用代码示例如下:

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public  class  Client {
     public  static  void  main(String[] args) throws  Exception {
         //流式输出文件
         DataOutputStream dout = new  DataOutputStream(
             new  BufferedOutputStream(
                 //这是我们加的装饰器
                 new  EncryptOutputStream(
                     new  FileOutputStream( "MyEncrypt.txt" ))));
         //然后就可以输出内容了
         dout.write( "abcdxyz" .getBytes());
         dout.close();
     }
}

 

运行一下,打开生成的文件,看看结果,结果示例如下:

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cdefzab

        很好,是不是被加密了,虽然是明文的,但已经不是最初存放的内容了,一切显得非常的完美。
        再试试看,不是说装饰器可以随意组合吗,换一个组合方式看看,比如把BufferedOutputStream和我们自己的装饰器在组合的时候换个位,示例如下:

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public  class  Client {
     public  static  void  main(String[] args) throws  Exception {
         //流式输出文件
         DataOutputStream dout = new  DataOutputStream(
             //换了个位置
             new  EncryptOutputStream (
                 new  BufferedOutputStream(
                     new  FileOutputStream( "MyEncrypt.txt" ))));
         dout.write( "abcdxyz" .getBytes());
         dout.close();
     }
}

        再次运行,看看结果。坏了,出大问题了,这个时候输出的文件一片空白,什么都没有。这是哪里出了问题呢?
        要把这个问题搞清楚,就需要把上面I/O流的内部运行和基本实现搞明白,分开来看看具体的运行过程吧。


(1)先看看成功输出流中的内容的写法的运行过程:

 

 

  • 当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候,会调用DataOutputStream的write方法,把数据输出到BufferedOutputStream中;
  • 由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流,它默认缓存8192byte,也就是默认流中的缓存数据到了8192byte,它才会自动输出缓存中的数据;
  • 而目前要输出的字节肯定不到8192byte,因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了,而不会被自动输出
  • 当执行到“dout.close();”这句话的时候:会调用关闭DataOutputStream流,这会转调到传入DataOutputStream中的流的close方法,也就是BufferedOutputStream的close方法,而BufferedOutputStream的close方法继承自FilterOutputStream,在FilterOutputStream的close方法实现里面,会先调用输出流的方法flush,然后关闭流。也就是此时BufferedOutputStream流中缓存的数据会被强制输出;
  • BufferedOutputStream流中缓存的数据被强制输出到EncryptOutputStream流,也就是我们自己实现的流,没有缓存,经过处理后继续输出;
  • EncryptOutputStream流会把数据输出到FileOutputStream中,FileOutputStream会直接把数据输出到文件中,因此,这种实现方式会输出文件的内容。

 

 

(2)再来看看不能输出流中的内容的写法的运行过程:

  • 当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候,会调用DataOutputStream的write方法,把数据输出到EncryptOutputStream中;
  • EncryptOutputStream流,也就是我们自己实现的流,没有缓存,经过处理后继续输出,把数据输出到BufferedOutputStream中;
  • 由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流,它默认缓存8192byte,也就是默认流中的缓存数据到了8192byte,它才会自动输出缓存中的数据;
  • 而目前要输出的字节肯定不到8192byte,因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了,而不会被自动输出
  • 当执行到“dout.close();”这句话的时候:会调用关闭DataOutputStream流,这会转调到传入DataOutputStream流中的流的close方法,也就是EncryptOutputStream的close方法,而EncryptOutputStream的close方法继承自OutputStream,在OutputStream的close方法实现里面,是个空方法,什么都没有做。因此,这种实现方式没有flush流的数据,也就不会输出文件的内容,自然是一片空白了。

3:自己实现的I/O流的装饰器——第二版

        要让我们写的装饰器跟其它Java中的装饰器一样用,最合理的方案就应该是:让我们的装饰器继承装饰器的父类,也就是FilterOutputStream类,然后使用父类提供的功能来协助完成想要装饰的功能。示例代码如下:

  

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public  class  EncryptOutputStream2  extends  FilterOutputStream{
 
     private  OutputStream os = null ;
 
     public  EncryptOutputStream2(OutputStream os){
 
        //调用父类的构造方法
 
        super (os);
 
     }
 
     public  void  write( int  a) throws  IOException {
 
        //先统一向后移动两位
 
        a = a+ 2 ;
 
        //97是小写的a的码值
 
        if (a >= ( 97 + 26 )){
 
            //如果大于,表示已经是y或者z了,减去26就回到a或者b了
 
            a = a- 26 ;
 
        }
 
        //调用父类的方法
 
        super .write(a);
 
     }
 
}

 

再测试看看,是不是跟其它的装饰器一样,可以随便换位了呢?

 

  

未完待续

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