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装饰器模式：灵活扩展对象功能的利器

article 2025/3/9 10:27:29

一、从咖啡加料说起：什么是装饰器模式？

假设您走进咖啡馆点单：

基础款：美式咖啡（15元）
加料需求：加牛奶（+3元）、加焦糖（+5元）、加奶油（+4元）

如果为每种组合创建子类，将出现类爆炸：

装饰器模式（Decorator Pattern）
应运而生，通过动态包装对象的方式，实现功能的灵活扩展。

二、装饰器模式的核心结构

2.1 UML类图解析

2.2 关键角色说明

角色	职责
Component	定义基础功能接口
ConcreteComponent	实现基础功能的具体组件
Decorator	持有组件引用并实现相同接口
ConcreteDecorator	具体装饰器，添加额外功能

三、装饰器模式实战：咖啡加料系统

3.1 基础组件定义

// 组件接口
public interface Coffee {
    String getDescription();
    double cost();
}

// 基础咖啡实现
public class American implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "美式咖啡";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 15.0;
    }
}

3.2 抽象装饰器

public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
    protected Coffee decoratedCoffee;

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

    @Override
    public String getDescription() {
        return decoratedCoffee.getDescription();
    }

    @Override
    public double cost() {
        return decoratedCoffee.cost();
    }
}

3.3 具体装饰器实现

// 牛奶装饰器
public class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + " + 牛奶";
    }

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

// 焦糖装饰器
public class CaramelDecorator extends CoffeeDecorator {
    public CaramelDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + " + 焦糖";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 5.0;
    }
}

3.4 客户端使用示例

public class CoffeeShop {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee order1 = new American();
        System.out.println(order1.getDescription() + " 价格：" + order1.cost());

        Coffee order2 = new MilkDecorator(new American());
        System.out.println(order2.getDescription() + " 价格：" + order2.cost());

        Coffee order3 = new CaramelDecorator(new MilkDecorator(new American()));
        System.out.println(order3.getDescription() + " 价格：" + order3.cost());
    }
}

/* 输出：
美式咖啡 价格：15.0
美式咖啡 + 牛奶 价格：18.0
美式咖啡 + 牛奶 + 焦糖 价格：23.0
*/

四、装饰器模式的优势分析

4.1 与传统继承对比

维度	继承方案	装饰器模式
扩展方式	静态编译期扩展	动态运行时扩展
类数量	组合爆炸（O(2^n)）	线性增长（O(n)）
功能组合	固定组合	任意组合
维护成本	修改父类影响所有子类	独立扩展互不影响

4.2 核心优势总结

开闭原则：无需修改已有代码即可扩展功能
灵活组合：可以任意叠加装饰器
避免臃肿：将大类的功能分解为小装饰器
运行时扩展：动态增减对象功能

五、装饰器模式典型应用场景

5.1 Java IO流体系

// 多层装饰示例
InputStream input = new BufferedInputStream(
                    new GZIPInputStream(
                    new FileInputStream("data.gz")));

5.2 GUI组件装饰

JComponent textArea = new JScrollPane(
                     new BorderDecorator(
                     new ShadowDecorator(
                     new BasicTextArea())));

5.3 Web中间件开发

HttpServletRequest wrappedRequest = new LoggingRequestWrapper(
                                   new CachingRequestWrapper(
                                   originalRequest));

六、最佳实践与注意事项

6.1 实现建议

保持接口一致：装饰器必须实现组件接口
控制装饰层数：建议不超过5层装饰
明确文档说明：标注可组合的装饰器类型
性能监控：关注多层装饰的性能影响

6.2 常见误区

滥用装饰器：简单扩展直接使用继承
循环装饰：装饰器之间形成循环依赖
状态管理：装饰器修改组件内部状态

七、与相关模式对比

模式	核心区别
适配器模式	改变接口，解决兼容性问题
代理模式	控制访问，可能不透明
组合模式	处理整体-部分层次结构
策略模式	替换算法实现