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研磨设计模式之装饰模式-3(转)

设计模式OS数据结构IOC算法 
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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：

Java代码
  1. public   class  A {  
  2.     public   void  a1(){  
  3.         System.out.println("now in A.a1" );  
  4.     }  
  5. }   
public class A {
	public void a1(){
		System.out.println("now in A.a1");
	}
}

 

C1对象示例代码如下：

Java代码
  1. public   class  C1  extends  A{  
  2.     public   void  c11(){  
  3.         System.out.println("now in C1.c11" );  
  4.     }  
  5. }   
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：

Java代码
  1. public   class  C2 {  
  2.     /**  
  3.      * 创建A对象的实例  
  4.      */   
  5.     private  A a =  new  A();  
  6.   
  7.     public   void  a1(){  
  8.         //转调A对象的功能   
  9.         a.a1();  
  10.     }  
  11.     public   void  c11(){  
  12.         System.out.println("now in C2.c11" );  
  13.     }  
  14. }    
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：
    Java代码
    1. public   class  B {  
    2.     public   void  b1(){  
    3.         System.out.println("now in B.b1" );  
    4.     }  
    5. }   
    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：

Java代码
  1. public   class  C3 {  
  2.     private  A a =  new  A();  
  3.     private  B b =  new  B();  
  4.   
  5.     public   void  a1(){  
  6.         //转调A对象的功能   
  7.         a.a1();  
  8.     }  
  9.     public   void  b1(){  
  10.         //转调B对象的功能   
  11.         b.b1();  
  12.     }  
  13.     public   void  c11(){  
  14.         System.out.println("now in C3.c11" );  
  15.     }  
  16. }   
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：

Java代码
  1. public   class  C4 {  
  2.     //示例直接在属性上创建需要组合的对象   
  3.     private  A a =  new  A();  
  4.   
  5.     //示例通过外部传入需要组合的对象   
  6.     private  B b =  null ;  
  7.     public   void  setB(B b){  
  8.         this .b = b;  
  9.     }  
  10.     public   void  a1(){  
  11.         //转调A对象的功能   
  12.         a.a1();  
  13.     }  
  14.     public   void  b1(){  
  15.         //转调B对象的功能   
  16.         b.b1();  
  17.     }  
  18.     public   void  c11(){  
  19.         System.out.println("now in C4.c11" );  
  20.     }  
  21. }   
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：

Java代码
  1. public   class  IOTest {  
  2.     public   static   void  main(String[] args) throws  Exception  {  
  3.         //流式读取文件   
  4.         DataInputStream din = null ;  
  5.         try {  
  6.             din = new  DataInputStream(  
  7.                 new  BufferedInputStream(  
  8.                         new  FileInputStream( "IOTest.txt" )  
  9.                 )  
  10.             );  
  11.             //然后就可以获取文件内容了   
  12.             byte  bs []=  new   byte [din.available()];   
  13.             din.read(bs);  
  14.             String content = new  String(bs);  
  15.             System.out.println("文件内容====" +content);  
  16.         }finally {  
  17.             din.close();  
  18.         }         
  19.     }  
  20. }   
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：

Java代码
  1. /**  
  2.  * 实现简单的加密  
  3.  */   
  4. public   class  EncryptOutputStream   extends  OutputStream{  
  5.     //持有被装饰的对象   
  6.     private  OutputStream os =  null ;  
  7.     public  EncryptOutputStream(OutputStream os){  
  8.         this .os = os;  
  9.     }     
  10.     public   void  write( int  a)  throws  IOException {  
  11.         //先统一向后移动两位   
  12.         a = a+2 ;  
  13.         //97是小写的a的码值   
  14.         if (a >= ( 97 + 26 )){  
  15.             //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   
  16.             a = a-26 ;  
  17.         }  
  18.         this .os.write(a);  
  19.     }  
  20. }   
/**
 * 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：

Java代码
  1. public   class  Client {  
  2.     public   static   void  main(String[] args)  throws  Exception {  
  3.         //流式输出文件   
  4.         DataOutputStream dout = new  DataOutputStream(  
  5.             new  BufferedOutputStream(  
  6.                 //这是我们加的装饰器   
  7.                 new  EncryptOutputStream(  
  8.                     new  FileOutputStream( "MyEncrypt.txt" ))));  
  9.         //然后就可以输出内容了   
  10.         dout.write("abcdxyz" .getBytes());  
  11.         dout.close();  
  12.     }  
  13. }   
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：

Java代码
  1. cdefzab   
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：

Java代码
  1. public   class  Client {  
  2.     public   static   void  main(String[] args)  throws  Exception {  
  3.         //流式输出文件   
  4.         DataOutputStream dout = new  DataOutputStream(  
  5.             //换了个位置   
  6.             new  EncryptOutputStream (  
  7.                 new  BufferedOutputStream(  
  8.                     new  FileOutputStream( "MyEncrypt.txt" ))));  
  9.         dout.write("abcdxyz" .getBytes());  
  10.         dout.close();  
  11.     }  
  12. }   
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：

 

 

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

 

转载自：http://chjavach.iteye.com/blog/780979

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