装饰器模式 (Decorator Pattern)

模式定义

装饰器模式是一种结构型设计模式，它动态地给对象添加额外职责，比继承更灵活。装饰器提供了比继承更有弹性的替代方案。

核心要点

装饰器和被装饰对象实现相同接口
装饰器持有被装饰对象的引用
可以动态添加功能

实现示例：咖啡店

组件接口

java

// 饮品接口
public interface Beverage {
    String getDescription();
    double getCost();
}

// 调料接口（装饰器接口）
public interface CondimentDecorator extends Beverage {
    // 扩展饮料，添加调料
}

基础组件

java

// 浓缩咖啡
public class Espresso implements Beverage {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "浓缩咖啡";
    }

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

// 深烘焙咖啡
public class DarkRoast implements Beverage {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "深烘焙咖啡";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return 12.0;
    }
}

// 综合咖啡
public class HouseBlend implements Beverage {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "综合咖啡";
    }

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

装饰器（调料）

java

// 调料装饰器抽象类
public abstract class CondimentDecorator implements CondimentDecorator {
    protected final Beverage beverage;

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

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

    @Override
    public double getCost() {
        return beverage.getCost();
    }
}

// 牛奶装饰器
public class Milk extends CondimentDecorator {
    public Milk(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

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

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

// 摩卡装饰器
public class Mocha extends CondimentDecorator {
    public Mocha(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

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

    @Override
    public double getCost() {
        return beverage.getCost() + 5.0;
    }
}

// 奶泡装饰器
public class Whip extends CondimentDecorator {
    public Whip(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

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

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

// 焦糖装饰器
public class Caramel extends CondimentDecorator {
    public Caramel(Beverage beverage) {
        super(beverage);
    }

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

    @Override
    public double getCost() {
        return beverage.getCost() + 4.0;
    }
}

使用示例

java

public class CoffeeShopDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 浓缩咖啡
        Beverage beverage1 = new Espresso();
        System.out.println(beverage1.getDescription() + " ¥" + beverage1.getCost());

        // 2. 深烘焙 + 摩卡 + 奶泡
        Beverage beverage2 = new DarkRoast();
        beverage2 = new Mocha(beverage2);
        beverage2 = new Mocha(beverage2); // 双份摩卡
        beverage2 = new Whip(beverage2);
        System.out.println(beverage2.getDescription() + " ¥" + beverage2.getCost());

        // 3. 综合 + 牛奶 + 焦糖 + 奶泡
        Beverage beverage3 = new HouseBlend();
        beverage3 = new Milk(beverage3);
        beverage3 = new Caramel(beverage3);
        beverage3 = new Whip(beverage3);
        System.out.println(beverage3.getDescription() + " ¥" + beverage3.getCost());
    }
}

输出：

浓缩咖啡 ¥15.0
深烘焙咖啡 + 摩卡 + 摩卡 + 奶泡 ¥24.0
综合咖啡 + 牛奶 + 焦糖 + 奶泡 ¥19.0

Java IO 中的装饰器模式

Java I/O 流就是典型的装饰器模式应用。

java

public class JavaIODecoratorDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        // 基础流
        InputStream is = new FileInputStream("test.txt");

        // 装饰：添加缓冲功能
        InputStream bis = new BufferedInputStream(is);

        // 装饰：添加行号功能
        LineNumberReader reader = new LineNumberReader(
                new BufferedReader(
                        new InputStreamReader(
                                new FileInputStream("test.txt"), "UTF-8")));

        // 读取内容
        String line;
        while ((line = reader.readLine()) != null) {
            System.out.println(reader.getLineNumber() + ": " + line);
        }

        // 经典的 IO 装饰器链
        // new BufferedReader(
        //     new InputStreamReader(
        //         new FileInputStream("file.txt"), "UTF-8"))
    }
}

IO 装饰器层次结构

InputStream (抽象组件)
├── FileInputStream (具体组件)
├── ByteArrayInputStream (具体组件)
├── FilterInputStream (装饰器基类)
│   ├── BufferedInputStream (具体装饰器)
│   ├── DataInputStream (具体装饰器)
│   └── PushbackInputStream (具体装饰器)

统计装饰器示例

在不修改原有类的情况下，添加性能统计功能。

java

// 数据访问接口
public interface DataService {
    String queryData(String key);
    void saveData(String key, String value);
}

// 具体实现
public class DatabaseDataService implements DataService {
    @Override
    public String queryData(String key) {
        // 模拟数据库查询
        return "value_" + key;
    }

    @Override
    public void saveData(String key, String value) {
        // 模拟数据库保存
        System.out.println("保存数据: " + key + " = " + value);
    }
}

// 性能统计装饰器
public class PerformanceDecorator implements DataService {
    private final DataService delegate;

    public PerformanceDecorator(DataService delegate) {
        this.delegate = delegate;
    }

    @Override
    public String queryData(String key) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        String result = delegate.queryData(key);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("查询耗时: " + (end - start) + "ms, key=" + key);
        return result;
    }

    @Override
    public void saveData(String key, String value) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        delegate.saveData(key, value);
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("保存耗时: " + (end - start) + "ms");
    }
}

// 日志装饰器
public class LoggingDecorator implements DataService {
    private final DataService delegate;

    public LoggingDecorator(DataService delegate) {
        this.delegate = delegate;
    }

    @Override
    public String queryData(String key) {
        System.out.println("[LOG] 查询数据: " + key);
        String result = delegate.queryData(key);
        System.out.println("[LOG] 查询结果: " + result);
        return result;
    }

    @Override
    public void saveData(String key, String value) {
        System.out.println("[LOG] 保存数据: " + key + " = " + value);
        delegate.saveData(key, value);
        System.out.println("[LOG] 保存完成");
    }
}

// 使用
public class DecoratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 组合装饰器
        DataService service = new PerformanceDecorator(
                new LoggingDecorator(
                        new DatabaseDataService()));

        service.queryData("user_1");
        System.out.println("---");
        service.saveData("user_2", "张三");
    }
}

装饰器 vs 继承 vs 代理

特性	装饰器	继承	代理
功能扩展	动态	静态	动态
运行时行为	可变	固定	可变
目的	增强功能	扩展功能	控制访问
组合方式	可多层装饰	单继承	一对一

优缺点

优点：

比继承更灵活，可以动态添加功能
符合开闭原则，不修改原有代码
可以自由组合功能
比继承更细粒度的控制

缺点：

会产生很多小类，增加复杂度
多层装饰时，调试困难
移除装饰器需要修改客户端代码

适用场景

需要动态、透明地给对象添加职责
不可以通过继承扩展功能时
Java I/O 流的设计
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装饰器模式 (Decorator Pattern) ​

模式定义 ​

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使用示例 ​

Java IO 中的装饰器模式 ​

IO 装饰器层次结构 ​

统计装饰器示例 ​

装饰器 vs 继承 vs 代理 ​

优缺点 ​

适用场景 ​

装饰器模式 (Decorator Pattern)

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实现示例：咖啡店

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使用示例

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装饰器 vs 继承 vs 代理

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