装饰器模式

概念

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，核心思想是通过创建装饰器类来包装原始对象，在运行时动态地为其添加额外功能或职责，而无需修改原始类的代码。其本质是对继承关系的一种替代方案，通过组合而非继承实现功能的扩展。

作用

1.动态扩展功能：支持在运行时为对象动态添加或移除功能，满足灵活多变的需求。

2.避免类爆炸：通过装饰器类的组合实现功能扩展，替代继承导致的子类数量指数级增长问题。

3.符合开闭原则：对扩展开放（新增装饰器类即可扩展功能），对修改封闭（无需修改原始类代码）。

4.解耦功能与对象：将功能实现与对象本身分离，提高代码的可维护性和复用性。

场景

1.需要动态添加/移除功能：如图形绘制系统中，用户可自由选择是否添加边框、阴影等效果。

2.避免继承层次过深：当功能扩展通过继承会导致类结构复杂时（如多个独立功能需要叠加）。

3.功能组合灵活：需要组合多种独立功能时（如同时添加边框和阴影）。

4.运行时功能切换：允许在运行时动态决定是否启用某些功能。

举例

以下是一个图形绘制系统中使用装饰器模式的Java代码示例，实现为形状动态添加边框和阴影功能：

// 图形接口
public interface Shape {
    void draw();
}

// 圆形实现
public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

// 矩形实现
public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

// 装饰器基类
public abstract class ShapeDecorator implements Shape {
    protected Shape decoratedShape;

    public ShapeDecorator(Shape decoratedShape) {
        this.decoratedShape = decoratedShape;
    }

    @Override
    public void draw() {
        decoratedShape.draw();
    }
}

// 边框装饰器
public class BorderDecorator extends ShapeDecorator {
    public BorderDecorator(Shape decoratedShape) {
        super(decoratedShape);
    }

    @Override
    public void draw() {
        super.draw();
        addBorder();
    }

    private void addBorder() {
        System.out.println("添加边框");
    }
}

// 阴影装饰器
public class ShadowDecorator extends ShapeDecorator {
    public ShadowDecorator(Shape decoratedShape) {
        super(decoratedShape);
    }

    @Override
    public void draw() {
        super.draw();
        addShadow();
    }

    private void addShadow() {
        System.out.println("添加阴影");
    }
}

控制台输出：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 圆形添加边框
        Shape circle = new Circle();
        Shape circleWithBorder = new BorderDecorator(circle);
        circleWithBorder.draw(); // 输出：绘制圆形 添加边框

        // 矩形添加阴影
        Shape rectangle = new Rectangle();
        Shape rectangleWithShadow = new ShadowDecorator(rectangle);
        rectangleWithShadow.draw(); // 输出：绘制矩形 添加阴影

        // 圆形同时添加边框和阴影
        Shape circleWithBoth = new ShadowDecorator(new BorderDecorator(circle));
        circleWithBoth.draw(); // 输出：绘制圆形 添加边框 添加阴影
    }
}

反例

若不使用装饰器模式，通常需要通过继承或组合实现功能扩展，但会导致类数量爆炸或代码冗余：

继承方式

// 圆形添加边框
public class CircleWithBorder extends Circle {
    @Override
    public void draw() {
        super.draw();
        System.out.println("添加边框");
    }
}

// 圆形添加阴影
public class CircleWithShadow extends Circle {
    @Override
    public void draw() {
        super.draw();
        System.out.println("添加阴影");
    }
}

// 圆形同时添加边框和阴影（需单独定义）
public class CircleWithBorderAndShadow extends Circle {
    @Override
    public void draw() {
        super.draw();
        System.out.println("添加边框");
        System.out.println("添加阴影");
    }
}

组合方式

// 圆形添加边框（组合）
public class CircleWithBorder {
    private Circle circle;

    public CircleWithBorder(Circle circle) {
        this.circle = circle;
    }

    public void draw() {
        circle.draw();
        System.out.println("添加边框");
    }
}

// 圆形添加阴影（组合）
public class CircleWithShadow {
    private Circle circle;

    public CircleWithShadow(Circle circle) {
        this.circle = circle;
    }

    public void draw() {
        circle.draw();
        System.out.println("添加阴影");
    }
}

问题

1.继承方式中，每增加一种功能组合（如边框+阴影）需定义新类，导致类数量呈指数级增长（N功能×M对象 → N×M类）。

2.组合方式虽避免继承缺陷，但需为每种功能单独定义包装类，代码冗余且灵活性差。

原理

工作机制

装饰器模式通过递归包装实现功能扩展：

1.定义统一接口（如Shape），所有对象和装饰器均实现该接口。

2.装饰器基类（如ShapeDecorator）持有被包装对象，并委托其执行基础功能。

3.具体装饰器（如BorderDecorator）覆盖接口方法，在调用基础功能后追加新功能（如添加边框）。

4.多层装饰器可嵌套使用（如ShadowDecorator(BorderDecorator(Circle))），实现功能叠加。

缺点

1.设计复杂度增加：过度使用可能导致装饰器链过长，难以追踪执行流程。

2.装饰器依赖关系：若装饰器间存在执行顺序依赖（如边框必须在阴影前添加），需额外逻辑处理。

3.类型暴露风险：客户端可能依赖具体装饰器类型，违背面向接口编程原则。

总结

装饰器模式通过动态包装对象实现功能的灵活扩展，避免了继承导致的类爆炸问题，符合开闭原则。其核心在于将功能作为独立模块，通过组合方式叠加到对象上。适用于需要动态调整功能或避免复杂继承结构的场景，但需注意装饰器链的管理和依赖关系处理。