10 设计模式之装饰模式

一、什么是装饰模式？

1.装饰模式（Decorator Pattern）

是一种结构型设计模式，用于动态地向对象添加新的功能，而无需修改其原始代码。它通过创建一系列装饰类，将功能封装在一个对象中，从而实现功能的灵活扩展。

2.核心思想：

在不改变对象本身的情况下，通过包装（组合）的方式，动态地叠加或增强对象的行为。

二、装饰模式的结构

装饰模式包含以下几个关键角色：

Component（抽象组件）：定义了对象的接口，具体组件和装饰器都实现该接口。
ConcreteComponent（具体组件）：实现了组件接口，表示被装饰的对象。
Decorator（抽象装饰器）：实现组件接口，内部持有一个组件实例（即被装饰对象的引用）。
ConcreteDecorator（具体装饰器）：继承抽象装饰器，实现具体的功能扩展。

三、装饰模式的优缺点

优点：

符合开闭原则：无需修改已有代码即可扩展新功能。
灵活组合功能：通过装饰器类的嵌套，可以动态叠加不同的功能。
易于维护：功能模块化，扩展性强。

缺点：

增加了系统的复杂性，可能出现过多的装饰器类。
对于深度嵌套的装饰器链，调试和排查问题可能较为困难。

四、装饰模式的实现案例

我们以一个制作咖啡的场景为例，展示如何使用装饰模式动态叠加功能。

1. 定义组件接口

// 抽象组件：定义了咖啡的接口
interface Coffee {
    String getDescription(); // 获取描述
    double cost();           // 获取价格
}

2. 定义具体组件

// 具体组件：浓缩咖啡
class EspressoCoffee implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "浓缩咖啡";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 5; // 浓缩咖啡的价格
    }
}

// 具体组件：美式咖啡
class AmericanoCoffee implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "美式咖啡";
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 8; // 美式咖啡的价格
    }
}

3. 定义抽象装饰器

// 抽象装饰器：实现 Coffee 接口并组合一个 Coffee 实例
abstract class Decorator implements Coffee {
    protected Coffee coffee; // 被装饰对象

    public Decorator(Coffee coffee) {
        this.coffee = coffee;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription(); // 调用被装饰对象的方法
    }

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

4. 定义具体装饰器

// 具体装饰器：添加牛奶
class MilkDecorator extends Decorator {
    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

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

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 2; // 牛奶价格为 2 元
    }
}

// 具体装饰器：添加巧克力
class ChocolateDecorator extends Decorator {
    public ChocolateDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

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

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 3; // 巧克力价格为 3 元
    }
}

// 具体装饰器：添加糖
class SugarDecorator extends Decorator {
    public SugarDecorator(Coffee coffee) {
        super(coffee);
    }

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

    @Override
    public double cost() {
        return super.cost() + 1; // 糖价格为 1 元
    }
}

5. 测试装饰模式

public class TestDecorate {
    public static void main(String[] args) {
        // 基础咖啡
        Coffee coffee = new AmericanoCoffee();

        // 添加牛奶装饰
        coffee = new MilkDecorator(coffee);

        // 添加巧克力装饰
        coffee = new ChocolateDecorator(coffee);

        // 添加糖装饰
        coffee = new SugarDecorator(coffee);

        // 打印结果
        System.out.println("描述: " + coffee.getDescription());
        System.out.println("总价: " + coffee.cost() + " 元");
    }
}

五、输出结果

描述: 美式咖啡加奶加热巧加糖总价: 14.0 元

六、总结

装饰模式的核心在于“组合”：通过将对象嵌套包装，动态地叠加新功能。
典型使用场景：
- 动态扩展类的功能，例如日志系统、IO流等。
- 替代类继承，避免创建过多的子类。
注意事项：
- 装饰器链条不宜过长，避免维护困难。
- 选择合适的抽象层次，确保装饰器的功能明确。

通过这个咖啡店的案例，我们学习了如何使用装饰模式动态地叠加功能，轻松实现了个性化的饮品搭配。装饰模式不仅提高了代码的灵活性，还能让程序更具扩展性，是一个非常实用的设计模式。