Java设计模式13装饰模式.pdf

第13章第13章装饰模式装饰模式主讲教师：程细柱韶关学院计算机系主讲教师：程细柱韶关学院计算机系本书主编：刘伟清华大学出版社本书主编：刘伟清华大学出版社本章教学内容?装饰模式?模式动机与定义模式动机与定义?模式结构与分析模式结构与分析?模式实例与解析模式实例与解析?模式效果与应用模式效果与应用?模式扩展模式扩展装饰模式?模式动机装饰模式?模式动机模式动机?一般有两种方式可以实现给一个类或对象增加功能：一般有两种方式可以实现给一个类或对象增加功能：继承机制继承机制，使用继承机制是给现有类添加功能的一种有效途径，通过继承一个现有类，使用继承机制是给现有类添加功能的一种有效途径，通过继承一个现有类可以使得子类在拥有自身方法的同时还拥有父类的方法可以使得子类在拥有自身方法的同时还拥有父类的方法。但是这种方法是。但是这种方法是静态的静态的，用户不能控制增加行为的方式和时机。，用户不能控制增加行为的方式和时机。关联机制关联机制，即将一个类的对象嵌入另一个对象中即将一个类的对象嵌入另一个对象中，由另一个对象来决定是否调用嵌入对象的行为以便扩展自己的行为，我们称这个嵌入的对象为，由另一个对象来决定是否调用嵌入对象的行为以便扩展自己的行为，我们称这个嵌入的对象为装饰器(Decorator)装饰器(Decorator)。装饰模式?模式动机?装饰模式装饰模式以对客户透明的方式动态地给一个对象附加上更多的责任以对客户透明的方式动态地给一个对象附加上更多的责任，换言之，客户端并不会觉得对象在装饰前和装饰后有什么不同。装饰模式可以，换言之，客户端并不会觉得对象在装饰前和装饰后有什么不同。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。这就是装饰模式的模式动机。这就是装饰模式的模式动机。装饰模式?模式定义?装饰模式装饰模式(Decorator Pattern)：动态地给一个对象增加一些额外的职责动态地给一个对象增加一些额外的职责(Responsibility)，就增加对象功能来说，装饰模式，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活比生成子类实现更为灵活。其别名也可以称为。其别名也可以称为包装器包装器(Wrapper)，与适配器模式的别名相同，但它们适用于不同的场合。根据翻译的不同，装饰模式也有人称之为，与适配器模式的别名相同，但它们适用于不同的场合。根据翻译的不同，装饰模式也有人称之为“油漆工模式油漆工模式”，它是一种，它是一种对象结构型模式对象结构型模式。装饰模式?模式定义?Decorator Pattern:Attach additional responsibilities to an object dynamically.Decorators provide a flexible alternative to subclassing for extending functionality.?Frequency of use:medium装饰模式?模式结构模式结构componentComponent+operation()ConcreteComponent+operation()Decorator+operation()component.operation();ConcreteDecoratorA-addedState:+operation()ConcreteDecoratorB+operation()addedBehavior()super.operation();addedBehavior();装饰模式?模式结构模式结构?装饰模式包含如下角色：装饰模式包含如下角色：Component:Component:抽象构件抽象构件 ConcreteComponent:ConcreteComponent:具体构件具体构件 Decorator:Decorator:抽象装饰类抽象装饰类 ConcreteDecorator:ConcreteDecorator:具体装饰类具体装饰类装饰模式?模式分析?与继承关系相比，与继承关系相比，关联关系的主要优势关联关系的主要优势在于在于不会破坏类的封装性不会破坏类的封装性，而且，而且继承是一种耦合度较大的静态关系，无法在程序运行时动态扩展继承是一种耦合度较大的静态关系，无法在程序运行时动态扩展。在软件开发阶段，关联关系虽然不会比继承关系减少编码量，但是到了软件维护阶段，由于关联关系使系统具有较好的。在软件开发阶段，关联关系虽然不会比继承关系减少编码量，但是到了软件维护阶段，由于关联关系使系统具有较好的松耦合性松耦合性，因此使得，因此使得系统更加容易维护系统更加容易维护。当然，。当然，关联关系的缺点关联关系的缺点是是比继承关系要创建更多的对象比继承关系要创建更多的对象。?使用装饰模式来实现扩展比继承更加灵活，使用装饰模式来实现扩展比继承更加灵活，它以对客户透明的方式动态地给一个对象附加更多的责任它以对客户透明的方式动态地给一个对象附加更多的责任。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。装饰模式?模式分析?典型的抽象装饰类代码：典型的抽象装饰类代码：public class Decorator extends Componentprivate Component component;public Decorator(Component component)ponent=component;public void operation()component.operation();装饰模式?模式分析?典型的具体装饰类代码：典型的具体装饰类代码：public class ConcreteDecorator extends Decoratorpublic ConcreteDecorator(Component component)super(component);public void operation()super.operation();addedBehavior();public void addedBehavior()/新增方法新增方法 装饰模式?装饰模式实例与解析装饰模式实例与解析?实例一：变形金刚实例一：变形金刚 变形金刚在变形金刚在变形之前是一辆汽变形之前是一辆汽车车，它可以在陆地上，它可以在陆地上移动移动。当它。当它变成机器人变成机器人之后除了能够在陆地上之后除了能够在陆地上移动移动之外，还可以之外，还可以说话说话；如果需要，它还可以；如果需要，它还可以变成飞机，变成飞机，除了在陆地上除了在陆地上移动移动还可以在天空中还可以在天空中飞翔飞翔。装饰模式?实例一：变形金刚装饰模式?装饰模式实例与解析装饰模式实例与解析?实例一：变形金刚实例一：变形金刚 参考代码：参考代码：Chapter 13 Decoratorsample01 下载地址：下载地址：http:/ 某系统提供了一个数据加密功能，可以对字符串进行加密。某系统提供了一个数据加密功能，可以对字符串进行加密。最简单的加密算法最简单的加密算法通过通过对字母进行移位来实现对字母进行移位来实现，同时还提供了，同时还提供了稍复杂的稍复杂的逆向输出加密逆向输出加密，还提供了更为，还提供了更为高级的高级的求模加密求模加密。用户先使用最简单的加密算法对字符串进行加密，如果觉得还不够可以对加密之后的结果使用其他加密算法进行二次加密，当然也可以进行第三次加密。现使用装饰模式设计该多重加密系统。用户先使用最简单的加密算法对字符串进行加密，如果觉得还不够可以对加密之后的结果使用其他加密算法进行二次加密，当然也可以进行第三次加密。现使用装饰模式设计该多重加密系统。装饰模式?实例二：多重加密系统实例二：多重加密系统cipherSimpleCipher+encrypt(String plainText):StringCipherDecorator-cipher:Cipher+CipherDecorator(Cipher cipher)encrypt(String plainText):StringComplexCipher+ComplexCipher(Cipher cipher)encrypt(String plainText)reverse(String text):String:StringAdvancedCipher+AdvancedCipher(Cipher cipher)encrypt(String plainText)mod(String text):String:StringCipher+encrypt(String plainText):String装饰模式?装饰模式实例与解析装饰模式实例与解析?实例二：多重加密系统实例二：多重加密系统 参考代码：参考代码：Chapter 13 Decoratorsample02 下载地址：下载地址：http:/ 装饰模式与继承关系的目的都是要扩展对象的功能，但是装饰模式与继承关系的目的都是要扩展对象的功能，但是装饰模式可以提供比继承更多的灵活性装饰模式可以提供比继承更多的灵活性。可以可以通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能，通过配置文件可以在运行时选择不同的装饰器，从而实现不同的行为。，通过配置文件可以在运行时选择不同的装饰器，从而实现不同的行为。通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以创造出很多不同行为的组合。可以使用多个具体装饰类来装饰同一对象，得到功能更为强大的对象。可以使用多个具体装饰类来装饰同一对象，得到功能更为强大的对象。具体构件类与具体装饰类可以独立变化具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类，在使用时再对其进行组合，原有代码无须改变，符合，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类，在使用时再对其进行组合，原有代码无须改变，符合“开闭原则开闭原则”。装饰模式?模式优缺点模式优缺点?装饰模式的缺点装饰模式的缺点 使用装饰模式进行系统设计时使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象将产生很多小对象，这些对象的区别在于它们之间相互连接的方式有所不同，而不是它们的类或者属性值有所不同，同时还将，这些对象的区别在于它们之间相互连接的方式有所不同，而不是它们的类或者属性值有所不同，同时还将产生很多具体装饰类产生很多具体装饰类。这些装饰类和小对象的产生将。这些装饰类和小对象的产生将增加系统的复杂度增加系统的复杂度，加大学习与理解的难度。，加大学习与理解的难度。这种比继承更加灵活机动的特性，也同时意味着这种比继承更加灵活机动的特性，也同时意味着装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难，对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐。装饰模式?模式适用环境?在以下情况下可以使用装饰模式：在以下情况下可以使用装饰模式：在在不影响其他对象的情况下不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责以动态、透明的方式给单个对象添加职责。需要需要动态地给一个对象增加功能动态地给一个对象增加功能，这些功能也可以，这些功能也可以动态地被撤销动态地被撤销。当不能采用继承的方式对系统进行扩充当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者或者采用继承不利于系统扩展和维护时。采用继承不利于系统扩展和维护时。不能采用继承的情况主要有两类：不能采用继承的情况主要有两类：第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；第二类是因为类定义不能继承，使得子类数目呈爆炸性增长；第二类是因为类定义不能继承（如final类）。（如final类）。装饰模式?模式应用模式应用?(1)在在javax.swing包中，可以通过装饰模式动态给一些构件增加新的行为或改善其外观显示包中，可以通过装饰模式动态给一些构件增加新的行为或改善其外观显示。如JList构件本身并不支持直接滚动如JList构件本身并不支持直接滚动，即没有滚动条，要创建可以滚动的列表，可以使用如下代码实，即没有滚动条，要创建可以滚动的列表，可以使用如下代码实现现：JList list=new JList();JScrollPane sp=new JScrollPane(list);装饰模式?模式应用模式应用?(2)装饰模式在装饰模式在JDK中最经典的实例是中最经典的实例是Java IO。以以InputStream为例：为例：抽象构件类具体构件类抽象装饰类具体装饰类抽象构件类具体构件类抽象装饰类具体装饰类具体构件类具体构件类装饰模式?抽象装饰类（FilterInputStream）的部分代码如下：protected volatile InputStream in;protected FilterInputStream(InputStream in)this.in=in;装饰模式?客户端使用：FileInputStream inFS=new FileInputStream(temp/fileSrc.txt);BufferedInputStream inBS=new BufferedInputStream(inFS);/定义一个字节数组，用于存放缓冲数据定义一个字节数组，用于存放缓冲数据byte data=new byte1024;inBS.read(data);装饰模式?模式扩展模式扩展?装饰模式的简化装饰模式的简化-需要注意的问题需要注意的问题 一个装饰类的接口必须与被装饰类的接口保持相同一个装饰类的接口必须与被装饰类的接口保持相同，对于客户端来说无论是装饰之前的对象还是装饰之后的对象都可以一致对待。，对于客户端来说无论是装饰之前的对象还是装饰之后的对象都可以一致对待。尽量保持具体构件类Component作为一个尽量保持具体构件类Component作为一个“轻轻”类，也就是说类，也就是说不要把太多的逻辑和状态放在具体构件类中不要把太多的逻辑和状态放在具体构件类中，可以通过装饰类对其进行扩展。，可以通过装饰类对其进行扩展。如果只有一个具体构件类而没有抽象构件类，那么抽象装饰类可以作为具体构件类的直接子类如果只有一个具体构件类而没有抽象构件类，那么抽象装饰类可以作为具体构件类的直接子类。装饰模式?模式扩展?装饰模式的简化装饰模式的简化componentConcreteComponent+operation()Decorator+Decorator(ConcreteComponent component)operation()ConcreteDecoratorA-addedState:+operation()ConcreteDecoratorB+operation()addedBehavior()装饰模式?模式扩展?透明装饰模式（多重加密系统）透明装饰模式（多重加密系统）在透明装饰模式中，要求在透明装饰模式中，要求客户端完全针对抽象编程客户端完全针对抽象编程，装饰模式的透明性要求客户端程序不应该声明，装饰模式的透明性要求客户端程序不应该声明具体构件类型和具体装饰类型具体构件类型和具体装饰类型，而应该全部声明为抽象构件类型。，而应该全部声明为抽象构件类型。Cipher sc,cc,ac;sc=new SimpleCipher();cc=new ComplexCipher(sc);ac=new AdvancedCipher(cc);装饰模式?模式扩展?半透明装饰模式（变形金刚）半透明装饰模式（变形金刚）大多数装饰模式都是大多数装饰模式都是半透明(semi-transparent)半透明(semi-transparent)的装饰模式，而不是完全的装饰模式，而不是完全透明(transparent)透明(transparent)的。即的。即允许用户在客户端声明具体装饰者类型的对象允许用户在客户端声明具体装饰者类型的对象，调用在具体装饰者中新增的方法。，调用在具体装饰者中新增的方法。Transform camaro;camaro=new Car();camaro.move();Robot bumblebee=new Robot(camaro);bumblebee.move();bumblebee.say();本章小结?装饰模式用于动态地装饰模式用于动态地给一个对象增加一些额外的职责给一个对象增加一些额外的职责，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现，就增加对象功能来说，装饰模式比生成子类实现更为灵活更为灵活。它是一种对象。它是一种对象结构型模式结构型模式。?装饰模式包含装饰模式包含四个角色：四个角色：抽象构件抽象构件定义了对象的接口，可以给这些对象动态增加职责（方法）；定义了对象的接口，可以给这些对象动态增加职责（方法）；具体构件具体构件定义了具体的构件对象，实现了在抽象构件中声明的方法，装饰器可以给它增加额外的职责（方法）；定义了具体的构件对象，实现了在抽象构件中声明的方法，装饰器可以给它增加额外的职责（方法）；抽象装饰类抽象装饰类是抽象构件类的子类，用于给具体构件增加职责，但是具体职责在其子类中实现；是抽象构件类的子类，用于给具体构件增加职责，但是具体职责在其子类中实现；具体装饰类具体装饰类是抽象装饰类的子类，负责向构件添加新的职责。是抽象装饰类的子类，负责向构件添加新的职责。本章小结?使用装饰模式来实现扩展比继承更加灵活，使用装饰模式来实现扩展比继承更加灵活，它以对客户透明的方式动态地给一个对象附加更多的责任它以对客户透明的方式动态地给一个对象附加更多的责任。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。装饰模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。?装饰模式的装饰模式的主要优点主要优点在于可以提供在于可以提供比继承更多的灵活性比继承更多的灵活性，可以通过可以通过一种动态的方式来扩展一个对象的功能一种动态的方式来扩展一个对象的功能，并通过，并通过使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合使用不同的具体装饰类以及这些装饰类的排列组合，可以，可以创造出很多不同行为的组合创造出很多不同行为的组合，而且具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类；其，而且具体构件类与具体装饰类可以独立变化，用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类；其主要缺点主要缺点在于使用装饰模式进行系统设计时在于使用装饰模式进行系统设计时将产生很多小对象将产生很多小对象，而且装饰模式比继承，而且装饰模式比继承更加易于出错，排错也很困难更加易于出错，排错也很困难，对于多次装饰的对象，对于多次装饰的对象，调试时寻找错误可能需要逐级排查调试时寻找错误可能需要逐级排查，较为烦琐。，较为烦琐。本章小结?装饰模式装饰模式适用情况包括：适用情况包括：在不影响其他对象的情况下，在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责以动态、透明的方式给单个对象添加职责；需要动态地给一个对象增加功能，这些功能也可以动态地被撤销需要动态地给一个对象增加功能，这些功能也可以动态地被撤销；当；当不能采用继承的方式对系统进行扩充不能采用继承的方式对系统进行扩充或者或者采用继承不利于系统扩展和维护时采用继承不利于系统扩展和维护时。?装饰模式可分为透明装饰模式和半透明装饰模式：在装饰模式可分为透明装饰模式和半透明装饰模式：在透明装饰模式透明装饰模式中，要求客户端完全针对抽中，要求客户端完全针对抽象编程象编程，装饰模式的透明性要求客户端程序不应该声明具体构件类型和具体装饰类型，而应该全部声明为抽象构件类型；，装饰模式的透明性要求客户端程序不应该声明具体构件类型和具体装饰类型，而应该全部声明为抽象构件类型；半透明装饰模式半透明装饰模式允许用允许用户在客户端声明具体装饰者类型的对象户在客户端声明具体装饰者类型的对象，调用在具体装饰者中新增的方法。，调用在具体装饰者中新增的方法。ENDENDENDEND