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java设计模式-装饰器模式

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Java 设计

装饰模式是在不必改变原类文件和使用继承的情况下，动态的扩展一个对象的功能。它是通过创建一个包装对象，也就是装饰来包裹真实的对象。
需要注意的有三点：

1：不改变原类文件；

2：不使用继承；

3：动态扩展

装饰器装饰的是一个接口的任何实现类，而这些实现类也包括了装饰器本身，装饰器本身也可以再被装饰。
这个类图只是装饰器模式的完整结构，但其实里面有很多可以变化的地方：
1，Component接口可以是接口也可以是抽象类，甚至是一个普通的父类（这个强烈不推荐，普通的类作为继承体系的超级父类不易于维护）。
2，装饰器的抽象父类Decorator并不是必须的。
java代码，首先是待装饰的接口Component：

package com.decorator;

public interface Component {

    void method();

}

具体的接口实现类，也就是原始对象，或者说待装饰对象：

package com.decorator;

public class ConcreteComponent implements Component{

    public void method() {
        System.out.println("原来的方法");
    }

}

下面便是抽象装饰器父类，它主要是为装饰器定义了需要装饰的目标是什么，并对Component进行了基础的装饰：

package com.decorator;

public abstract class Decorator implements Component{

    protected Component component;

    public Decorator(Component component) {
        super();
        this.component = component;
    }

    public void method() {
        component.method();
    }

}

具体的装饰器A和装饰器B：

package com.decorator;

public class ConcreteDecoratorA extends Decorator{

    public ConcreteDecoratorA(Component component) {
        super(component);
    }

    public void methodA(){
        System.out.println("被装饰器A扩展的功能");
    }

    public void method(){
        System.out.println("针对该方法加一层A包装");
        super.method();
        System.out.println("A包装结束");
    }
}

package com.decorator;

public class ConcreteDecoratorB extends Decorator{

    public ConcreteDecoratorB(Component component) {
        super(component);
    }

    public void methodB(){
        System.out.println("被装饰器B扩展的功能");
    }

    public void method(){
        System.out.println("针对该方法加一层B包装");
        super.method();
        System.out.println("B包装结束");
    }
}

测试类：

package com.decorator;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Component component =new ConcreteComponent();//原来的对象
        System.out.println("------------------------------");
        component.method();//原来的方法
        ConcreteDecoratorA concreteDecoratorA = new ConcreteDecoratorA(component);//装饰成A
        System.out.println("------------------------------");
        concreteDecoratorA.method();//原来的方法
        concreteDecoratorA.methodA();//装饰成A以后新增的方法
        ConcreteDecoratorB concreteDecoratorB = new ConcreteDecoratorB(component);//装饰成B
        System.out.println("------------------------------");
        concreteDecoratorB.method();//原来的方法
        concreteDecoratorB.methodB();//装饰成B以后新增的方法
        concreteDecoratorB = new ConcreteDecoratorB(concreteDecoratorA);//装饰成A以后再装饰成B
        System.out.println("------------------------------");
        concreteDecoratorB.method();//原来的方法
        concreteDecoratorB.methodB();//装饰成B以后新增的方法
    }
}

测试类中首先是使用的原始的类的方法，然后分别让A和B装饰完以后再调用，最后我们将两个装饰器一起使用，再调用该接口定义的方法。
分别对待装饰类进行了原方法的装饰和新功能的增加，methodA和methodB就是新增加的功能，当然两者并不一定兼有，但一般至少会有一种，否则也就失去了装饰的意义。
java的io是装饰器实现的：

package com.decorator;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.DataInputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.LineNumberReader;
import java.io.PushbackInputStream;
import java.io.PushbackReader;

public class IOTest {

    /* test.txt内容：
     * hello world!
     */
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        //文件路径可自行更换
        final String filePath = "E:/myeclipse project/POITest/src/com/decorator/test.txt";

        //InputStream相当于被装饰的接口或者抽象类，FileInputStream相当于原始的待装饰的对象，FileInputStream无法装饰InputStream
        //另外FileInputStream是以只读方式打开了一个文件,并打开了一个文件的句柄存放在FileDescriptor对象的handle属性
        //所以下面有关回退和重新标记等操作，都是在堆中建立缓冲区所造成的假象,并不是真正的文件流在回退或者重新标记
        InputStream inputStream = new FileInputStream(filePath);
        final int len = inputStream.available();//记录一下流的长度
        System.out.println("FileInputStream不支持mark和reset：" + inputStream.markSupported());

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        /* 下面分别展示三种装饰器的作用BufferedInputStream,DataInputStream,PushbackInputStream,下面做了三个装饰器的功能演示  */

        //首先装饰成BufferedInputStream，它提供我们mark，reset的功能
        BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(inputStream);//装饰成 BufferedInputStream
        System.out.println("BufferedInputStream支持mark和reset：" + bufferedInputStream.markSupported());
        bufferedInputStream.mark(0);//标记一下
        char c = (char) bufferedInputStream.read();
        System.out.println("文件的第一个字符：" + c);
        bufferedInputStream.reset();//重置
        c = (char) bufferedInputStream.read();//再读
        System.out.println("重置以后再读一个字符，依然会是第一个字符:" + c);
        bufferedInputStream.reset();

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        //装饰成 DataInputStream,我们为了又使用DataInputStream,又使用BufferedInputStream的mark reset功能，所以我们再进行一层包装
        //注意，这里如果不使用BufferedInputStream，而使用原始的InputStream，read方法返回的结果会是-1，即已经读取结束
        //因为BufferedInputStream已经将文本的内容读取完毕，并缓冲到堆上，默认的初始缓冲区大小是8192B
        DataInputStream dataInputStream = new DataInputStream(bufferedInputStream);
        dataInputStream.reset();//这是BufferedInputStream提供的功能，如果不在这个基础上包装会出错
        System.out.println("DataInputStream现在具有readInt，readChar,readUTF等功能");
        int value = dataInputStream.readInt();//读出来一个int,包含四个字节
        //我们转换成字符依次显示出来，可以看到文件的前四个字符
        String binary = Integer.toBinaryString(value);
        int first = binary.length() % 8;
        System.out.print("使用readInt读取的前四个字符：");
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            if (i == 0) {
                System.out.print(((char)Integer.valueOf(binary.substring(0, first), 2).intValue()));
            }else {
                System.out.print(((char)Integer.valueOf(binary.substring(( i - 1 ) * 8 + first, i * 8 + first), 2).intValue()));
            }
        }
        System.out.println();

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        //PushbackInputStream无法包装BufferedInputStream支持mark reset，因为它覆盖了reset和mark方法
        //因为流已经被读取到末尾，所以我们必须重新打开一个文件的句柄，即FileInputStream
        inputStream = new FileInputStream(filePath);
        PushbackInputStream pushbackInputStream = new PushbackInputStream(inputStream,len);//装饰成 PushbackInputStream
        System.out.println("PushbackInputStream装饰以后支持退回操作unread");
        byte[] bytes = new byte[len];
        pushbackInputStream.read(bytes);//读完了整个流
        System.out.println("unread回退前的内容：" + new String(bytes));
        pushbackInputStream.unread(bytes);//再退回去
        bytes = new byte[len];//清空byte数组
        pushbackInputStream.read(bytes);//再读
        System.out.println("unread回退后的内容：" + new String(bytes));

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        /*  以上有两个一层装饰和一个两层装饰,下面我们先装饰成Reader，再进行其它装饰   */

        //由于之前被PushbackInputStream将流读取到末尾，我们需要再次重新打开文件句柄
        inputStream = new FileInputStream(filePath);
        InputStreamReader inputStreamReader = new InputStreamReader(inputStream,"utf-8");//先装饰成InputStreamReader
        System.out.println("InputStreamReader有reader的功能，比如转码：" + inputStreamReader.getEncoding());

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        BufferedReader bufferedReader = new BufferedReader(inputStreamReader);//我们进一步在reader的基础上装饰成BufferedReader
        System.out.println("BufferedReader有readLine等功能：" + bufferedReader.readLine());

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        LineNumberReader lineNumberReader = new LineNumberReader(inputStreamReader);//我们进一步在reader的基础上装饰成LineNumberReader
        System.out.println("LineNumberReader有设置行号，获取行号等功能（行号从0开始）,当前行号：" + lineNumberReader.getLineNumber());

        System.out.println("---------------------------------------------------------------------------------");

        //此处由于刚才被readLine方法将流读取到末尾,所以我们再次重新打开文件句柄,并需要将inputstream再次包装成reader
        inputStreamReader = new InputStreamReader(new FileInputStream(filePath));
        PushbackReader pushbackReader = new PushbackReader(inputStreamReader,len);//我们进一步在reader的基础上装饰成PushbackReader
        System.out.println("PushbackReader是拥有退回操作的reader对象");
        char[] chars = new char[len];
        pushbackReader.read(chars);
        System.out.println("unread回退前的内容：" + new String(chars));
        pushbackReader.unread(chars);//再退回去
        chars = new char[len];//清空char数组
        pushbackReader.read(chars);//再读
        System.out.println("unread回退后的内容：" + new String(chars));
    }
}

上述便是IO的装饰器使用，其中InputStream就相当于上述的Component接口，只不过这里是一个抽象类，这是我们装饰的目标抽象类。FileInputstream就是一个ConcreteComponent，即待装饰的具体对象，它并不是JAVA的IO结构中的一个装饰器，因为它无法装饰InputStream。剩下BufferedInputStream，DataInputstream等等就是各种装饰器了，对比上述的标准装饰器样板，JAVA的IO中也有抽象的装饰器基类的存在，只是上述没有体现出来，就是FilterInputStream，它是很多装饰器最基础的装饰基类。
在上述过程中，其中dataInputStream是经过两次装饰后得到的，它具有了dataInputStream和bufferedInputStream的双重功能，另外，InputStreamReader是一个特殊的装饰器，它提供了字节流到字符流的桥梁，其实它除了具有装饰器的特点以外，也有点像一个适配器，但LZ还是觉得它应当算是一个装饰器。
我们创建的一个FileInputstream对象，可以使用各种装饰器让它具有不同的特别的功能，这正是动态扩展一个类的功能的最佳体现。
XXXXInputStream的各个类都继承了InputStream，这样做不仅是为了复用InputStream的父类功能（InputStream也是一种模板方法模式，它定义了read(byte[])方法的简单算法，并将read()方法交给具体的InputStream去实现），也是为了可以重叠装饰，即装饰器也可以再次被装饰，而过渡到Reader以后，Reader的装饰器体系则是类似的。
下面给出上面IO包中所涉及的类的类图，可以和上面的标准装饰器模式对比一下。

类图上标注了各个类负责的角色，并且背景颜色将InputStream和Reader体系分开，其中左半部分就是InputStream的装饰体系，右半部分就是Reader的装饰体系，并且他们之间的桥梁是InputStreamReader，他们每一个装饰体系都与上面标准的装饰器模式类图极其相似。尤其是InputStreamReader，它的位置比较特殊。
装饰器模式就是一个可以非常灵活的动态扩展类功能的设计模式，它采用组合的方式取代继承，使得各个功能的扩展更加独立和灵活。