设计模式：结构型09-装饰器模式

1. 基本概念

通常情况下，扩展类的功能可以通过继承实现，但是扩展越多，子类越多，装饰模式（Decorator Pattern, 结构型设计模式）可以在不定义子类的情况下动态的给对象添加一些额外的功能。具体的做法是将原始对象放入包含行为的特殊封装类(装饰类)，从而为原始对象动态添加新的行为，而无需修改其代码。

举个简单的例子，假设你有一个基础的图形类，你想要为图形类添加颜色、边框、阴影等功能，如果每个功能都实现一个子类，就会导致产生大量的类，这时就可以考虑使用装饰模式来动态地添加，而不需要修改图形类本身的代码，这样可以使得代码更加灵活、更容易维护和扩展。

2. 基本结构

装饰模式包含以下四个主要角色：

组件Component：通常是抽象类或者接口，是具体组件和装饰者的父类，定义了具体组件需要实现的方法，比如说我们定义Coffee为组件。
具体组件ConcreteComponent: 实现了Component接口的具体类，是被装饰的对象。
装饰类Decorator: 一个抽象类，给具体组件添加功能，但是具体的功能由其子类具体装饰者完成，持有一个指向Component对象的引用。
具体装饰类ConcreteDecorator: 扩展Decorator类，负责向Component对象添加新的行为，加牛奶的咖啡是一个具体装饰类，加糖的咖啡也是一个具体装饰类。

3. 基本实现

装饰模式的实现包括以下步骤：

定义Component接口

// 组件接口
public interface Component {
    void operation();
}

实现 ConcreteComponent

// 具体组件
public class ConcreteComponent implements Component {
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("ConcreteComponent operation");
    }
}

定义Decorator装饰类，继承自Component

// 定义一个抽象的装饰者类，继承自Component
public abstract class Decorator implements Component {
    protected Component component;

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

    @Override
    public void operation() {
        component.operation();
    }
}

定义具体的装饰者实现，给具体组件对象添加功能。

// 具体的装饰者实现
public class ConcreteDecorator extends Decorator {
    public ConcreteDecorator(Component component) {
        super(component);
    }

    // 根据需要添加额外的方法

    @Override
    public void operation() {
        // 可以在调用前后添加额外的行为
        System.out.println("Before operation in ConcreteDecorator");
        super.operation();
        System.out.println("After operation in ConcreteDecorator");
    }
}

在客户端使用

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建具体组件
        Component concreteComponent = new ConcreteComponent();

        // 使用具体装饰者包装具体组件
        Decorator decorator = new ConcreteDecorator(concreteComponent);

        // 调用操作
        decorator.operation();
    }
}

4. 应用场景

装饰模式通常在以下几种情况使用：

当需要给一个现有类添加附加功能，但由于某些原因不能使用继承来生成子类进行扩充时，可以使用装饰模式。
动态的添加和覆盖功能：当对象的功能要求可以动态地添加，也可以再动态地撤销时可以使用装饰模式。

在Java的I/O库中，装饰者模式被广泛用于增强I/O流的功能。例如，BufferedInputStream和BufferedOutputStream这两个类提供了缓冲区的支持，通过在底层的输入流和输出流上添加缓冲区，提高了读写的效率，它们都是InputStream和OutputStream的装饰器。BufferedReader和BufferedWriter这两个类与BufferedInputStream和BufferedOutputStream类似，提供了字符流的缓冲功能，是Reader和Writer的装饰者。