百度工程师教你玩转设计模式（装饰器模式）

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作者 | 北极星小组

想要写好代码，设计模式（Design Pattern）是必不可少的基本功，设计模式是对面向对象设计（Object Oriented Design）中反复出现的一类问题的一种解决方案，本篇介绍装饰器模式（Decorator Pattern）。

在我们日常的开发过程中，一个最常见的场景就是在已有的基础上新增功能，常规的做法有以下几种：

修改已有的类：违背开闭原则。
增加新的子类：每次都得新增大量对应的类，随着功能的增加，子类越来越膨胀。

在此场景下，装饰器模式就可以体现出它的优势了，它允许在不修改原有对象的前提下，灵活的扩展已有类的功能。下面是装饰器模式的一个通用的类图：

△UML

其中的各个类的作用如下：

抽象组件(Component): 可以是接口或者抽象类，它定义了具体类以及装饰器所拥有的方法。
具体组件(ComponentA, ComponentB):具体的组件，实现或者继承自抽象组件。可以理解成上述场景中已存在的类。
抽象装饰器(Decorator): 通常为抽象类，持有一个被装饰的对象，定义了具体装饰器的方法。此类非必须也可以没有，具体装饰器也可直接继承或者实现抽象组件。
具体装饰器(DecoratorX, DecoratorY): 具体的装饰器，继承自抽象装饰器(也可直接继承自抽象组件)，扩展了抽象组件的某些功能。

下面，将通过3个具体的案例的讲解装饰器的使用方式，方便大家进一步的理解。

一、装饰器在任务处理场景的应用

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在实际的开发中，我们经常需要定义不同的类来处理各种不同的任务。假设一个这样的场景，我们的系统有多个具体的类，用来处理不同类型的任务。现在需要添加一个功能，就是在处理完任务后发出一条消息。针对这个场景，使用装饰器模式的实现思路如下：

抽象组件(TaskProcessor)：处理任务的抽象类(亦可通过接口实现)，定义一个通用的任务处理方法process()。
具体组件(TaskProcessorA, TaskProcessorB): 负责实现具体的任务处理逻辑
抽象装饰器(TaskProcessDecorator):持有一个任务处理对象实例
具体装饰器(AfterTaskProcessDecorator):实现具体的任务处理完成后的消息通知扩展能力

具体的代码如下：

package com.baidu.demo;public class Decorator {    // 抽象组件    static abstract class TaskProcessor {        abstract void process();    }    // 具体组件    static class TaskProcessorA extends TaskProcessor {        @Override        void process() {            System.out.println("TaskProcessorA处理完成");        }    }    // 具体组件    static class TaskProcessorB extends TaskProcessor {        @Override        void process() {            System.out.println("TaskProcessorB处理完成");        }    }    // 抽象装饰器    static abstract class TaskProcessDecorator extends TaskProcessor {        protected TaskProcessor processor;        public TaskProcessDecorator(TaskProcessor processor) {            this.processor = processor;        }        abstract void process();    }    // 具体装饰器    static class AfterTaskProcessDecorator extends TaskProcessDecorator {        public AfterTaskProcessDecorator(TaskProcessor processor) {            super(processor);        }
        @Override        void process() {            processor.process();            afterProcess();        }
        void afterProcess() {            System.out.println("任务处理完毕，发送消息...");        }    }
    public static void main(String[] args) {        // 扩展之前        System.out.println("==========before==========");        TaskProcessor processorA = new TaskProcessorA();        processorA.process();        TaskProcessor processorB = new TaskProcessorB();        processorB.process();
        // 装饰器扩展之后：TaskProcessorA TaskProcessorB并未做任何修改，即可实现功能的扩展        System.out.println("==========after==========");        TaskProcessor decoratorA = new AfterTaskProcessDecorator(processorA);        decoratorA.process();        TaskProcessor decoratorB = new AfterTaskProcessDecorator(processorB);        decoratorB.process();    }}
// 输出结果如下==========before==========TaskProcessorA处理完成TaskProcessorB处理完成==========after==========TaskProcessorA处理完成任务处理完毕，发送消息...TaskProcessorB处理完成任务处理完毕，发送消息...

二、装饰器在文件IO场景的应用

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装饰器模式，一个典型的应用就是文件IO操作，最基础的类实现字节流读取类，使用装饰器模式可以封装文件字节流读取类，然后可以继续封装可缓存的文件字节流读取类，在项目中按需使用。具体实现如下：

InputStream：具体组件，实现读取字节流。
FileInputStream：具体装饰器，作为InputStream的子类，扩展文件操作。
BufferedInputStream：具体装饰器，作为FileInputStream的子类，扩展缓存操作。

具体代码如下：

//具体组件，实现读取字节流public abstract class InputStream {    public int read(byte b[], int off, int len) {}}
//具体装饰器，作为InputStream的子类，扩展文件操作public class FileInputStream extends InputStream {    protected InputStream in;        public FileInputStream(String name) {        InputStream in = ... //此处省略，通过文件名创建对象        this.in = in;    }        public int read(byte b[], int off, int len) {        return this.in.read(b, off, len);    }}
//具体装饰器，作为FileInputStream的子类，扩展缓存操作public class BufferedInputStream extends FileInputStream {    protected FileInputStream in;    protected byte[] buffer;        public BufferedInputStream(FileInputStream in) {        this.in = in;    }        public int read(byte b[], int off, int len) {        if (this.buffer == null || this.buffer.length == 0) {            this.in.read(this.buffer, 0, in.lenght());        }                System.arraycopy(this.buffer, off, b, 0, len);        ...    }}
public static void main(String[] args) {    FileInputStream fs = new FileInputStream('./test.log');    BufferedInputStream bs = new BufferedInputStream(fs);        byte[] b;    bs.read(b, 0, 1);}

三、装饰器在日志系统场景的应用

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在日志系统中，一般常用日志的级别分别为 DEBUG（调试）、INFO（运行信息）、WARN（警告）、ERROR（错误），一旦发生错误级别的日志后，则需要触发报警通知相关人员及时进行跟进，报警方式一般有：邮件、短信、如流等，通常我们会根据业务场景以组合的方式进行报警通知，使用装饰器模式则能很好实现组合报警这一功能。

抽象组件：Log接口抽象
具体组件：Slf4j 具体日志类的实现
抽象装饰器：LogDecorator 日志装饰器的基类
具体装饰器：MailLogDecorator、SMSLogDecorator、InfoFlowLogDecorator具体装饰类

/** * 日志接口 */public interface Log {    void debug(String message);    void info(String message);    void warn(String message);    void error(String message);}
/** * Slf4j 日志 */public class Slf4jLog implements Log {
    //日志记录对象    private final Logger log = LoggerFactory.getLogger("system_log");
    @Override    public void debug(String message) {        if (log.isDebugEnabled()) {             log.debug(message);        }    }
    @Override    public void info(String message) {        if (log.isInfoEnabled()) {              log.info(message);        }    }
    @Override    public void warn(String message) {        if (log.isWarnEnabled()) {            log.warn(message);        }    }
    @Override    public void error(String message) {        if (log.isErrorEnabled()) {            log.error(message);        }    }}
/** * 日志装饰器 */public class LogDecorator implements Log {    protected Log log;
    public LogDecorator(Log log) {        this.log = log;    }
    @Override    public void debug(String message) {        log.debug(message);    }
    @Override    public void info(String message) {        log.info(message);    }
    @Override    public void warn(String message) {        log.warn(message);    }
    @Override    public void error(String message) {        log.error(message);    }}
/** * 邮件日志装饰器 */public class MailLogDecorator extends LogDecorator {    public MailLogDecorator(Log log) {        super(log);    }
    @Override    public void warn(String message) {        log.warn(message);        mail(message);    }
    @Override    public void error(String message) {        log.error(message);        mail(message);    }        public void mail(String message) {        //模拟邮件发送        log.info("邮件已发送，信息：" + message);    }}
/** * 短信日志装饰器 */public class SMSLogDecorator extends LogDecorator {    public SMSLogDecorator(Log log) {        super(log);    }        @Override    public void error(String message) {        log.error(message);        send(message);    }
    public void send(String message) {        //模拟短信发送        log.info("短信已发送，信息：" + message);    }}
/** * 如流日志装饰器 */public class InfoflowLogDecorator extends LogDecorator {    public InfoflowLogDecorator(Log log) {        super(log);    }
    @Override    public void warn(String message) {        log.warn(message);        send(message);    }        @Override    public void error(String message) {        log.error(message);        send(message);    }
        public void send(String message) {        //模拟如流发送        log.info("如流消息已发送，信息：" + message);    }}
/** * 日志测试类 */public class LogTest {
    /**     * 测试日志装饰器     */    @Test    public void testLogDecorator() {        Log log = new SMSLogDecorator(new InfoFlowLogDecorator(new MailLogDecorator(new Slf4jLog())));        log.debug("系统调试开启");        log.info("系统正常运行");        log.warn("数据为空警告");        log.error("db 连接错误");    }}===========output=========15:16:56.564 [main] DEBUG system_log - 系统调试开启15:16:56.566 [main] INFO  system_log - 系统正常运行15:16:56.566 [main] WARN  system_log - 数据为空警告15:16:56.566 [main] INFO  system_log - 邮件已发送，信息：数据为空警告15:16:56.566 [main] INFO  system_log - 如流消息已发送，信息：数据为空警告15:16:56.566 [main] ERROR system_log - db 连接错误15:16:56.566 [main] INFO  system_log - 邮件已发送，信息：db 连接错误15:16:56.566 [main] INFO  system_log - 如流消息已发送，信息：db 连接错误15:16:56.566 [main] INFO  system_log - 短信已发送，信息：db 连接错误
Process finished with exit code 0

四、总结

GEEK TALK

如上几个案例，装饰器的最大作用就是在不修改原有类的基础上扩展已有的功能，它符合开闭原则，而且实现也比较灵活。

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