Decorator 模式

Decorator 模式，也叫装饰器模式，是为了解决子类数量爆炸的一种设计模式，也叫 Fileter 模式。

使用装饰器模式之前

Java 的 IO 标准库提供的 InputStream 根据来源可以包括：

• FileInputStream：从文件读取数据，是最终数据源；
• ServletInputStream：从 HTTP 请求读取数据，是最终数据源；
• Socket.getInputStream()：从 TCP 连接读取数据，是最终数据源；
• ...

如果我们想给这些类添加一些功能，如果使用继承是这样做的：

• 如果我们要给 FileInputStream 添加缓冲功能，则可以从 FileInputStream 派生一个类：BufferedFileInputStream extends FileInputStream
• 如果要给 FileInputStream 添加计算签名的功能，也可以从 FileInputStream 派生一个类：DigestFileInputStream extendsFileInputStream
• 如果要给 FileInputStream 添加加密/解密功能，还是可以从 FileInputStream 派生一个类：CipherFileInputStream extends FileInputStream

这还只是添加了一个功能的情况，如果我们要给 FileInputStream 添加两个功能，还要再派生几个类；添加 3 个功能，还要派生类。这 3 种功能的组合，又需要更多的子类：

                          ┌─────────────────┐
                          │ FileInputStream │
                          └─────────────────┘
                                   ▲
             ┌───────────┬─────────┼─────────┬───────────┐
             │           │         │         │           │
┌───────────────────────┐│┌─────────────────┐│┌─────────────────────┐
│BufferedFileInputStream│││DigestInputStream│││CipherFileInputStream│
└───────────────────────┘│└─────────────────┘│└─────────────────────┘
                         │                   │
    ┌─────────────────────────────┐ ┌─────────────────────────────┐
    │BufferedDigestFileInputStream│ │BufferedCipherFileInputStream│
    └─────────────────────────────┘ └─────────────────────────────┘

这还只是针对 FileInputStream 设计，如果针对另一种 InputStream 设计，很快会出现子类爆炸的情况。

因此，直接使用继承，为各种 InputStream 附加更多的功能，根本无法控制代码的复杂度，很快就会失控。

装饰器模式

为了解决子类数量失控的问题，JDK 使用了一种设计模式：装饰器模式。如果不知道这个设计模式的读者可参考下这牌博客：漫画设计模式：什么是 “装饰器模式” ？ (opens new window)

关键在于，如果我们想要给一个类加一些功能，不一定要使用继承，也可以用组合的方式：例如我想给 InputStream 加个功能，我可以定义一个类 A，里面有个成员变量 InputStream，然后我在这个类里加上功能相关的代码！这样就不用派生类，也可以实现这个效果。因为所有输入流都是继承自 InputStream 的，所以类 A 也可以继承自 InputStream，这样它就可以被当成一个输入流。

如果想给类 A 加个功能，一样的道理，定义一个类 B，里面有个成员变量类 InputStream（因为都是继承自 InputStream，所以可以用 InputStream 来接受变量），然后类 B 里面加上功能代码。

举个贴近生活的例子：

上班族大多都有睡懒觉的习惯，每天早上上班时间都很紧张，于是很多人为了多睡一会，就会用方便的方式解决早餐问题。有些人早餐可能会吃煎饼，煎饼中可以加鸡蛋，也可以加香肠，但是不管怎么“加码”，都还是一个煎饼。在现实生活中，常常需要对现有产品增加新的功能或美化其外观，如房子装修、相片加相框等，都是装饰器模式。

在软件开发过程中，有时想用一些现存的组件。这些组件可能只是完成了一些核心功能。但在不改变其结构的情况下，可以动态地扩展其功能。所有这些都可以釆用装饰器模式来实现。

--24 设计模式——装饰器模式（装饰设计模式）详解 - 知乎 (opens new window)

以 JDK 为例，JDK 是这样设计的：

首先将 InputStream 分为两大类：

一类是直接提供数据的基础 InputStream，例如：

• FileInputStream
• ByteArrayInputStream
• ServletInputStream
• ...

一类是提供额外附加功能的 InputStream，例如：

• BufferedInputStream
• DigestInputStream
• CipherInputStream
• ...

当我们需要给一个“基础”InputStream 附加各种功能时，我们先确定这个能提供数据源的 InputStream，因为我们需要的数据总得来自某个地方，例如，FileInputStream，数据来源自文件：

InputStream file = new FileInputStream("test.gz");

紧接着，我们希望 FileInputStream 能提供缓冲的功能来提高读取的效率，因此我们用 BufferedInputStream 包装这个 InputStream，得到的包装类型是 BufferedInputStream，但它仍然被视为一个 InputStream：

InputStream buffered = new BufferedInputStream(file);

最后，假设该文件已经用 gzip 压缩了，我们希望直接读取解压缩的内容，就可以再包装一个 GZIPInputStream：

InputStream gzip = new GZIPInputStream(buffered);

无论我们包装多少次，得到的对象始终是 InputStream，我们直接用 InputStream 来引用它，就可以正常读取：

┌─────────────────────────┐
│GZIPInputStream          │
│┌───────────────────────┐│
││BufferedFileInputStream││
││┌─────────────────────┐││
│││   FileInputStream   │││
││└─────────────────────┘││
│└───────────────────────┘│
└─────────────────────────┘

上述这种通过一个“基础”组件再叠加各种“附加”功能组件的模式，称之为 Filter 模式（或者装饰器模式：Decorator）。它可以让我们通过少量的类来实现各种功能的组合：

                 ┌─────────────┐
                 │ InputStream │
                 └─────────────┘
                       ▲ ▲
┌────────────────────┐ │ │ ┌─────────────────┐
│  FileInputStream   │─┤ └─│FilterInputStream│
└────────────────────┘ │   └─────────────────┘
┌────────────────────┐ │     ▲ ┌───────────────────┐
│ByteArrayInputStream│─┤     ├─│BufferedInputStream│
└────────────────────┘ │     │ └───────────────────┘
┌────────────────────┐ │     │ ┌───────────────────┐
│ ServletInputStream │─┘     ├─│  DataInputStream  │
└────────────────────┘       │ └───────────────────┘
                             │ ┌───────────────────┐
                             └─│CheckedInputStream │
                               └───────────────────┘

类似的，OutputStream 也是以这种模式来提供各种功能。

注意到在叠加多个 FilterInputStream，我们只需要持有最外层的 InputStream，并且，当最外层的 InputStream关闭时（在 try(resource)块的结束处自动关闭），内层的 InputStream的 close()方法也会被自动调用，并最终调用到最核心的“基础”InputStream，因此不存在资源泄露。

小结

Decorator 模式可以在运行期动态增加功能，Java 的 IO 标准库使用装饰器模式为 InputStream 和 OutputStream 增加功能：

• 可以把一个 InputStream和任意个 FilterInputStream组合；
• 可以把一个 OutputStream和任意个 FilterOutputStream组合。
• 当最外层的 InputStream 关闭时，内层的 InputStream 也会被关闭，不用担心资源泄漏的问题。

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