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【设计模式】【结构型模式】装饰者模式（Decorator）

news 来源：原创 2025/9/22 5:08:18

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文章目录

一、入门
什么是装饰者模式？
为什么要装饰者模式？
怎样实现装饰者模式？

二、装饰者模式在框架源码中的实现
Java I/O 流体系（最经典实现）
Spring 框架中的装饰者应用

三、总结
装饰者模式的优点
装饰者模式的缺点
装饰者模式的适用场景

一、入门

什么是装饰者模式？

装饰者模式（Decorator Pattern）是 Java 中常用的结构型设计模式，它能在不修改原有对象结构的前提下，动态地为对象添加额外的职责。

为什么要装饰者模式？

假设你正在开发一个电商系统，需要处理订单的基础价格和多种附加服务（如快递加急、礼品包装、保价服务等），且这些附加服务可以任意组合。
下面是没有用装饰者模式的代码实现：

// 基础订单
class BasicOrder { /* 计算基础价格 */ }// 各种组合继承（产生大量重复代码）
class BasicOrderWithExpress extends BasicOrder {}       // 基础+快递
class BasicOrderWithGiftWrap extends BasicOrder {}     // 基础+礼品
class BasicOrderWithExpressAndGiftWrap extends BasicOrder {} // 基础+快递+礼品
// ...更多组合（n种附加服务会产生2^n个子类！）

存在问题：

类数量指数级增长：3种附加服务需要7个子类，4种需要15个…
代码重复严重：每个子类都要重写价格计算方法
难以维护：新增一个附加服务（如保价），需要修改所有相关子类
无法动态组合：运行时不能灵活增减服务

怎样实现装饰者模式？

装饰者模式由以下构成：

组件接口（Component）：定义核心功能的抽象。定义被装饰对象和装饰器的共同行为规范，声明核心业务方法（如价格计算、服务描述），确保装饰过程的透明性（客户端无需区分原始对象和装饰后的对象）
具体组件（ConcreteComponent）：基础实现类。实现组件接口的基础功能，作为装饰过程的原始起点（最内层的被装饰对象），不应包含任何装饰逻辑
装饰器基类（Decorator）：持有组件引用，实现组件接口
具体装饰器（ConcreteDecorator）：添加具体增强功能

【案例】订单系统 - 改
在这里插入图片描述

组件接口：Order接口

interface Order {double calculatePrice();String getDescription();
}

具体组件：基础订单，BasicOrder类

class BasicOrder implements Order {public double calculatePrice() { return 100.0; } // 基础价格100元public String getDescription() { return "基础订单"; }
}

装饰器基类：OrderDecorator类

// 装饰器基类（关键：实现相同接口）
abstract class OrderDecorator implements Order {protected Order decoratedOrder;public OrderDecorator(Order order) {this.decoratedOrder = order;}// 默认直接转发给被装饰对象public double calculatePrice() {return decoratedOrder.calculatePrice();}public String getDescription() {return decoratedOrder.getDescription();}
}

具体装饰器：ExpressDecorator类（快递加急）、GiftWrapDecorator类（礼品包装）、InsuranceDecorator类（保价服务）

// 具体装饰器：快递加急
class ExpressDecorator extends OrderDecorator {public ExpressDecorator(Order order) {super(order);}public double calculatePrice() {return super.calculatePrice() + 25.0; // 加急费25元}public String getDescription() {return super.getDescription() + " + 快递加急";}
}// 具体装饰器：礼品包装
class GiftWrapDecorator extends OrderDecorator {public GiftWrapDecorator(Order order) {super(order);}public double calculatePrice() {return super.calculatePrice() + 15.0; // 包装费15元}public String getDescription() {return super.getDescription() + " + 礼品包装";}
}// 具体装饰器：保价服务
class InsuranceDecorator extends OrderDecorator {public InsuranceDecorator(Order order) {super(order);}public double calculatePrice() {return super.calculatePrice() + 30.0; // 保价费30元}public String getDescription() {return super.getDescription() + " + 保价服务";}
}

客户端使用

public class Client {public static void main(String[] args) {// 基础订单Order order = new BasicOrder();// 动态叠加服务（可任意组合）order = new ExpressDecorator(order);     // 加急order = new GiftWrapDecorator(order);   // 包装order = new InsuranceDecorator(order);  // 保价System.out.println(order.getDescription());// 输出：基础订单 + 快递加急 + 礼品包装 + 保价服务System.out.println("总价：" + order.calculatePrice());// 输出：总价：170.0}
}

二、装饰者模式在框架源码中的实现

Java I/O 流体系（最经典实现）

InputStream in = new BufferedInputStream( // 具体装饰器new FileInputStream( // 具体组件new File("test.txt")));

源码中的实现：
组件接口（Component）：InputStream抽象类。
具体组件（ConcreteComponent）：FileInputStream类。
装饰器基类（Decorator）：FilterInputStream类。
具体装饰器（ConcreteDecorator）：BufferedInputStream类。

// 装饰器基类 FilterInputStream
public class FilterInputStream extends InputStream {protected volatile InputStream in; // 持有被装饰对象protected FilterInputStream(InputStream in) {this.in = in;}// 默认转发所有方法到被装饰对象public int read() throws IOException {return in.read();}
}// 具体装饰器 BufferedInputStream
public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {private byte[] buf; // 新增缓冲区状态public BufferedInputStream(InputStream in) {super(in); // 必须传入被装饰对象buf = new byte[8192];}// 增强的读取方法（实现缓冲机制）public int read() throws IOException {if (pos >= count) {fill(); // 装饰器新增的核心逻辑if (pos >= count)return -1;}return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;}
}

Spring 框架中的装饰者应用

这里说的比较简单，后续我学到Spring源码再补充😁
典型场景：事务缓存装饰器

// 装饰器基类实现
public class TransactionAwareCacheDecorator implements Cache {private final Cache targetCache; // 被装饰的缓存对象public TransactionAwareCacheDecorator(Cache targetCache) {this.targetCache = targetCache;}// 在事务提交后才执行实际put操作public void put(final Object key, final Object value) {TransactionSynchronizationManager.registerSynchronization(new TransactionSynchronizationAdapter() {public void afterCommit() {targetCache.put(key, value);}});}
}

装饰器注册：通过 CacheManager 包装原始缓存
事务感知：延迟缓存操作到事务提交后
与代理模式结合：常通过 AOP 动态应用装饰器

三、总结

装饰者模式的优点

动态扩展功能
- 无需修改原有代码，运行时动态添加功能
- 案例：Java I/O 流中，BufferedInputStream 动态为 FileInputStream 添加缓冲功能
避免类爆炸
- 相比继承，装饰者模式通过组合实现功能扩展，避免子类数量指数级增长
- 案例：电商订单系统中，3种附加服务只需3个装饰类，而不是7个子类
符合开闭原则
- 对扩展开放：新增装饰器不影响现有代码
- 对修改封闭：无需修改组件接口和具体组件
- 案例：Spring 的 TransactionAwareCacheDecorator 扩展缓存功能，不影响原有缓存实现
灵活组合
- 装饰器可以任意组合，实现不同功能叠加
- 案例：Netty 的 ChannelPipeline 中，多个 ChannelHandler 可以按需组合
透明性
- 客户端无需区分原始对象和装饰后的对象
- 案例：Java Collections 的 unmodifiableList 返回相同接口类型，对客户端透明

装饰者模式的缺点

复杂性增加
- 多层装饰可能导致调用链过长，增加调试和理解难度
- 案例：Java I/O流中，多层装饰（如缓冲+字符集转换）可能让调用栈变深
装饰顺序敏感
- 不同装饰顺序可能导致不同结果
- 案例：电商订单系统中，先加急再包装 vs 先包装再加急，价格计算可能不同
小对象增多
- 每个装饰器都是一个独立对象，可能增加内存开销
- 案例：Netty 中，每个 ChannelHandler 都是一个独立装饰器
接口膨胀
- 组件接口需要定义所有装饰器可能用到的方法
- 案例：Java I/O 中，InputStream 需要定义所有可能的流操作方法
不适合静态配置
- 如果功能组合是固定的，装饰者模式可能不如直接继承简洁
- 案例：某些业务场景中，功能组合是固定的，直接继承更合适

装饰者模式的适用场景

动态功能扩展
- 需要运行时动态添加或撤销功能
- 案例：Java I/O 流、电商订单附加服务
避免子类爆炸
- 功能组合复杂，继承会导致子类数量激增
- 案例：游戏装备系统（武器+宝石+附魔）
透明增强
- 需要在不改变客户端代码的情况下增强功能
- 案例：Spring 的 TransactionAwareCacheDecorator
分层处理
- 需要将功能拆分为多个独立模块，按需组合
- 案例：Netty 的 ChannelPipeline、Web 中间件（权限校验→日志记录→缓存处理）
兼容性处理
- 需要在不修改原有代码的情况下适配新功能
- 案例：Java Collections 的 checkedList 实现类型安全

【设计模式】【结构型模式】装饰者模式（Decorator）

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