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【设计模式自习室】装饰模式

前言

《设计模式自习室》系列,顾名思义,本系列文章带你温习常见的设计模式。主要内容有:

  • 该模式的介绍,包括:
    • 引子、意图(大白话解释)
    • 类图、时序图(理论规范)
  • 该模式的代码示例:熟悉该模式的代码长什么样子
  • 该模式的优缺点:模式不是万金油,不可以滥用模式
  • 该模式的实际使用案例:了解它在哪些重要的源码中被使用

该系列会逐步更新于我的博客和公众号(博客见文章底部),也希望各位观众老爷能够关注我的个人公众号:后端技术漫谈,不会错过精彩好看的文章。

系列文章回顾

  • 【设计模式自习室】开篇:为什么我们要用设计模式?
  • 【设计模式自习室】建造者模式
  • 【设计模式自习室】原型模式
  • 【设计模式自习室】透彻理解单例模式
  • 【设计模式自习室】理解工厂模式的三种形式
  • 【设计模式自习室】适配器模式

结构型——装饰器模式 Decorator Patter

引子

当你需要统计一个方法的运行时间时,你会怎么做?是不是下面这种方法呢,用两个时间语句统计出耗时?

public static void main(String[] args){
    long start = System.currentTimeMillis();
    algo(); // 执行代码块
    long end = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(end - start);
}

如果使用了装饰器模式,你可以将统计时间的方法独立出来,变成方法上面的@Timer:

public class Foo {

    @Timer
    public void algo1() {
        ArrayList<Integer> l = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            l.add(1);
        }
    }
}

这样你就可以在不插入任何语句在原方法的情况下,统计原方法的执行时间,就像在原方法外面披了一层皮一样,这就是装饰器!

PS:如果你了解Python,那么你可能会经常使用到装饰器。在Java中,使用起来有一些复杂,但也是完全能够通过注解做到的,它可以同样应用在权限控制、日志、缓存等方面,方便的对代码进行解耦,让通用的功能“切入”原先的代码,使得开发时可以更专注于业务逻辑。

定义

装饰模式动态地给一个对象增加一些额外的职责(Responsibility),就增加对象功能来说,装饰模式比生成子类实现更为灵活。

其别名也可以称为包装器(Wrapper),与适配器模式的别名相同,但它们适用于不同的场合。根据翻译的不同,装饰模式也有人称之为“油漆工模式”,它是一种对象结构型模式。

类图

如果看不懂UML类图,可以先粗略浏览下该图,想深入了解的话,可以继续谷歌,深入学习:

装饰模式包含如下角色:

  • Component: 抽象构件
  • ConcreteComponent: 具体构件
  • Decorator: 抽象装饰类
  • ConcreteDecorator: 具体装饰类

A7ADEE73C43CE99E4C2C10189AFA3)

时序图

时序图(Sequence Diagram)是显示对象之间交互的图,这些对象是按时间顺序排列的。时序图中显示的是参与交互的对象及其对象之间消息交互的顺序。

我们可以大致浏览下时序图,如果感兴趣的小伙伴可以去深究一下:

代码实现

还记得引子中举得例子吗?

我们现在Python下看看如何实现这个统计方法执行时间的函数

首先,我们定义一个函数,如下:

def exe_time(func):
	def new_func(*args, **args2):
		t0 = time.time()
		print "@%s, {%s} start" % (time.strftime("%X", time.localtime()), func.__name__)
		back = func(*args, **args2)
		print "@%s, {%s} end" % (time.strftime("%X", time.localtime()), func.__name__)
		print "@%.3fs taken for {%s}" % (time.time() - t0, func.__name__)
		return back
	return new_func

接下来,我们就可以在需要计时的函数前一行引用它作为装饰,比如:

@exe_time
def foo():
	for i in xrange(10000000):
		pass

输出效果如下:

@13:12:27, {foo} start
@13:12:27, {foo} end
@0.203s taken for {foo}

在Java中,没有Python这种天秀的语法糖,我们需要用注解实现,已经有网友写的例子,这里就不班门弄斧了。可以参考下文链接:

https://www.jianshu.com/p/d2dfb70fd671

使用场景举例

Spring

spring中用到的包装器模式在类名上有两种表现:一种是类名中含有Wrapper,另一种是类名中含有Decorator。基本上都是动态地给一个对象添加一些额外的职责。

JDK源码中的使用

  • java.io.BufferedInputStream(InputStream)
InputStream inputStream = new InputStream() {
@Override
public int read() throws IOException {
return 0;
}
};
BufferedInputStream bufferedInputStream = new BufferedInputStream(inputStream);
//增强了原本InputStream的功能
  • java.io.DataInputStream(InputStream)
  • java.io.BufferedOutputStream(OutputStream)
  • java.util.zip.ZipOutputStream(OutputStream)
  • java.util.Collections#checkedList|Map|Set|SortedSet|SortedMap

优缺点

优点

  • 装饰模式与继承本质其其实都是要扩展对象的功能,但是装饰模式可以提供比继承更多的灵活性。
  • 可以使用多个具体装饰类来装饰同一对象,得到功能更为强大的对象。
  • 具体构件类与具体装饰类可以独立变化,用户可以根据需要增加新的具体构件类和具体装饰类,在使用时再对其进行组合,原有代码无须改变,符合“开闭原则”

缺点

  • 这种比继承更加灵活机动的特性,也同时意味着装饰模式比继承更加易于出错,排错也很困难,对于多次装饰的对象,调试时寻找错误可能需要逐级排查,较为烦琐。

补充:装饰模式与代理模式的区别

两者都是对类的方法进行扩展,但装饰器模式强调的是增强自身,在被装饰之后你能够在被增强的类上 使用增强后的功能。增强后你还是你,只不过能力更强了而已;而代理模式则强调要让别人帮你去做一 些本身与你业务没有太多关系的职责(记录日志、设置缓存)。代理模式是为了实现对象的控制,因为 被代理的对象往往难以直接获得或者是其内部不想暴露出来。

参考

  • https://www.jianshu.com/p/d2dfb70fd671
  • https://oldj.net/blog/2010/05/22/decorator-get-execution-time
  • https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F%20-%20%E8%A3%85%E9%A5%B0.md
  • https://blog.csdn.net/seaReal1/article/details/80252281
  • 《HEAD FIRST 设计模式》
  • 《剑指offer》

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