譯-設計模式-結構模式之Decorator

翻譯整理自：https://refactoring.guru/design-patterns/decorator

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目的

Decorator（裝飾器）是一個結構設計模式，可以讓你在封裝包涵對象原有行爲的基礎上增加新的行爲。

問題

你需要動態的添加或者移除一個對象的責任，但是你要做到和應用中其他代碼的兼容。

當你需要擴展一個類的行爲時繼承時第一個想到的處理方式。然而，繼承是靜態的。你不能夠增加一個新的類到程序中當它已經編譯或者執行完成。

解決辦法

裝飾器模式依賴一個叫做裝飾者（或者包裝者）的特別類。他們和被封裝的類擁有一樣的接口，所以客戶端代碼不會注意到你用封裝者替換了源對象。

所有的封裝者這都持有一個源對象實例的強引用。大多數包裝器使用傳入其構造函數的對象初始化該字段。

所以，該如何動態改變他的行爲呢？正如我提到的，封裝者何和目標對象擁有一樣的接口。當你調用裝飾者的方法時，他執行被封裝對象中同樣方法並且在返回的結果中添加一些東西。它也可以在原始方法之前調用，但這取決於業務邏輯。

這裏是有趣的一部分：你可以使用裝飾者封裝一個對象，然後再使用另外一個裝飾器封裝這個包裝結果，等等。最終的行爲結果是所有裝飾器和源對象組合得到的。

現實世界的類比

穿衣服就是使用裝飾者的例子。當你冷的時候，你用毛衣包裹自己。如果你還是冷，你可以在外邊套一個夾克。如果下雨了，你還可以再傳一件雨衣。

所有的服裝“擴展”自你基本的行爲，但不是你的一部分。因此，在你不需要他們的時候，可以輕鬆的移除它們。

結構

1. Component爲封裝者何被封裝者聲明瞭一個通用的接口。

2. Concrete Component是一個包涵基本行爲並可以被裝飾器修改的類。

3. Base Decorator包涵一個被封裝對象的強引用域。這個域應該被聲明爲Component類型，以便支持Concrete Components 和 Decorators.Base Decorator將所有操作委託給被封裝對象。

4. Concrete Decorators包涵可以被動態添加的額外行爲。裝飾器可以在調用被封裝對象方法前後執行自己的行爲。

僞代碼

在這個例子中，裝飾器通過加密保護金融數據，對已經存在的代碼來講是透明的。應用對金融數據做了加密和壓縮裝飾，當我們從硬盤讀取數據時返回的是普通的數據，但是當我們寫會到磁盤時數據被加密和壓縮。

裝飾者和金融類都有一個相同的接口，使得它們對客戶端來講是通用的。

// Common interface for all components.
interface DataSource is
    method writeData(data)
    method readData():data

// One of the concrete components can act as a base layer.
class FileDataSource implements DataSource is
    constructor FileDataSource(filename) { ... }

    method writeData(data) is
        Write data to file.

    method readData():data is
        Read data from file.

// All other concrete components may act as wrappers.
class DataSourceDecorator implements DataSource is
    protected field wrappee: DataSource

    constructor DataEncyptionDecorator(source: DataSource) is
        wrappee = source

    method writeData(data) is
        wrappee.writeData(data)

    method readData():data is
        return wrappee.readData()

// Concrete Decorators extend the functionality of a component they wrap.
class EncyptionDecorator extends DataSourceDecorator is
    method writeData(data) is
        Encrypt passed data.
        Pass the compressed data to wrappee's writeData() method.

    method readData():data is
        Get the data from wrappee's readData() method.
        Decrypt and return that data.

// You can wrap objects in several layers of decorators.
class CompressionDecorator extends DataSourceDecorator is
    method writeData(data) is
        Compress passed data
        Pass the compressed data to wrappee's writeData() method.

    method readData():data is
        Get the data from wrappee's readData() method.
        Uncompress and return that data.


// Option 1. A simple example of decorator assembly.
class Application is
    method dumbUsageExample() is
        source = new FileDataSource('somefile.dat')
        source.writeData(salaryRecords)
        // a file with plain data

        source = new CompressionDecorator(source)
        source.writeData(salaryRecords)
        // compressed file

        source = new EncyptionDecorator(source)
        source.writeData(salaryRecords)
        // compressed and encrypted file



// Option 2. Client code, which uses an external data source. SalaryManager
// neither knows not cares about data storage specifics. It receives already
// configured data source.
class SalaryManager is
    field source: DataSource

    constructor SalaryManager(source: DataSource) { ... }

    method load() is
        return source.readData()

    method save() is
        source.writeData(salaryRecords)
    // ...Other useful methods...


// Application can assemble objects with a different set of functionality using
// the same decorators at run time, depending on the configuration
// or environment.
class ApplicationConfigurator is
    method configurationExample() is
        source = new FileDataSource("salary.dat");
        if (enabledEncryption)
            source = new EncyptionDecorator(source)
        if (enabledCompression)
            source = new CompressionDecorator(source)

        logger = new SalaryLogger(source)
        salary = logger.load();
    // ...Rest of an application code.

適用性

• 當你需要動態賦予某個對象行爲並且不需要破壞這個對象的代碼。
  裝飾器模式允許給某個對象動態的賦予新的行爲，而且對客戶端代碼是隱式的。對象可以同時封裝多個wrapper（譯者注：就像同時穿了背心、襯衣和西裝），結果是所有封裝的堆疊結果。

• 當不可能活着不合適通過繼承來擴展對象的行爲。
  許多編程語言都有final關鍵字來阻止未來對一個類的擴展。當處理這些代碼，進行擴展的唯一選項就是適用裝飾器模式。

如何實現

1. 確保您的任務可以表示爲一個主要組件和幾個可選擴展。

2. 創建Component（組件）接口，它需要描述該組件所有可被擴展的方法。

3. 創建Concrete Component（具體組件）類並且實現業務邏輯。

4. 創建Base Decorator（基礎裝飾）類。創建一個域來保存被封裝對象的強引用。該域應該是Component類型，這樣強引用就可以持有組件類和裝飾器的強引用（譯者注：即變量聲明爲接口類型，這樣可以持有所有Component的所有子類）。

5. 確保所有子類實現了Component接口。

6. 確保Base Decorator類的所有方法都將方法執行委託給了被包裝對象。它將允許Concrete Decorators（具體裝飾器）僅擴展一部分組件行爲，並且不需要修改其他行爲。

7. 創建Concrete Decorators類，該類從Base Decorator擴展。

8. 一個Concrete Decorator可以在調用被封裝對象相同方法前後執行它自己的的行爲（你可以僅僅只調用弗雷德方法，因爲它將最終調用封裝方法）。

9. Client代碼必須負責配置包裝層。Client應該通過Component的接口和其他類一起工作，使裝飾器可以互換。

不必完全拘泥於以上步驟，一些情況下譯者認爲完全可以省略掉Base Decorator。

優缺點

• 優點

  1. 比繼承靈活
  2. 允許在運行時添加和刪除行爲
  3. 通過使用多層封住，組合幾個額外的行爲。
  4. 可以組合多個單行爲實現使其實現更加複雜的行爲。

• 缺點

  1. 配置一個多封裝對象是困難的。
  2. 導致很多小類。

和其他模式的關係

• Adapter提供不同的接口來達到目的。Proxy提供相同的接口。Decorator提供增強的接口。

• Adapter意味着改變一個存在對象的接口。Decorator在不改變原有接口的情況下增強另外一個對象。Decorator對應用來講比Adapter更加透明。因此，Decorator支持遞歸組合，這對於純Adapter是不可能的。

• Chain of Responsibility（責任鏈）和Decorator具有非常普通的類機構。它們都依賴於一系列對象的遞歸組合來執行。但是它們也有幾個關鍵的不同點。

  Chain of Responsibility的處理者可以執行隨意的行爲操作，處理者之間相互獨立。它們可以隨意的終端下一步的調用。另一方面，各種Decorator擴展一個特別的行爲並且假設保持接口一致。並且，Decorator不允許隨意中斷執行鏈。

• Composite和Decorator擁有類似的結構圖，因爲它們都依賴遞歸組合來組織一個對象開閉的數量。
  裝飾器可以看作只有一個組件的退化組合。然而，Decorator向對象增加了額外的責任，而Composite只是對其子類執行相同的行爲的“summs up”。

  但是它們也可以協作：Composite可以使用Decorator來改變樹組件的行爲。

• 大量使用Composite和Decorator模式的設計通常可以從Prototype中受益。它允許克隆複雜的結構，而不是從頭重新構建它們。

• 裝飾器可以讓您更改對象的皮膚。策略讓你改變勇氣。

• Decorator和Proxy有相似的結構，但是目的不同。兩種模式都建立在將工作委託給其他對象的組合原則上。然而，Proxy自己管理他持有服務對象的生命週期，而Decorator結構由客戶端控制。

Java中模式的使用

用例：Decorator在Java中是十分標準的，尤其是和流相關的代碼。

這有幾個Java核心庫中使用Decorator的例子：

• java.io.InputStream，OutputStream，Reader和Writer的所有子類都有接受它們自己類型的構造方法。

• java.util.Collections，方法checkedXXX()，synchronizedXXX()和unmodifiableXXX()。

• javax.servlet.http.HttpServletRequestWrapper和HttpServletResponseWrapper。

鑑定：可以通過創建方法或構造函數來識別Decorator，它接受與當前類相同的類或接口的對象。