从原理到实践：装饰器模式如何在项目中落地详解(给原对象增加新的行为和功能)

装饰器模式---- 不修改原始对象，给原对象增加新的行为和功能。

2.1、概念

装饰器模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许动态地向对象添加额外的功能，而无需修改其原始代码。核心思想是可以动态地为对象添加额外的功能，而不需要修改对象本身的代码。这个模式中，我们通过创建一个装饰器类来包装某个具体的组件实现，并增加一些额外的功能。由于装饰器类与被装饰者实现了相同的接口，因此它可以替代被装饰者，并且可以在运行时动态地为被装饰者添加额外的功能。

装饰器模式的核心思想是基于组合的方式实现功能的扩展，它与继承相比，更加灵活和可扩展。通过使用装饰器模式，我们可以避免对原始对象进行修改，并能够动态地为对象添加新的功能，从而使得软件设计更加灵活和易于维护。

2.2、实现代码

下面是Java中装饰器模式的简单实现：

// 定义组件接口
public interface Component {void operation();
}// 具体组件实现类
public class ConcreteComponent implements Component {
@Override
public void operation() {System.out.println("执行具体组件操作");
}
}// 装饰器类
public class Decorator implements Component {private Component component; // 维持对被装饰者对象的引用public Decorator(Component component) {this.component = component;}@Overridepublic void operation() {component.operation(); // 调用被装饰者对象的方法}
}// 具体装饰器类A
public class ConcreteDecoratorA extends Decorator {public ConcreteDecoratorA(Component component) {super(component);}@Overridepublic void operation() {super.operation(); // 调用父类的方法System.out.println("为具体组件A增加额外功能");}
}// 具体装饰器类B
public class ConcreteDecoratorB extends Decorator {public ConcreteDecoratorB(Component component) {super(component);}@Overridepublic void operation() {super.operation(); // 调用父类的方法System.out.println("为具体组件B增加额外功能");}
}

在上面的示例中，我们首先定义了一个Component接口和一个ConcreteComponent实现类，后者提供了基础的功能。然后，我们定义了一个Decorator装饰器类，并在其中包装了一个Component类型的引用，该类实现了Component接口并提供了与被装饰者相同的行为。

接下来，我们又定义了两个具体装饰器类ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB，这两个类分别向原始的ConcreteComponent组件添加不同的额外功能。

最后，我们可以通过如下代码使用装饰器模式：

Component component = new ConcreteComponent();
Component decoratorA = new ConcreteDecoratorA(component);
Component decoratorB = new ConcreteDecoratorB(decoratorA);
decoratorB.operation();

在这个示例中，我们首先创建了一个ConcreteComponent实例，并将其作为参数传递给装饰器类ConcreteDecoratorA和ConcreteDecoratorB。最后，我们调用了decoratorB的operation方法，它会依次调用ConcreteDecoratorA、ConcreteDecoratorB和ConcreteComponent的operation方法，从而实现了多个功能的组合。通过装饰器模式，我们可以实现动态地向对象添加额外的功能，这样可以让代码更加灵活和可扩展。但是需要注意，如果装饰器过多或者过于复杂，可能会导致代码难以维护。

2.3、如何落地

2.3.1、拦截器中的实现

装饰器模式一般的使用场景：例如在运行时给原方法添加日志、缓存、权限控制、安全认证及监控等。

在Spring MVC项目中，装饰器模式通常用于实现拦截器（Interceptor）功能。拦截器是一种常见的AOP技术，它可以在处理请求之前或之后执行某些操作。

下面是一个简单的示例代码，演示了如何使用装饰器模式实现Spring MVC中的拦截器功能：

首先，定义一个接口HandlerInterceptor作为被装饰者，它包含三个方法：preHandle、postHandle和afterCompletion，这些方法分别对应请求处理前、请求处理后和请求完成后的操作。

public interface HandlerInterceptor {boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception;void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception;void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception;
}

然后，定义一个抽象类HandlerInterceptorDecorator作为装饰器类，它继承自HandlerInterceptor接口并添加了一个protected类型的成员变量decorated，该变量表示被装饰的对象。此外，该类还提供了一个构造函数，用于初始化成员变量。

public abstract class HandlerInterceptorDecorator implements HandlerInterceptor {protected HandlerInterceptor decorated;public HandlerInterceptorDecorator(HandlerInterceptor decorated) {this.decorated = decorated;}
}

接着，我们可以定义一些具体的装饰器类，例如SecurityInterceptor、LoggingInterceptor和PerformanceMonitorInterceptor，这些类都继承自HandlerInterceptorDecorator类，并重写了父类中的方法以提供额外的功能。

public class SecurityInterceptor extends HandlerInterceptorDecorator {public SecurityInterceptor(HandlerInterceptor decorated) {super(decorated);}@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {// 在请求处理前执行安全检查return super.preHandle(request, response, handler);}
}public class LoggingInterceptor extends HandlerInterceptorDecorator {public LoggingInterceptor(HandlerInterceptor decorated) {super(decorated);}@Overridepublic void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {// 在请求处理后记录日志super.postHandle(request, response, handler, modelAndView);}
}public class PerformanceMonitorInterceptor extends HandlerInterceptorDecorator {public PerformanceMonitorInterceptor(HandlerInterceptor decorated) {super(decorated);}@Overridepublic void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {// 在请求完成后记录性能统计信息super.afterCompletion(request, response, handler, ex);}
}

最后，在Spring MVC配置文件中，我们可以将多个拦截器按顺序组合起来，并将它们应用于特定的请求路径：

<mvc:interceptors><bean id="securityInterceptor" class="com.example.SecurityInterceptor"><constructor-arg ref="loggingInterceptor"/></bean><bean id="loggingInterceptor" class="com.example.LoggingInterceptor"><constructor-arg ref="performanceMonitorInterceptor"/></bean><bean id="performanceMonitorInterceptor" class="com.example.PerformanceMonitorInterceptor"><constructor-arg ref="defaultHandlerInterceptor"/></bean><bean id="defaultHandlerInterceptor" class="org.springframework.web.servlet.handler.HandlerInterceptorAdapter"/>
</mvc:interceptors>

在这个示例中，我们首先创建了多个装饰器类，例如SecurityInterceptor、LoggingInterceptor和PerformanceMonitorInterceptor，它们都继承自HandlerInterceptorDecorator并重写了父类中的方法以提供额外的功能。然后，我们通过Spring MVC配置文件将这些拦截器按顺序组合起来，并将它们应用于特定的请求路径。通过使用装饰器模式，我们可以实现动态地为对象添加新的功能，从而让代码更加灵活和可扩展。

2.3.2、InputStream中的实现

以下是InputStream、BufferedInputStream和DataInputStream的源代码分析，以展示它们是如何使用装饰器模式来扩展InputStream类的功能。

InputStream类

InputStream是一个抽象类，它提供了从输入源读取字节的方法。以下是InputStream类的源代码片段：

public abstract class InputStream implements Closeable {public abstract int read() throws IOException;public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {// ...}public long skip(long n) throws IOException {// ...}public int available() throws IOException {// ...}public void close() throws IOException {// ...}
}

FilterInputStream类

FilterInputStream类，它是所有装饰器类的基类，该类继承自InputStream类。以下是FilterInputStream类的源代码片段：

public  class FilterInputStream extends InputStream {protected volatile InputStream in;protected FilterInputStream(InputStream in) {this.in = in;}public int read() throws IOException;public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {// ...}public long skip(long n) throws IOException {// ...}public int available() throws IOException {// ...}public void close() throws IOException {// ...}
}

FilterInputStream类是InputStream的一个子类，并且实现了InputStream的所有方法。FilterInputStream类通过装饰器模式来扩展InputStream类的功能，可以在读取数据时对数据进行过滤、处理或包装。

FilterInputStream类的构造函数需要传入一个InputStream对象作为参数，这个InputStream对象是需要被装饰的底层输入流。FilterInputStream类添加了若干个字段和方法，用于扩展InputStream类的功能。

BufferedInputStream类

BufferedInputStream继承自FilterInputStream类，该类本身继承自InputStream类。以下是BufferedInputStream类的源代码片段：

public class BufferedInputStream extends FilterInputStream {protected volatile byte buf[];protected int count;protected int pos;protected int markpos = -1;protected int marklimit;public BufferedInputStream(InputStream in, int size) {super(in);if (size <= 0) {throw new IllegalArgumentException("Buffer size <= 0");}buf = new byte[size];}// ...public synchronized int read() throws IOException {// ...}public synchronized int read(byte[] b, int off, int len)throws IOException {// ...}// ...
}

可以看到，BufferedInputStream将底层的InputStream对象通过构造函数传递进来，并存储在FilterInputStream类中的in字段中。它添加了一个缓存区（buf）和一些额外的状态变量，以实现对数据的预先加载、减少I/O操作次数和提高读取效率的目的。BufferedInputStream的read()方法会先从缓存区中读取数据，如果缓存区为空，则从底层的InputStream对象中读取一定数量的字节并缓存起来。

DataInputStream类

DataInputStream也是一个装饰器模式的实现。以下是DataInputStream类的源代码片段：

public class DataInputStream extends FilterInputStream implements DataInput {// ...public final boolean readBoolean() throws IOException {// ...}public final byte readByte() throws IOException {// ...}public final short readShort() throws IOException {// ...}public final int readInt() throws IOException {// ...}public final long readLong() throws IOException {// ...}public final float readFloat() throws IOException {// ...}public final double readDouble() throws IOException {// ...}public final String readUTF() throws IOException {// ...}// ...
}

可以看到，DataInputStream继承自FilterInputStream类，并添加了额外的方法如readByte，用于将输入流中的数据解码成基本数据类型和字符串。它实现了DataInput接口，该接口定义了许多用于解析二进制数据的方法。DataInputStream的构造函数也需要将底层的InputStream对象传递进来，并存储在FilterInputStream类中的in字段中。

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