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;
}
@Override
public 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);
}
@Override
public 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);
}
@Override
public 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);
}
@Override
public 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);
}
@Override
public 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);
}
@Override
public 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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