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  • 装饰者模式

    装饰者模式

    标签 : 设计模式


    什么是装饰者模式

    动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说,装饰者模式比生成子类更为灵活。

    体会装饰者模式

    image_1chieqtsf1gg71c1kqh7tpr1g7r9.png-78.4kB

    1. Component:组件对象的接口,可以被动态地添加职责。
    2. ConcreteComponent:具体的组件对象,被装饰器装饰的原始对象。
    3. Decorator:所有装饰器的抽象父类,是一个与组件接口一致的接口(实现了组件接口),并持有一个Component对象,其实就是持有一个被装饰的对象。注意这个被装饰的对象不一定是最原始的那个对象了,也可能是被其他装饰器装饰过后的对象,反正都是实现的同一个接口,也就是同一类型。
    4. ConcreteDecorator:实际的装饰器对象,实现具体要向被装饰对象添加的功能。
    /**
     * 组件对象的接口,可以给这些对象动态的添加职责
     */
    public abstract class Component {
    	/**
    	 * 示例方法
    	 */
    	public abstract void operation();
    }
    
    
    ----------
    
    
    /**
     * 具体实现组件对象接口的对象
     */
    public class ConcreteComponent extends Component {
    
    	public void operation() {
    		//相应的功能处理
    	}
    
    }
    
    
    ----------
    
    
    /**
     * 装饰器接口,维持一个指向组件对象的接口对象,
     * 并定义一个与组件接口一致的接口
     */
    public abstract class Decorator extends Component {
    	/**
    	 * 持有组件对象
    	 */
    	protected Component component;
    
    	/**
    	 * 构造方法,传入组件对象
    	 * @param component 组件对象
    	 */
    	public Decorator(Component component) {
    		this.component = component;
    	}
    
    	public void operation() {
    		//转发请求给组件对象,可以在转发前后执行一些附加动作
    		component.operation();
    	}
    
    }
    
    
    ----------
    
    
    /**
     * 装饰器的具体实现对象,向组件对象添加职责
     */
    public class ConcreteDecoratorA extends Decorator {
    	public ConcreteDecoratorA(Component component) {
    		super(component);
    	}
    	/**
    	 * 添加的状态
    	 */
    	private String addedState;
    	
    	public String getAddedState() {
    		return addedState;
    	}
    
    	public void setAddedState(String addedState) {
    		this.addedState = addedState;
    	}
    
    	public void operation() {
    		//调用父类的方法,可以在调用前后执行一些附加动作
    		//在这里进行处理的时候,可以使用添加的状态
    		super.operation();
    	}
    }
    
    
    ----------
    
    
    /**
     * 装饰器的具体实现对象,向组件对象添加职责
     */
    public class ConcreteDecoratorB extends Decorator {
    	public ConcreteDecoratorB(Component component) {
    		super(component);
    	}
    	/**
    	 * 需要添加的职责
    	 */
    	private void addedBehavior() {
    		//需要添加的职责实现
    	}
    	public void operation() {
    		//调用父类的方法,可以在调用前后执行一些附加动作
    		super.operation();
    		addedBehavior();
    	}
    }
    

    例子:复杂的奖金计算

    奖金计算是非常复杂的,除了业务功能复杂外,另外一个麻烦之处是计算方式还经常需要变动,因为业务部门经常通过调整奖金的计算方式来激励士气。

    奖金计算方式的复杂性:

    • 首先是奖金分类:对于个人,大致有个人当月业务奖金、个人累计奖金、个人业务增长奖金、及时回款奖金、限时成交加码奖金等等;
    • 对于业务主管或者是业务经理,除了个人奖金外,还有:团队累计奖金、团队业务增长奖金、团队盈利奖金等等。
    • 其次是计算奖金的金额,又有这么几个基数:销售额、销售毛利、实际回款、业务成本、奖金基数等等;
    • 另外一个就是计算的公式,针对不同的人、不同的奖金类别、不同的计算奖金的金额,计算的公式是不同的,就算是同一个公式,里面计算的比例参数也有可能是不同的。

    为了方便演示学习设计模式我们简化计算体系:

    1. 每个人当月业务奖金 = 当月销售额 * 3%
    2. 每个人累计奖金 = 总的汇款额 * 0.1%
    3. 团队奖金 = 团队总销售额 * 1%

    不使用模式的解决方案

    /**
     * 在内存中模拟数据库,准备点测试数据,好计算奖金
     */
    public class TempDB {
    	private TempDB(){}
    	/**
    	 * 记录每个人的月度销售额,只用了人员,月份没有用
    	 */
    	public static Map<String,Double> mapMonthSaleMoney = new HashMap<String,Double>();
    	
    	static{
    		//填充测试数据
    		mapMonthSaleMoney.put("张三",10000.0);
    		mapMonthSaleMoney.put("李四",20000.0);
    		mapMonthSaleMoney.put("王五",30000.0);
    	}
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 计算奖金的对象
     */
    public class Prize {
    	/**
    	 * 计算某人在某段时间内的奖金,有些参数在演示中并不会使用,
    	 * 但是在实际业务实现上是会用的,为了表示这是个具体的业务方法,
    	 * 因此这些参数被保留了
    	 * @param user 被计算奖金的人员
    	 * @param begin 计算奖金的开始时间
    	 * @param end 计算奖金的结束时间
    	 * @return 某人在某段时间内的奖金
    	 */
    	public  double calcPrize(String user,Date begin,Date end){
    		double prize = 0.0;
    		
    		//计算当月业务奖金,所有人都会计算
    		prize = this.monthPrize(user, begin, end);
    		//计算累计奖金
    		prize += this.sumPrize(user, begin, end);
    		
    		//需要判断该人员是普通人员还是业务经理,团队奖金只有业务经理才有
    		if(this.isManager(user)){
    			prize += this.groupPrize(user, begin, end);
    		}
    		
    		return prize;
    	}
    	/**
    	 * 计算某人的当月业务奖金,参数重复,就不再注释了
    	 */
    	private double monthPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//计算当月业务奖金,按照人员去获取当月的业务额,然后再乘以3%
    		double prize = TempDB.mapMonthSaleMoney.get(user) * 0.03;
    		System.out.println(user+"当月业务奖金"+prize);
    		return prize;
    	}
    	/**
    	 * 计算某人的累计奖金,参数重复,就不再注释了
    	 */
    	public double sumPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//计算累计奖金,其实这里应该按照人员去获取累计的业务额,然后再乘以0.1%
    		//简单演示一下,假定大家的累计业务额都是1000000元
    		double prize = 1000000 * 0.001;
    		System.out.println(user+"累计奖金"+prize);
    		return prize;
    	}	
    	/**
    	 * 判断人员是普通人员还是业务经理
    	 * @param user 被判断的人员
    	 * @return true表示是业务经理,false表示是普通人员
    	 */
    	private boolean isManager(String user){
    		//应该从数据库中获取人员对应的职务
    		//为了演示,简单点判断,只有王五是经理
    		if("王五".equals(user)){
    			return true;			
    		}
    		return false;
    	}
    	/**
    	 * 计算当月团队业务奖金
    	 */
    	public double groupPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//计算当月团队业务奖金,先计算出团队总的业务额,然后再乘以1%,假设都是一个团队的
    		double group = 0.0;
    		for(double d : TempDB.mapMonthSaleMoney.values()){
    			group += d;
    		}
    		double prize = group * 0.01;
    		System.out.println(user+"当月团队业务奖金"+prize);
    		return prize;
    	}
    }
    
    
    ----------
    public class Client {
    	public static void main(String[] args) {
    		//先创建计算奖金的对象
    		Prize p = new Prize();
    		
    		//日期对象都没有用上,所以传null就可以了
    		double zs = p.calcPrize("张三",null,null);		
    		System.out.println("==========张三应得奖金:"+zs);
    		double ls = p.calcPrize("李四",null,null);
    		System.out.println("==========李四应得奖金:"+ls);		
    		double ww = p.calcPrize("王五",null,null);
    		System.out.println("==========王经理应得奖金:"+ww);
    	}
    }
    
    

    不使用模式解决方案存在的问题

    这些奖金的计算方式经常发生变动,每季度,每年都会进行调整修改,要求能很快进行相应的调整和修改,否则不能满足实际的业务的需求。

    比如:现根据业务需要,要增加一个环比增长奖金,就是本月销售额比上个月有增加的,而且达到一定的比例,奖金越高。那么软件必须要重新实现这个功能并正确添加到系统中区。鼓了两个月不需要这个功能了或者另外换了一种新的计算方式,还要把这个功能从软件中去掉,然后功能。

    还有一个问题,就是在运行期间,不同的人员参与的奖金计算方式也是不同的,业务经理不仅参与个人计算部分外,还要参与团队奖金的计算,这就意味着需要在运行期间动态来组合需要计算的部分,会有一堆的if-else

    使用模式解决的方案

    image_1chii4m2e1mmqccp1a32cu1ca19.png-25.3kB

    /**
     * 计算奖金的组件接口
     */
    public abstract class Component {
    	/**
    	 * 计算某人在某段时间内的奖金,有些参数在演示中并不会使用,
    	 * 但是在实际业务实现上是会用的,为了表示这是个具体的业务方法,
    	 * 因此这些参数被保留了
    	 * @param user 被计算奖金的人员
    	 * @param begin 计算奖金的开始时间
    	 * @param end 计算奖金的结束时间
    	 * @return 某人在某段时间内的奖金
    	 */
    	public abstract double calcPrize(String user,Date begin,Date end);
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 基本的实现计算奖金的类,也是被装饰器装饰的对象
     */
    public class ConcreteComponent extends Component{
    	
    	public double calcPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//只是一个默认的实现,默认没有奖金
    		return 0;
    	}
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 装饰器的接口,需要跟被装饰的对象实现同样的接口
     */
    public abstract class Decorator extends Component{
    	/**
    	 * 持有被装饰的组件对象
    	 */
    	protected Component c;
    	/**
    	 * 通过构造方法传入被装饰的对象
    	 * @param c被装饰的对象
    	 */
    	public Decorator(Component c){
    		this.c = c;
    	}
    
    	public double calcPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//转调组件对象的方法
    		return c.calcPrize(user, begin, end);
    	}
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 装饰器对象,计算累计奖金
     */
    public class SumPrizeDecorator extends Decorator{
    	public SumPrizeDecorator(Component c){
    		super(c);
    	}
    	
    	public double calcPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//1:先获取前面运算出来的奖金
    		double money = super.calcPrize(user, begin, end);
    		//2:然后计算累计奖金,其实这里应该按照人员去获取累计的业务额,然后再乘以0.1%
    		//简单演示一下,假定大家的累计业务额都是1000000元
    		double prize = 1000000 * 0.001;
    		System.out.println(user+"累计奖金"+prize);
    		return money + prize;
    	}
    
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 装饰器对象,计算当月业务奖金
     */
    public class MonthPrizeDecorator extends Decorator{
    	public MonthPrizeDecorator(Component c){
    		super(c);
    	}
    	
    	public double calcPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//1:先获取前面运算出来的奖金
    		double money = super.calcPrize(user, begin, end);
    		//2:然后计算当月业务奖金,按照人员和时间去获取当月的业务额,然后再乘以3%
    		double prize = TempDB.mapMonthSaleMoney.get(user) * 0.03;
    		System.out.println(user+"当月业务奖金"+prize);
    		return money + prize;
    	}
    
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 装饰器对象,计算当月团队业务奖金
     */
    public class GroupPrizeDecorator extends Decorator{
    	public GroupPrizeDecorator(Component c){
    		super(c);
    	}
    	
    	public double calcPrize(String user, Date begin, Date end) {
    		//1:先获取前面运算出来的奖金
    		double money = super.calcPrize(user, begin, end);
    		//2:然后计算当月团队业务奖金,先计算出团队总的业务额,然后再乘以1%
    		//假设都是一个团队的
    		double group = 0.0;
    		for(double d : TempDB.mapMonthSaleMoney.values()){
    			group += d;
    		}
    		double prize = group * 0.01;
    		System.out.println(user+"当月团队业务奖金"+prize);
    		return money + prize;
    	}
    
    }
    
    
    ----------
    /**
     * 使用装饰模式的客户端
     */
    public class Client {
    	public static void main(String[] args) {
    		//先创建计算基本奖金的类,这也是被装饰的对象
    		Component c1 = new ConcreteComponent();
    		
    		//然后对计算的基本奖金进行装饰,这里要组合各个装饰
    		//说明,各个装饰者之间最好是不要有先后顺序的限制,也就是先装饰谁和后装饰谁都应该是一样的
    		
    		//先组合普通业务人员的奖金计算
    		Decorator d1 = new MonthPrizeDecorator(c1);
    		Decorator d2 = new SumPrizeDecorator(d1);	
    		
    		//注意:这里只需要使用最后组合好的对象调用业务方法即可,会依次调用回去
    		//日期对象都没有用上,所以传null就可以了
    		double zs = d2.calcPrize("张三",null,null);		
    		System.out.println("==========张三应得奖金:"+zs);
    		double ls = d2.calcPrize("李四",null,null);
    		System.out.println("==========李四应得奖金:"+ls);
    		
    		//如果是业务经理,还需要一个计算团队的奖金计算
    		Decorator d3 = new GroupPrizeDecorator(d2);
    		double ww = d3.calcPrize("王五",null,null);
    		System.out.println("==========王经理应得奖金:"+ww);
    		
    	}
    }
    
    

    image_1chii85j21b8e19235j61c84t2em.png-25.1kB

    理解装饰者模式

    (1)模式功能
    装饰模式能够实现动态的为对象添加功能,是从一个对象外部来给对象增加功能,相当于是改变了对象的外观。当装饰过后,从外部使用系统的角度看,就不再是使用原始的那个对象了,而是使用被一系列的装饰器装饰过后的对象。

    这样就能够灵活的改变一个对象的功能,只要动态组合的装饰器发生了改变,那么最终所得到的对象的功能也就发生了改变。

    变相的还得到了另外一个好处,那就是装饰器功能的复用,可以给一个对象多次增加同一个装饰器,也可以用同一个装饰器装饰不同的对象。

    (2)对象组合
    前面已经讲到了,一个类的功能的扩展方式,可以是继承,也可以是功能更强大、更灵活的对象组合的方式。

    (3)装饰器
    装饰器实现了对被装饰对象的某些装饰功能,可以在装饰器里面调用被装饰对象的功能,获取相应的值,这其实是一种递归调用。

    在装饰器里不仅仅是可以给被装饰对象增加功能,还可以根据需要选择是否调用被装饰对象的功能,如果不调用被装饰对象的功能,那就变成完全重新实现了,相当于动态修改了被装饰对象的功能。

    另外一点,各个装饰器之间最好是完全独立的功能,不要有依赖,这样在进行装饰组合的时候,才没有先后顺序的限制,也就是先装饰谁和后装饰谁都应该是一样的,否则会大大降低装饰器组合的灵活性。

    (4)装饰器和组件类的关系
    装饰器是用来装饰组件的,装饰器一定要实现和组件类一致的接口,保证它们是同一个类型,并具有同一个外观,这样组合完成的装饰才能够递归的调用下去。

    组件类是不知道装饰器的存在的,装饰器给组件添加功能是一种透明的包装,组件类毫不知情。需要改变的是外部使用组件类的地方,现在需要使用包装后的类,接口是一样的,但是具体的实现类发生了改变。

    (5)退化形式
    如果仅仅只是想要添加一个功能,就没有必要再设计装饰器的抽象类了,直接在装饰器里面实现跟组件一样的接口,然后实现相应的装饰功能就可以了。但是建议最好还是设计上装饰器的抽象类,这样有利于程序的扩展。

    Java中装饰模式的应用——I/O流

    装饰模式在Java中最典型的应用,就是I/O流,简单回忆一下,如果使用流式操作读取文件内容,会怎么实现呢,简单的代码示例如下:

    public class IOTest {
        public static void main(String[] args)throws Exception  {
           //流式读取文件
           DataInputStream din = null;
           try{
               din = new DataInputStream(
                  new BufferedInputStream(
                         new FileInputStream("IOTest.txt")
                  )
               );
               //然后就可以获取文件内容了
               byte bs []= new byte[din.available()];
               din.read(bs);
               String content = new String(bs);
               System.out.println("文件内容===="+content);
           }finally{
               din.close();
           }     
        }
    }
    

    仔细观察上面的代码,会发现最里层是一个FileInputStream对象,然后把它传递给一个BufferedInputStream对象,经过BufferedInputStream处理过后,再把处理过后的对象传递给了DataInputStream对象进行处理,这个过程其实就是装饰器的组装过程,FileInputStream对象相当于原始的被装饰的对象,而BufferedInputStream对象和DataInputStream对象则相当于装饰器。

    Java的I/O对象层次图
    image_1chij4g4e13uq3nriuf91q4b1g.png-31.2kB

    查看上图会发现,它的结构和装饰模式的结构几乎是一样的:

    • InputStream就相当于装饰模式中的Component。
    • 其实FileInputStream、ObjectInputStream、StringBufferInputStream这几个对象是直接继承了InputSream,还有几个直接继承InputStream的对象,比如:ByteArrayInputStream、PipedInputStream等。这些对象相当于装饰模式中的ConcreteComponent,是可以被装饰器装饰的对象。
    • FilterInputStream就相当于装饰模式中的Decorator,而它的子类DataInputStream、BufferedInputStream、LineNumberInputStream和PushbackInputStream就相当于装饰模式中的ConcreteDecorator了。另外FilterInputStream和它的子类对象的构造器,都是传入组件InputStream类型,这样就完全符合前面讲述的装饰器的结构了。
      同样的,输出流部分也类似。

    既然I/O流部分是采用装饰模式实现的,也就是说,如果我们想要添加新的功能的话,只需要实现新的装饰器,然后在使用的时候,组合进去就可以了,也就是说,我们可以自定义一个装饰器,然后和JDK中已有的流的装饰器一起使用。能行吗?试试看吧,前面是按照输入流来讲述的,下面的示例按照输出流来做,顺便体会一下Java的输入流和输出流在结构上的相似性。

    自己实现的I/O流的装饰器——第一版

    来个功能简单点的,实现把英文加密存放吧,也谈不上什么加密算法,就是把英文字母向后移动两个位置,比如:a变成c,b变成d,以此类推,最后的y变成a,z就变成b,而且为了简单,只处理小写的,够简单的吧。

    /**
     * 实现简单的加密
     */
    public class EncryptOutputStream  extends OutputStream{
    	//持有被装饰的对象
    	private OutputStream os = null;
    	public EncryptOutputStream(OutputStream os){
    		this.os = os;
    	}
    	public void write(int a) throws IOException {
    		//先统一向后移动两位
    		a = a+2;
    		//97是小写的a的码值
    		if(a >= (97+26)){
    			//如果大于,表示已经是y或者z了,减去26就回到a或者b了
    			a = a-26;
    		}
    		this.os.write(a);
    	}
    }
    
    
    ----------
    public class Client {
    	public static void main(String[] args) throws Exception {
    		//流式输出文件
    		DataOutputStream dout = new DataOutputStream(
    				new BufferedOutputStream(
    				new EncryptOutputStream(
    						new FileOutputStream("MyEncrypt.txt"))));
    		//然后就可以输出内容了
    		dout.write("abcdxyz".getBytes());
    		dout.close();
    	}
    }
    
    

    很好,是不是被加密了,虽然是明文的,但已经不是最初存放的内容了,一切显得非常的完美。

    再试试看,不是说装饰器可以随意组合吗,换一个组合方式看看,比如把BufferedOutputStream和我们自己的装饰器在组合的时候换个位,示例如下:

    public class Client {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
           //流式输出文件
           DataOutputStream dout = new DataOutputStream(
               new EncryptOutputStream (
                  new BufferedOutputStream(
                      new FileOutputStream("MyEncrypt.txt"))));
           dout.write("abcdxyz".getBytes());
           dout.close();
        }
    }
    

    再次运行,看看结果。坏了,出大问题了,这个时候输出的文件一片空白,什么都没有。这是哪里出了问题呢?

    要把这个问题搞清楚,就需要把上面I/O流的内部运行和基本实现搞明白,分开来看看具体的运行过程吧。

    (1)先看看成功输出流中的内容的写法的运行过程:
    当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候,会调用DataOutputStream的write方法,把数据输出到BufferedOutputStream中;由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流,它默认缓存8192byte,也就是默认流中的缓存数据到了8192byte,它才会自动输出缓存中的数据;而目前要输出的字节肯定不到8192byte,因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了,而不会被自动输出。当执行到“dout.close();”这句话的时候:会调用关闭DataOutputStream流,这会转调到传入DataOutputStream中的流的close方法,也就是BufferedOutputStream的close方法,而BufferedOutputStream的close方法继承自FilterOutputStream,在FilterOutputStream的close方法实现里面,会先调用输出流的方法flush,然后关闭流。也就是此时BufferedOutputStream流中缓存的数据会被强制输出;BufferedOutputStream流中缓存的数据被强制输出到EncryptOutputStream流,也就是我们自己实现的流,没有缓存,经过处理后继续输出;EncryptOutputStream流会把数据输出到FileOutputStream中,FileOutputStream会直接把数据输出到文件中,因此,这种实现方式会输出文件的内容。

    (2)再来看看不能输出流中的内容的写法的运行过程:
    当执行到“dout.write("abcdxyz".getBytes());”这句话的时候,会调用DataOutputStream的write方法,把数据输出到EncryptOutputStream中;EncryptOutputStream流,也就是我们自己实现的流,没有缓存,经过处理后继续输出,把数据输出到BufferedOutputStream中;由于BufferedOutputStream流是一个带缓存的流,它默认缓存8192byte,也就是默认流中的缓存数据到了8192byte,它才会自动输出缓存中的数据;而目前要输出的字节肯定不到8192byte,因此数据就被缓存在BufferedOutputStream流中了,而不会被自动输出当执行到“dout.close();”这句话的时候:会调用关闭DataOutputStream流,这会转调到传入DataOutputStream流中的流的close方法,也就是EncryptOutputStream的close方法,而EncryptOutputStream的close方法继承自OutputStream,在OutputStream的close方法实现里面,是个空方法,什么都没有做。因此,这种实现方式没有flush流的数据,也就不会输出文件的内容,自然是一片空白了。

    3:自己实现的I/O流的装饰器——第二版
    要让我们写的装饰器跟其它Java中的装饰器一样用,最合理的方案就应该是:让我们的装饰器继承装饰器的父类,也就是FilterOutputStream类,然后使用父类提供的功能来协助完成想要装饰的功能。示例代码如下:

    public class EncryptOutputStream2  extends FilterOutputStream{
        private OutputStream os = null;
        public EncryptOutputStream2(OutputStream os){
           //调用父类的构造方法
           super(os);
        }
        public void write(int a) throws IOException {
           //先统一向后移动两位
           a = a+2;
           //97是小写的a的码值
           if(a >= (97+26)){
               //如果大于,表示已经是y或者z了,减去26就回到a或者b了
               a = a-26;
           }
           //调用父类的方法
           super.write(a);
        }
    }
    

    再测试看看,是不是跟其它的装饰器一样,可以随便换位了呢?

    装饰模式和AOP

    装饰模式和AOP在思想上有共同之处。可能有些朋友还不太了解AOP,下面先简单介绍一下AOP的基础知识。

    1:什么是AOP——面向切面编程
    AOP是一种编程范式,提供从另一个角度来考虑程序结构以完善面向对象编程(OOP)。

    在面向对象开发中,考虑系统的角度通常是纵向的,比如我们经常画出的如下的系统架构图,默认都是从上到下,上层依赖于下层,如图所示:
    image_1chilhju41lpj1ntmpem10s017831t.png-41.6kB

    而在每个模块内部呢?就拿大家都熟悉的三层架构来说,也是从上到下来考虑的,通常是表现层调用逻辑层,逻辑层调用数据层
    image_1chiljl4icmo4sk1rsk1db7194o2a.png-6.9kB

    慢慢的,越来越多的人发现,在各个模块之中,存在一些共性的功能,比如日志管理、事务管理等等.
    image_1chill0oamql1703emn10ts4no2n.png-28.6kB

    这个时候,在思考这些共性功能的时候,是从横向在思考问题,与通常面向对象的纵向思考角度不同,很明显,需要有新的解决方案,这个时候AOP站出来了。

    AOP为开发者提供了一种描述横切关注点的机制,并能够自动将横切关注点织入到面向对象的软件系统中,从而实现了横切关注点的模块化。

    AOP能够将那些与业务无关,却为业务模块所共同调用的逻辑或责任,例如事务处理、日志管理、权限控制等,封装起来,便于减少系统的重复代码,降低模块间的耦合度,并有利于未来的可操作性和可维护性。

    AOP之所以强大,就是因为它能够自动把横切关注点的功能模块,自动织入回到软件系统中,这是什么意思呢?

    先看看没有AOP,在常规的面向对象系统中,对这种共性的功能如何处理,大都是把这些功能提炼出来,然后在需要用到的地方进行调用,只画调用通用日志的公共模块,其它的类似,就不去画了.
    image_1chilm6oc3qqipruci10us1sfp34.png-28.4kB

    看清楚,是从应用模块中主动去调用公共模块,也就是应用模块要很清楚公共模块的功能,还有具体的调用方法才行,应用模块是依赖于公共模块的,是耦合的,这样一来,要想修改公共模块就会很困难了,牵一而发百。
    看看有了AOP会怎样,还是画个图来说明.
    image_1chilnc6h11tcl967t7mpe4773h.png-25.5kB

    乍一看,跟上面不用AOP没有什么区别嘛,真的吗?看得仔细点,有一个非常非常大的改变,就是所有的箭头方向反过来了,原来是应用系统主动去调用各个公共模块的,现在变成了各个公共模块主动织入回到应用系统。

    不要小看这一点变化,这样一来应用系统就不需要知道公共功能模块,也就是应用系统和公共功能解耦了。公共功能会在合适的时候,由外部织入回到应用系统中,至于谁来实现这样的功能,以及如何实现不再我们的讨论之列,我们更关注这个思想。

    如果按照装饰模式来对比上述过程,业务功能对象就可以被看作是被装饰的对象,而各个公共的模块就好比是装饰器,可以透明的来给业务功能对象增加功能。

    所以从某个侧面来说,装饰模式和AOP要实现的功能是类似的,只不过AOP的实现方法不同,会更加灵活,更加可配置;另外AOP一个更重要的变化是思想上的变化——“主从换位”,让原本主动调用的功能模块变成了被动等待,甚至毫不知情的情况下被织入了很多新的功能。

    2:使用装饰模式做出类似AOP的效果

    下面来演示一下使用装饰模式,把一些公共的功能,比如权限控制,日志记录,透明的添加回到业务功能模块中去,做出类似AOP的效果。

    (1)首先定义业务接口

    这个接口相当于装饰模式的Component。注意这里使用的是接口,而不像前面一样使用的是抽象类,虽然使用抽象类的方式来定义组件是装饰模式的标准实现方式,但是如果不需要为子类提供公共的功能的话,也是可以实现成接口的,这点要先说明一下,免得有些朋友会认为这就不是装饰模式了,示例代码如下:

    /**
    * 商品销售管理的业务接口
    */
    public interface GoodsSaleEbi {
        /**
         * 保存销售信息,本来销售数据应该是多条,太麻烦了,为了演示,简单点
         * @param user 操作人员
         * @param customer 客户
         * @param saleModel 销售数据
         * @return 是否保存成功
         */
        public boolean sale(String user,String customer,
    SaleModel saleModel);
    }
    
    顺便把封装业务数据的对象也定义出来,很简单,示例代码如下:
    /**
    * 封装销售单的数据,简单的示意一些
    */
    public class SaleModel {
        /**
    * 销售的商品
    */
        private String goods;
        /**
    * 销售的数量
    */
        private int saleNum;
        public String getGoods() { 
    return goods;
    }
        public void setGoods(String goods) {
    this.goods = goods; 
    }
        public int getSaleNum() {
           return saleNum;
        }
        public void setSaleNum(int saleNum) {
           this.saleNum = saleNum;
        }
        public String toString(){
           return "商品名称="+goods+",购买数量="+saleNum;
        }
    }
    (2)定义基本的业务实现对象,示例代码如下:
    public class GoodsSaleEbo implements GoodsSaleEbi{
        public boolean sale(String user,String customer,
    SaleModel saleModel) {
           System.out.println(user+"保存了"
    +customer+"购买 "+saleModel+" 的销售数据");
           return true;
        }
    }
    (3)接下来该来实现公共功能了,把这些公共功能实现成为装饰器,那么需要给它们定义一个抽象的父类,示例如下:
    /**
    * 装饰器的接口,需要跟被装饰的对象实现同样的接口
    */
    public abstract class Decorator implements GoodsSaleEbi{
        /**
    * 持有被装饰的组件对象
    */
        protected GoodsSaleEbi ebi;
        /**
         * 通过构造方法传入被装饰的对象
         * @param ebi被装饰的对象
         */
        public Decorator(GoodsSaleEbi ebi){
           this.ebi = ebi;
        }
    }
    (4)实现权限控制的装饰器
    先检查是否有运行的权限,如果有就继续调用,如果没有,就不递归调用了,而是输出没有权限的提示,示例代码如下:
    /**
     * 实现权限控制
     */
    public class CheckDecorator extends Decorator{
        public CheckDecorator(GoodsSaleEbi ebi){
           super(ebi);
        }
        public boolean sale(String user,String customer
    , SaleModel saleModel) {
           //简单点,只让张三执行这个功能
           if(!"张三".equals(user)){
               System.out.println("对不起"+user
    +",你没有保存销售单的权限");
               //就不再调用被装饰对象的功能了
               return false;
           }else{
               return this.ebi.sale(user, customer, saleModel);
            }      
        }
    }
    (5)实现日志记录的装饰器,就是在功能执行完成后记录日志即可,示例代码如下:
    /**
    * 实现日志记录
    */
    public class LogDecorator extends Decorator{
        public LogDecorator(GoodsSaleEbi ebi){
           super(ebi);
        }
        public boolean sale(String user,String customer,
    SaleModel saleModel) {
           //执行业务功能
           boolean f = this.ebi.sale(user, customer, saleModel);
           //在执行业务功能过后,记录日志
           DateFormat df =
    new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss SSS");
           System.out.println("日志记录:"+user+"于"+
    df.format(new Date())+"时保存了一条销售记录,客户是"
    +customer+",购买记录是"+saleModel);
           return f;
        }
    }
    

    (6)组合使用这些装饰器

    在组合的时候,权限控制应该是最先被执行的,所以把它组合在最外面,日志记录的装饰器会先调用原始的业务对象,所以把日志记录的装饰器组合在中间。

    前面讲过,装饰器之间最好不要有顺序限制,但是在实际应用中,要根据具体的功能要求来,有需要的时候,也可以有顺序的限制,但应该尽量避免这种情况。

    此时客户端测试代码示例如下:

    public class Client {
        public static void main(String[] args) {
           //得到业务接口,组合装饰器
           GoodsSaleEbi ebi = new CheckDecorator(
    new LogDecorator(
    new GoodsSaleEbo()));
           //准备测试数据
           SaleModel saleModel = new SaleModel();
           saleModel.setGoods("Moto手机");
           saleModel.setSaleNum(2);
           //调用业务功能
           ebi.sale("张三","张三丰", saleModel);
           ebi.sale("李四","张三丰", saleModel);
        }
    }
    

    运行结果如下:

    张三保存了张三丰购买 商品名称=Moto手机,购买数量=2 的销售数据
    日志记录:张三于2010-02-12 16:38:56 730时保存了一条销售记录,客户是张三丰,购买记录是商品名称=Moto手机,购买数量=2
    对不起李四,你没有保存销售单的权限
    

    好好体会一下,是不是也在没有惊动原始业务对象的情况下,给它织入了新的功能呢?也就是说是在原始业务不知情的情况下,给原始业务对象透明的增加了新功能,从而模拟实现了AOP的功能。

    事实上,这种做法,完全可以应用在项目开发上,在后期为项目的业务对象添加数据检查、权限控制、日志记录等功能,就不需要在业务对象上去处理这些功能了,业务对象可以更专注于具体业务的处理。

    装饰模式的优缺点

    • 比继承更灵活
      从为对象添加功能的角度来看,装饰模式比继承来得更灵活。继承是静态的,而且一旦继承是所有子类都有一样的功能。而装饰模式采用把功能分离到每个装饰器当中,然后通过对象组合的方式,在运行时动态的组合功能,每个被装饰的对象,最终有哪些功能,是由运行期动态组合的功能来决定的。

    • 更容易复用功能
      装饰模式把一系列复杂的功能,分散到每个装饰器当中,一般一个装饰器只实现一个功能,这样实现装饰器变得简单,更重要的是这样有利于装饰器功能的复用,可以给一个对象增加多个同样的装饰器,也可以把一个装饰器用来装饰不同的对象,从而复用装饰器的功能。

    • 简化高层定义
      装饰模式可以通过组合装饰器的方式,给对象增添任意多的功能,因此在进行高层定义的时候,不用把所有的功能都定义出来,而是定义最基本的就可以了,可以在使用需要的时候,组合相应的装饰器来完成需要的功能。

    • 会产生很多细粒度对象
      前面说了,装饰模式是把一系列复杂的功能,分散到每个装饰器当中,一般一个装饰器只实现一个功能,这样会产生很多细粒度的对象,而且功能越复杂,需要的细粒度对象越多。

    装饰模式的本质

    动态组合

    动态是手段,组合才是目的。这里的组合有两个意思,一个是动态功能的组合,也就是动态进行装饰器的组合;另外一个是指对象组合,通过对象组合来实现为被装饰对象透明的增加功能。

    但是要注意,装饰模式不仅仅可以增加功能,也可以控制功能的访问,可以完全实现新的功能,还可以控制装饰的功能是在被装饰功能之前还是之后来运行等。

    总之,装饰模式是通过把复杂功能简单化,分散化,然后在运行期间,根据需要来动态组合的这么一个模式。

    何时选用装饰模式

    • 如果需要在不影响其它对象的情况下,以动态、透明的方式给对象添加职责,这几乎就是装饰模式的主要功能
    • 如果不合适使用子类来进行扩展的时候,可以考虑使用装饰模式,因为装饰模式是使用的“对象组合”的方式。所谓不适合用子类扩展的方式,比如:扩展功能需要的子类太多,造成子类数目呈爆炸性增长。

    相关模式

    装饰模式与组合模式

    这两个模式有相似之处,都涉及到对象的递归调用,从某个角度来说,可以把装饰看成是只有一个组件的组合。

    但是它们的目的完全不一样,装饰模式是要动态的给对象增加功能;而组合模式是想要管理组合对象和叶子对象,为它们提供一个一致的操作接口给客户端,方便客户端的使用。

    装饰模式与策略模式

    这两个模式可以组合使用。

    策略模式也可以实现动态的改变对象的功能,但是策略模式只是一层选择,也就是根据策略选择一下具体的实现类而已。而装饰模式不是一层,而是递归调用,无数层都可以,只要组合好装饰器的对象组合,那就可以依次调用下去,所以装饰模式会更灵活。

    而且策略模式改变的是原始对象的功能,不像装饰模式,后面一个装饰器,改变的是经过前一个装饰器装饰过后的对象,也就是策略模式改变的是对象的内核,而装饰模式改变的是对象的外壳。

    这两个模式可以组合使用,可以在一个具体的装饰器里面使用策略模式,来选择更具体的实现方式。比如前面计算奖金的另外一个问题就是参与计算的基数不同,奖金的计算方式也是不同的。举例来说:假设张三和李四参与同一个奖金的计算,张三的销售总额是2万元,而李四的销售额是8万元,它们的计算公式是不一样的,假设奖金的计算规则是,销售额在5万以下,统一3%,而5万以上,5万内是4%,超过部分是6%。

    参与同一个奖金的计算,这就意味着可以使用同一个装饰器,但是在装饰器的内部,不同条件下计算公式不一样,那么怎么选择具体的实现策略呢?自然使用策略模式就好了,也就是装饰模式和策略模式组合来使用。

    装饰模式与模板方法模式

    这是两个功能上有相似点的模式。

    模板方法模式主要应用在算法骨架固定的情况,那么要是算法步骤不固定呢,也就是一个相对动态的算法步骤,就可以使用装饰模式了,因为在使用装饰模式的时候,进行装饰器的组装,其实也相当于是一个调用算法步骤的组装,相当于是一个动态的算法骨架。

    既然装饰模式可以实现动态的算法步骤的组装和调用,那么把这些算法步骤固定下来,那就是模板方法模式实现的功能了,因此装饰模式可以模拟实现模板方法模式的功能。

    但是请注意,仅仅只是可以模拟功能而已,两个模式的设计目的、原本的功能、本质思想等都是不一样的。

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