手撕设计模式——咖啡点单系统之装饰模式

1.业务需求

大家好，我是菠菜啊，好久不见，今天给大家带来的是——装饰模式。老规矩，在介绍这期内容前，我们先来看看这样的需求：现在有一个咖啡馆，有基础饮料：美式咖啡、红茶、拿铁等，配料：牛奶、奶泡、糖等，怎么样实现任意的基础饮料和配料的组合，并且能够输出组合描述以及结算金额？

2.代码实现

Talk is cheap，show me your code.

初版实现思路：

我们之前学习过桥接模式，可以用该模式实现。

初版代码如下：

//饮料抽象类
public abstract class Beverage2 {protected ToppingImplementor toppingImplementor;protected String description;protected double cost;public  Beverage2(ToppingImplementor toppingImplementor){this.toppingImplementor = toppingImplementor;}public void setToppingImplementor(ToppingImplementor toppingImplementor) {this.toppingImplementor = toppingImplementor;}public  String getDescription(){return this.description+toppingImplementor.addTopping();}public  double cost(){return this.cost+toppingImplementor.addCost();}
}

//配料接口
public interface ToppingImplementor {String addTopping();double addCost();
}

//红茶
public class BlackTea2 extends Beverage2{public BlackTea2(ToppingImplementor toppingImplementor) {super(toppingImplementor);description = "红茶";cost = 12;}
}
//美式
public class AmericanoCoffee2 extends Beverage2{public AmericanoCoffee2(ToppingImplementor toppingImplementor) {super(toppingImplementor);description = "美式咖啡";cost = 18;}
}
//拿铁
public class Latte2 extends Beverage2{public Latte2(ToppingImplementor toppingImplementor) {super(toppingImplementor);description = "拿铁";cost = 17;}
}

//牛奶配料
public class Milk2 implements ToppingImplementor{@Overridepublic String addTopping() {return "加奶";}@Overridepublic double addCost() {return 3;}
}
//糖配料
public class Sugar2 implements ToppingImplementor{@Overridepublic String addTopping() {return "加糖";}@Overridepublic double addCost() {return 2;}
}
//奶泡配料
public class Whip2 implements ToppingImplementor{@Overridepublic String addTopping() {return "加奶泡";}@Overridepublic double addCost() {return 4;}
}

//客户端
public class Client2 {public static void main(String[] args) {Beverage2 beverage2 = new Latte2(new Sugar2());System.out.println(beverage2.getDescription()+"花费："+beverage2.cost());beverage2.setToppingImplementor(new Milk2());System.out.println(beverage2.getDescription()+"花费："+beverage2.cost());}
}

执行结果：

装饰模式之初版代码执行结果

代码结构：

装饰模式之初版代码UML.drawio

思考：

上述代码用桥接模式将基础饮料和配料的抽象和实现分离，但是我们也发现一些问题。比如，我们运行时要加双份配料无法实现，如果再添加一种维度(如杯型)无需要修改代码才能实现。于是，我们进一步优化代码。

3.代码优化

优化代码：

//饮料基类
public abstract class Beverage {abstract String getDescription();abstract double cost();
}

//基础饮料具体实现
public class BlackTea extends Beverage{@Overridepublic String getDescription() {return "红茶";}@Overridepublic double cost() {return 12;}
}public class AmericanoCoffee extends Beverage{@Overridepublic String getDescription() {return "美式咖啡";}@Overridepublic double cost() {return 18;}
}public class Latte extends Beverage{@Overridepublic String getDescription() {return "拿铁";}@Overridepublic double cost() {return 17;}
}

//配料装饰器抽象类
public abstract class BeverageDecorator extends Beverage{protected Beverage beverage;public BeverageDecorator(Beverage beverage){this.beverage = beverage;}}

//具体配料装饰器实现
public class Milk extends BeverageDecorator{public Milk(Beverage beverage) {super(beverage);}@OverrideString getDescription() {return beverage.getDescription() + "加奶";}@Overridedouble cost() {return beverage.cost() + 3;}
}public class Sugar extends BeverageDecorator{public Sugar(Beverage beverage) {super(beverage);}@OverrideString getDescription() {return beverage.getDescription() + "加糖";}@Overridedouble cost() {return beverage.cost() + 2;}
}public class Whip extends BeverageDecorator{public Whip(Beverage beverage) {super(beverage);}@OverrideString getDescription() {return beverage.getDescription() + "加奶泡";}@Overridedouble cost() {return beverage.cost() + 4;}
}

//客户端
public class Client {public static void main(String[] args) {Beverage beverage = new Sugar(new Sugar(new Milk(new AmericanoCoffee())));System.out.println(beverage.getDescription()+",价格"+beverage.cost());Beverage beverage2 = new Latte();beverage2 = new Milk(beverage2);beverage2 = new Whip(beverage2);beverage2 = new Sugar(beverage2);System.out.println(beverage2.getDescription()+",价格"+beverage2.cost());}
}

执行结果：

装饰模式之优化代码执行结果

代码结构：

装饰模式之优化代码UML.drawio

思考：

上述代码将配料种类和基础饮料解耦，N种饮料+M种配料只需(N+M)个类，支持运行时自由组合配料（如双倍加糖），新增配料或者基础饮料无需修改代码，满足开闭原则。这种纵向增强现有功能，层层叠加功能的实现方式，就是装饰模式。

装饰模式之层层嵌套示意图

4.定义与组成

装饰模式UML.drawio

装饰模式（Decorator Pattern）是一种结构型设计模式，它允许动态地向对象添加新功能，同时不改变其结构。该模式通过创建包装对象（装饰器）来扩展原始对象的功能，提供了比继承更灵活的功能扩展方式。

核心定义：

在不改变现有对象结构的情况下，动态地给对象添加额外职责。装饰模式比生成子类更为灵活。

组件接口(Component ):定义一个对象接口，给这些动态地添加职责
具体组件（Concrete Component）:实现组件接口的基础功能
抽象装饰器（Decorator）:维持对组件对象的引用并实现组件接口
具体装饰器（Concrete Decorator）:添加具体的附加功能

5.应用示例

5.1 Java I/O流体系

// 经典装饰模式实现
InputStream fileStream = new FileInputStream("data.txt");
InputStream bufferedStream = new BufferedInputStream(fileStream); //添加缓冲
InputStream gzipStream = new GZIPInputStream(bufferedStream);

组件接口: InputStream
具体组件: FileInputStream
装饰器抽象类: FilterInputStream
具体装饰器: BufferedInputStream, GZIPInputStream

5.2 Java GUI (Swing/AWT)

// 为组件添加滚动功能
JTextArea textArea = new JTextArea();
JScrollPane scrollPane = new JScrollPane(textArea);

5.3 服务层功能增强

日志/监控/权限校验：通过装饰器为业务逻辑添加非核心功能，保持业务类纯净

UserService service = new UserServiceImpl();
service = new LoggingDecorator(service);  // 添加日志记录
service = new TimingDecorator(service);   // 添加性能监控

5.4 动态配置组合

电商优惠系统：基础价格策略通过装饰器叠加满减、折扣券等功能

PriceStrategy base = new BasePriceStrategy();
base = new DiscountDecorator(base, 0.8); // 8折
base = new CouponDecorator(base, 100);    // 满送100

装饰模式之满减打折层层嵌套示意图

6.适用场景

6.1 核心适用场景

✅ 需动态扩展功能：如运行时按需添加日志、加密等。

✅ 避免类爆炸：功能组合多时（如咖啡配料、电商优惠）。

✅ 保持接口一致性：所有对象（原始/装饰后）对外暴露相同接口。

❌ 基础功能修改：如需彻底改变核心逻辑，应使用策略模式或适配器模式。

6.2 注意事项

避免过度装饰

装饰层数过多会降低可读性和调试难度（如10层装饰调用栈深度增加）

顺序敏感：

装饰顺序影响最终结果

7.结构性模式对比

装饰器、代理、桥接都属于结构型模式，都涉及对象组合，但它们解决的问题、目的和实现方式有显著区别：

特性	装饰器模式 (Decorator)	代理模式 (Proxy)	桥接模式 (Bridge)
主要目的	动态添加职责 (增强功能)	控制访问 (间接访问、延迟加载等)	分离抽象与实现 (解耦两个维度)
关注点	为对象添加新功能/行为	管理对对象的访问方式	管理类结构的扩展维度
关系对象	包装同一接口的对象 (通常层次深)	代表一个具体对象 (通常1对1)	连接抽象角色和实现角色
功能变化	运行时动态添加/移除功能	隐藏/控制原有功能	编译时确定抽象和实现的组合
继承替代	是 (避免子类爆炸)	不一定是 (也可用于控制)	是 (防止多维度继承爆炸)
UML 关键	装饰器与被装饰者实现同一接口	代理与真实对象实现同一接口	抽象持有实现的接口引用
典型应用	Java I/O 流、GUI 组件增强	虚拟代理、保护代理、远程代理	跨平台UI库、驱动接口

一句话总结：“加功能(装饰)、控访问(代理)、解耦合(桥接)”。

8.总结

装饰模式是Java开发中最常用且强大的设计模式之一，特别适用于需要动态扩展功能的场景。它通过组合代替继承，完美解决了功能扩展中的类爆炸问题，同时保持了对开闭原则的遵守。

使用装饰模式当：

需要在不影响其他对象的情况下添加功能
需要动态、透明地添加或撤销功能
继承扩展不可行或不实际（如final类）
系统需要多层次的功能组合
一接口** | 代理与真实对象实现同一接口 | 抽象持有实现的接口引用 |
| 典型应用 | Java I/O 流、GUI 组件增强 | 虚拟代理、保护代理、远程代理 | 跨平台UI库、驱动接口 |

一句话总结：“加功能(装饰)、控访问(代理)、解耦合(桥接)”。