基于 Scala Trait 的设计模式

在《作为Scala语法糖的设计模式》博文中，我重点介绍了那些已经融入Scala语法的设计模式。今天要介绍的两个模式，则主要与Scala的trait有关。

Decorator Pattern

在GoF 23种设计模式中，Decorator Pattern算是一个比较特殊的模式。它充分利用了继承和组合（或者委派）各自的优势，将它们混合起来，不仅让优势扩大，还让各自的缺点得到了抵消。Decorator模式的核心思想其实是“职责分离”，即将要装饰的职责与装饰的职责分离，从而使得它们可以在各自的继承体系下独立演化，然后通过传递对象（组合）的形式完成对被装饰职责的重用。

从某种角度来讲，装饰职责与被装饰职责之间的分离与各自抽象，不妨可以看做是Bridge模式的变种。但不同之处在于Decorator模式又额外地引入了继承，但不是为了重用，而是为了多态，使得装饰者因为继承自被装饰者，从而拥有了被装饰的能力。所以说，继承的引入真真算得上是点睛之笔了。

理解Decorator模式，一定要理解继承与组合各自扮演的角色。简而言之，就是：

继承：装饰者的多态
组合：被装饰者的重用

正因为此，在Java代码中实现Decorator模式，要注意装饰器类在重写被装饰器的业务行为时，一定要通过传入的对象来调用被装饰者的行为。假设传入的被装饰者对象为decoratee，则调用时就一定是decoratee，而不是super（由于继承的关系，装饰类是可以访问super的）。

例如BufferedOutputStream类作为装饰类，要装饰OutputStream的write行为，就必须这样实现：

public interface OutputStream {
    void write(byte b);
    void write(byte[] b);
}
public class FileOutputStream implements OutputStream { /* ... */ }
public class BufferedOutputStream extends OutputStream {
    //这里是组合的被装饰者    
    protected final OutputStream decoratee;
    public BufferedOutputStream(OutputStream decoratee) {
        this.decoratee = decoratee;
    }

    public void write(byte b) {
        //这里应该是调用decoratee, 而非super，虽然你可以访问super    
        decoratee.write(buffer)
    }
}

然而，在Scala中实现Decorator模式，情况却有些不同了。Scala的trait既体现了Java Interface的语义，却又可以提供实现逻辑（相当于Java 8的default interface），并在编译时采用mixin方式完成代码的重用。换言之，trait已经完美地融合了继承与组合的各自优势。因此，在Scala中若要实现Decorator模式，只需要定义trait去实现装饰者的功能即可：

trait OutputStream {
  def write(b: Byte)
  def write(b: Array[Byte])
}
class FileOutputStream(path: String) extends OutputStream { /* ... */ }
trait Buffering extends OutputStream {
  abstract override def write(b: Byte) {
    // ...
    super.write(buffer)
  }
}

在Buffering的定义中，根本看不到组合的影子，且在对write方法进行重写时，调用的是super，这与我前面讲到的内容背道而驰啊！

区别在于组合（delegation）的时机。在Java（原谅我，因为使用Scala的缘故，我对Java 8的default interface没有研究，不知道是否与scala的trait完全相同）语言中，组合是通过传递对象方式完成的职责委派与重用，也就是说，组合是在运行时发生的。Scala的实现则不然，在trait中利用abstract override关键字来完成一种stackable modifications，这种方式被称之为Stackable Trait Pattern。这种语法仅能用于trait，它表示trait会将某个具体类针对该方法提供的实现混入（mixin）到trait中。装饰的客户端代码如下：

new FileOutputStream("foo.txt") with Buffering

FileOutputStream的write方法实现在编译时就被混入到Buffering中。所以可以称这种组合为静态组合。

Dependency Injection

Dependency Injection(依赖注入或者称为IoC，即控制反转)其实应该与依赖倒置原则结合起来理解，首先应该保证不依赖于实现细节，而是依赖于抽象（接口），然后，再考虑将具体依赖从类的内部转移到外面，并在运行时将依赖注入到类的内部。这也是Dependency Injection的得名由来。

在Java世界，多数情况下我们会引入框架如Spring、Guice来完成依赖注入（这并不是说依赖注入一定需要框架，严格意义上，只要将依赖转移到外面，然后通过set或者构造器注入依赖，都可以认为是实现了依赖注入），无论是基于xml配置，还是annotation，或者Groovy，核心思想都是将对象之间的依赖设置（装配）转交给框架来完成。Scala也有类似的IoC框架。但是，多数情况下，Scala程序员会充分利用trait与self type来实现所谓的依赖注入。这种设计模式在Scala中常常被昵称为Cake Pattern。

一个典型的案例就是将一个Repository的实现注入到Service中。在Scala中，就应该将Repository的抽象定义为trait，然后在具体的Service实现中，通过Self Type引入Repository：

trait Repository {
  def save(user: User)
}
trait DatabaseRepository extends Repository { /* ... */ }
trait UserService { 
  self: Repository => 
  def create(user: User) {
    //这里调用的是Repository的save方法
    //调用Self Type的方法就像调用自己的方法一般
    save(user)
  }
}

//这里的with完成了对DatabaseRepository依赖的注入
new UserService with DatabaseRepository

Cake Pattern遵循了Dependency Inject的要求，只是它没有像Spring或者Guice那样彻底将注入依赖的职责转移给外部框架，而是将注入的权利交到了调用者手里。这样会导致调用端代码并没有完全与具体依赖解耦，但在大多数情况下，这种轻量级的依赖注入方式，反而更讨人喜欢。

在Scala开发中，我们常常会使用Cake Pattern。在我的一篇博客《一次设计演进之旅》中，就引入了Cake Pattern来完成将ReportMetadata依赖的注入。

说明：文中示例代码主要来自Pavel Fatin的博客Design Patterns in Scala。