Java之美[从菜鸟到高手演变]之设计模式二

矫情吗；* 2022-08-07 13:58 129阅读 0赞

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我们接着讨论设计模式，上篇文章我讲完了5种创建型模式，这章开始，我将讲下7种结构型模式：适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。其中对象的适配器模式是各种模式的起源，我们看下面的图：

![1354192484_5322.PNG][]

**6、适配器模式（Adapter）**

适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。首先，我们来看看**类的适配器模式**，先看类图：

![1354187872_4972.PNG][]

核心思想就是：有一个Source类，拥有一个方法，待适配，目标接口时Targetable，通过Adapter类，将Source的功能扩展到Targetable里，看代码：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Source \{  
2.    
3.      **public** **void** method1() \{  
4.          System.out.println("this is original method!");  
5.      \}  
6.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **interface** Targetable \{  
2.    
3.      /\* 与原类中的方法相同 \*/  
4.      **public** **void** method1();  
5.    
6.      /\* 新类的方法 \*/  
7.      **public** **void** method2();  
8.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Adapter **extends** Source **implements** Targetable \{  
2.    
3.      @Override  
4.      **public** **void** method2() \{  
5.          System.out.println("this is the targetable method!");  
6.      \}  
7.  \}

Adapter类继承Source类，实现Targetable接口，下面是测试类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** AdapterTest \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.          Targetable target = **new** Adapter();  
5.          target.method1();  
6.          target.method2();  
7.      \}  
8.  \}

输出：

this is original method!  
this is the targetable method!

这样Targetable接口的实现类就具有了Source类的功能。

**对象的适配器模式**

基本思路和类的适配器模式相同，只是将Adapter类作修改，这次不继承Source类，而是持有Source类的实例，以达到解决兼容性的问题。看图：

![1354188530_8387.PNG][]

只需要修改Adapter类的源码即可：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Wrapper **implements** Targetable \{  
2.    
3.      **private** Source source;  
4.        
5.      **public** Wrapper(Source source)\{  
6.          **super**();  
7.          **this**.source = source;  
8.      \}  
9.      @Override  
10.     **public** **void** method2() \{  
11.         System.out.println("this is the targetable method!");  
12.     \}  
13.   
14.     @Override  
15.     **public** **void** method1() \{  
16.         source.method1();  
17.     \}  
18. \}

测试类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** AdapterTest \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.          Source source = **new** Source();  
5.          Targetable target = **new** Wrapper(source);  
6.          target.method1();  
7.          target.method2();  
8.      \}  
9.  \}

输出与第一种一样，只是适配的方法不同而已。

第三种适配器模式是**接口的适配器模式**，接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。看一下类图：

![1354191586_2062.PNG][]

这个很好理解，在实际开发中，我们也常会遇到这种接口中定义了太多的方法，以致于有时我们在一些实现类中并不是都需要。看代码：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **interface** Sourceable \{  
2.        
3.      **public** **void** method1();  
4.      **public** **void** method2();  
5.  \}

抽象类Wrapper2：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **abstract** **class** Wrapper2 **implements** Sourceable\{  
2.        
3.      **public** **void** method1()\{\}  
4.      **public** **void** method2()\{\}  
5.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** SourceSub1 **extends** Wrapper2 \{  
2.      **public** **void** method1()\{  
3.          System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  
4.      \}  
5.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** SourceSub2 **extends** Wrapper2 \{  
2.      **public** **void** method2()\{  
3.          System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  
4.      \}  
5.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** WrapperTest \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.          Sourceable source1 = **new** SourceSub1();  
5.          Sourceable source2 = **new** SourceSub2();  
6.            
7.          source1.method1();  
8.          source1.method2();  
9.          source2.method1();  
10.         source2.method2();  
11.     \}  
12. \}

测试输出：

the sourceable interface's first Sub1!  
the sourceable interface's second Sub2!

达到了我们的效果！

讲了这么多，总结一下三种适配器模式的应用场景：

类的适配器模式：当希望将**一个类**转换成满足**另一个新接口**的类时，可以使用类的适配器模式，创建一个新类，继承原有的类，实现新的接口即可。

对象的适配器模式：当希望将一个对象转换成满足另一个新接口的对象时，可以创建一个Wrapper类，持有原类的一个实例，在Wrapper类的方法中，调用实例的方法就行。

接口的适配器模式：当不希望实现一个接口中所有的方法时，可以创建一个抽象类Wrapper，实现所有方法，我们写别的类的时候，继承抽象类即可。

**7、装饰模式（Decorator）**

顾名思义，装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例，关系图如下：

![1354196367_3730.PNG][]

Source类是被装饰类，Decorator类是一个装饰类，可以为Source类动态的添加一些功能，代码如下：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **interface** Sourceable \{  
2.      **public** **void** method();  
3.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Source **implements** Sourceable \{  
2.    
3.      @Override  
4.      **public** **void** method() \{  
5.          System.out.println("the original method!");  
6.      \}  
7.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Decorator **implements** Sourceable \{  
2.    
3.      **private** Sourceable source;  
4.        
5.      **public** Decorator(Sourceable source)\{  
6.          **super**();  
7.          **this**.source = source;  
8.      \}  
9.      @Override  
10.     **public** **void** method() \{  
11.         System.out.println("before decorator!");  
12.         source.method();  
13.         System.out.println("after decorator!");  
14.     \}  
15. \}

测试类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** DecoratorTest \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.          Sourceable source = **new** Source();  
5.          Sourceable obj = **new** Decorator(source);  
6.          obj.method();  
7.      \}  
8.  \}

输出：

before decorator!  
the original method!  
after decorator!

装饰器模式的应用场景：

1、需要扩展一个类的功能。

2、动态的为一个对象增加功能，而且还能动态撤销。（继承不能做到这一点，继承的功能是静态的，不能动态增删。）

缺点：产生过多相似的对象，不易排错！

**8、代理模式（Proxy）**

其实每个模式名称就表明了该模式的作用，代理模式就是多一个代理类出来，替原对象进行一些操作，比如我们在租房子的时候回去找中介，为什么呢？因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面，希望找一个更熟悉的人去帮你做，此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司，我们需要请律师，因为律师在法律方面有专长，可以替我们进行操作，表达我们的想法。先来看看关系图：

![1354197582_1664.PNG][]

根据上文的阐述，代理模式就比较容易的理解了，我们看下代码：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **interface** Sourceable \{  
2.      **public** **void** method();  
3.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Proxy **implements** Sourceable \{  
2.    
3.      **private** Source source;  
4.      **public** Proxy()\{  
5.          **super**();  
6.          **this**.source = **new** Source();  
7.      \}  
8.      @Override  
9.      **public** **void** method() \{  
10.         before();  
11.         source.method();  
12.         atfer();  
13.     \}  
14.     **private** **void** atfer() \{  
15.         System.out.println("after proxy!");  
16.     \}  
17.     **private** **void** before() \{  
18.         System.out.println("before proxy!");  
19.     \}  
20. \}

测试类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** ProxyTest \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.          Sourceable source = **new** Proxy();  
5.          source.method();  
6.      \}  
7.    
8.  \}

输出：

before proxy!  
the original method!  
after proxy!

代理模式的应用场景：

如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进，此时有两种办法：

1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放，对修改关闭”的原则。

2、就是采用一个代理类调用原有的方法，且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

使用代理模式，可以将功能划分的更加清晰，有助于后期维护！

**9、外观模式（Facade）**

外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的，像spring一样，可以将类和类之间的关系配置到配置文件中，而外观模式就是将他们的关系放在一个Facade类中，降低了类类之间的耦合度，该模式中没有涉及到接口，看下类图：（我们以一个计算机的启动过程为例）

![1354200158_3667.PNG][]

我们先看下实现类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** CPU \{  
2.        
3.      **public** **void** startup()\{  
4.          System.out.println("cpu startup!");  
5.      \}  
6.        
7.      **public** **void** shutdown()\{  
8.          System.out.println("cpu shutdown!");  
9.      \}  
10. \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Memory \{  
2.        
3.      **public** **void** startup()\{  
4.          System.out.println("memory startup!");  
5.      \}  
6.        
7.      **public** **void** shutdown()\{  
8.          System.out.println("memory shutdown!");  
9.      \}  
10. \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Disk \{  
2.        
3.      **public** **void** startup()\{  
4.          System.out.println("disk startup!");  
5.      \}  
6.        
7.      **public** **void** shutdown()\{  
8.          System.out.println("disk shutdown!");  
9.      \}  
10. \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Computer \{  
2.      **private** CPU cpu;  
3.      **private** Memory memory;  
4.      **private** Disk disk;  
5.        
6.      **public** Computer()\{  
7.          cpu = **new** CPU();  
8.          memory = **new** Memory();  
9.          disk = **new** Disk();  
10.     \}  
11.       
12.     **public** **void** startup()\{  
13.         System.out.println("start the computer!");  
14.         cpu.startup();  
15.         memory.startup();  
16.         disk.startup();  
17.         System.out.println("start computer finished!");  
18.     \}  
19.       
20.     **public** **void** shutdown()\{  
21.         System.out.println("begin to close the computer!");  
22.         cpu.shutdown();  
23.         memory.shutdown();  
24.         disk.shutdown();  
25.         System.out.println("computer closed!");  
26.     \}  
27. \}

User类如下：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** User \{  
2.    
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.          Computer computer = **new** Computer();  
5.          computer.startup();  
6.          computer.shutdown();  
7.      \}  
8.  \}

输出：

start the computer!  
cpu startup!  
memory startup!  
disk startup!  
start computer finished!  
begin to close the computer!  
cpu shutdown!  
memory shutdown!  
disk shutdown!  
computer closed!

如果我们没有Computer类，那么，CPU、Memory、Disk他们之间将会相互持有实例，产生关系，这样会造成严重的依赖，修改一个类，可能会带来其他类的修改，这不是我们想要看到的，有了Computer类，他们之间的关系被放在了Computer类里，这样就起到了解耦的作用，这，就是外观模式！

**10、桥接模式（Bridge）**

桥接模式就是把事物和其具体实现分开，使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是：**将抽象化与实现化解耦，使得二者可以独立变化**，像我们常用的JDBC桥DriverManager一样，JDBC进行连接数据库的时候，在各个数据库之间进行切换，基本不需要动太多的代码，甚至丝毫不用动，原因就是JDBC提供统一接口，每个数据库提供各自的实现，用一个叫做数据库驱动的程序来桥接就行了。我们来看看关系图：

![1354241751_5582.PNG][]

实现代码：

先定义接口：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **interface** Sourceable \{  
2.      **public** **void** method();  
3.  \}

分别定义两个实现类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** SourceSub1 **implements** Sourceable \{  
2.    
3.      @Override  
4.      **public** **void** method() \{  
5.          System.out.println("this is the first sub!");  
6.      \}  
7.  \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** SourceSub2 **implements** Sourceable \{  
2.    
3.      @Override  
4.      **public** **void** method() \{  
5.          System.out.println("this is the second sub!");  
6.      \}  
7.  \}

定义一个桥，持有Sourceable的一个实例：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **abstract** **class** Bridge \{  
2.      **private** Sourceable source;  
3.    
4.      **public** **void** method()\{  
5.          source.method();  
6.      \}  
7.        
8.      **public** Sourceable getSource() \{  
9.          **return** source;  
10.     \}  
11.   
12.     **public** **void** setSource(Sourceable source) \{  
13.         **this**.source = source;  
14.     \}  
15. \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** MyBridge **extends** Bridge \{  
2.      **public** **void** method()\{  
3.          getSource().method();  
4.      \}  
5.  \}

测试类：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** BridgeTest \{  
2.        
3.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
4.            
5.          Bridge bridge = **new** MyBridge();  
6.            
7.          /\*调用第一个对象\*/  
8.          Sourceable source1 = **new** SourceSub1();  
9.          bridge.setSource(source1);  
10.         bridge.method();  
11.           
12.         /\*调用第二个对象\*/  
13.         Sourceable source2 = **new** SourceSub2();  
14.         bridge.setSource(source2);  
15.         bridge.method();  
16.     \}  
17. \}

output：

this is the first sub!  
this is the second sub!

这样，就通过对Bridge类的调用，实现了对接口Sourceable的实现类SourceSub1和SourceSub2的调用。接下来我再画个图，大家就应该明白了，因为这个图是我们JDBC连接的原理，有数据库学习基础的，一结合就都懂了。

![1354242717_1732.PNG][]

**11、组合模式（Composite）**

组合模式有时又叫**部分-整体**模式在处理类似树形结构的问题时比较方便，看看关系图：

![1354243465_5968.PNG][]

直接来看代码：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** TreeNode \{  
2.        
3.      **private** String name;  
4.      **private** TreeNode parent;  
5.      **private** Vector<TreeNode> children = **new** Vector<TreeNode>();  
6.        
7.      **public** TreeNode(String name)\{  
8.          **this**.name = name;  
9.      \}  
10.   
11.     **public** String getName() \{  
12.         **return** name;  
13.     \}  
14.   
15.     **public** **void** setName(String name) \{  
16.         **this**.name = name;  
17.     \}  
18.   
19.     **public** TreeNode getParent() \{  
20.         **return** parent;  
21.     \}  
22.   
23.     **public** **void** setParent(TreeNode parent) \{  
24.         **this**.parent = parent;  
25.     \}  
26.       
27.     //添加孩子节点  
28.     **public** **void** add(TreeNode node)\{  
29.         children.add(node);  
30.     \}  
31.       
32.     //删除孩子节点  
33.     **public** **void** remove(TreeNode node)\{  
34.         children.remove(node);  
35.     \}  
36.       
37.     //取得孩子节点  
38.     **public** Enumeration<TreeNode> getChildren()\{  
39.         **return** children.elements();  
40.     \}  
41. \}

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** Tree \{  
2.    
3.      TreeNode root = **null**;  
4.    
5.      **public** Tree(String name) \{  
6.          root = **new** TreeNode(name);  
7.      \}  
8.    
9.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
10.         Tree tree = **new** Tree("A");  
11.         TreeNode nodeB = **new** TreeNode("B");  
12.         TreeNode nodeC = **new** TreeNode("C");  
13.           
14.         nodeB.add(nodeC);  
15.         tree.root.add(nodeB);  
16.         System.out.println("build the tree finished!");  
17.     \}  
18. \}

使用场景：将多个对象组合在一起进行操作，常用于表示树形结构中，例如二叉树，数等。

**12、享元模式（Flyweight）**

享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。

![1354257773_2727.PNG][]

FlyWeightFactory负责创建和管理享元单元，当一个客户端请求时，工厂需要检查当前对象池中是否有符合条件的对象，如果有，就返回已经存在的对象，如果没有，则创建一个新对象，FlyWeight是超类。一提到共享池，我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池，想想每个连接的特点，我们不难总结出：适用于作共享的一些个对象，他们有一些共有的属性，就拿数据库连接池来说，url、driverClassName、username、password及dbname，这些属性对于每个连接来说都是一样的，所以就适合用享元模式来处理，建一个工厂类，将上述类似属性作为内部数据，其它的作为外部数据，在方法调用时，当做参数传进来，这样就节省了空间，减少了实例的数量。

看个例子：

![1354258649_9039.PNG][]

看下数据库连接池的代码：

**\[java\]**  [view plain][] [copy][view plain]

1.  **public** **class** ConnectionPool \{  
2.        
3.      **private** Vector<Connection> pool;  
4.        
5.      /\*公有属性\*/  
6.      **private** String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
7.      **private** String username = "root";  
8.      **private** String password = "root";  
9.      **private** String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  
10.   
11.     **private** **int** poolSize = 100;  
12.     **private** **static** ConnectionPool instance = **null**;  
13.     Connection conn = **null**;  
14.   
15.     /\*构造方法，做一些初始化工作\*/  
16.     **private** ConnectionPool() \{  
17.         pool = **new** Vector<Connection>(poolSize);  
18.   
19.         **for** (**int** i = 0; i < poolSize; i++) \{  
20.             **try** \{  
21.                 Class.forName(driverClassName);  
22.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
23.                 pool.add(conn);  
24.             \} **catch** (ClassNotFoundException e) \{  
25.                 e.printStackTrace();  
26.             \} **catch** (SQLException e) \{  
27.                 e.printStackTrace();  
28.             \}  
29.         \}  
30.     \}  
31.   
32.     /\* 返回连接到连接池 \*/  
33.     **public** **synchronized** **void** release() \{  
34.         pool.add(conn);  
35.     \}  
36.   
37.     /\* 返回连接池中的一个数据库连接 \*/  
38.     **public** **synchronized** Connection getConnection() \{  
39.         **if** (pool.size() > 0) \{  
40.             Connection conn = pool.get(0);  
41.             pool.remove(conn);  
42.             **return** conn;  
43.         \} **else** \{  
44.             **return** **null**;  
45.         \}  
46.     \}  
47. \}

通过连接池的管理，实现了数据库连接的共享，不需要每一次都重新创建连接，节省了数据库重新创建的开销，提升了系统的性能！本章讲解了7种结构型模式，因为篇幅的问题，剩下的11种行为型模式，我们将另起篇章，敬请读者朋友们持续关注！

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