Design Mode 之结构模式-白红宇

Design Mode 之结构模式

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发布时间：2019-06-26

本文共 12696 字，大约阅读时间需要 42 分钟。

这里我们主要介绍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：

B1、适配器模式（Adapter）

　　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，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。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。

　　[1] Target (这是客户所期待的接口。目标可以是具体的或抽象的类，也可以是接口）。

class Target    {        public virtual void Request()        {            Console.WriteLine("普通请求！");        }    }

　　[2] Adaptee (需要适配的类）。

class Adaptee    {        public void SpecificRequest()        {            Console.WriteLine ("特殊请求!");        }    }

　　[3] Adapter (通过在内部包装一个Adaptee对象，把源接口转换成目标接口）。

class Adapter:Target    {        private Adaptee adaptee = new Adaptee();         public override void Request()        {            adaptee.SpecificRequest() ;        }    }

　　[4] 客户端调用

static void Main(string[] args)        {            Target target = new Adapter();            target.Request();            Console.Read();        }

(1)、类的适配器模式

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

[java] 
public class Source {  
  
    public void method1() {  
        System.out.println("this is original method!");  
    }  
}  

[java] 
public interface Targetable {  
  
    /* 与原类中的方法相同 */  
    public void method1();  
  
    /* 新类的方法 */  
    public void method2();  
}  

[java] 
public class Adapter extends Source implements Targetable {  
  
    @Override  
    public void method2() {  
        System.out.println("this is the targetable method!");  
    }  
}  

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

[java] 
public class AdapterTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Targetable target = new Adapter();  
        target.method1();  
        target.method2();  
    }  
}  

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。

(2)、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：

只需要修改Adapter类的源码即可：

[java] 
public class Wrapper implements Targetable {  
  
    private Source source;  
      
    public Wrapper(Source source){  
        super();  
        this.source = source;  
    }  
    @Override  
    public void method2() {  
        System.out.println("this is the targetable method!");  
    }  
  
    @Override  
    public void method1() {  
        source.method1();  
    }  
}  

测试类：

[java] 
public class AdapterTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Source source = new Source();  
        Targetable target = new Wrapper(source);  
        target.method1();  
        target.method2();  
    }  
}  

输出与第一种一样，只是适配的方法不同而已。

(3)、接口的适配器模式

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：

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] 
public interface Sourceable {  
      
    public void method1();  
    public void method2();  
}  

抽象类Wrapper2：

[java] 
public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  
      
    public void method1(){}  
    public void method2(){}  
}  

[java] 
public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  
    public void method1(){  
        System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  
    }  
}  

[java] 
public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  
    public void method2(){  
        System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  
    }  
}  

[java] 
public class WrapperTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Sourceable source1 = new SourceSub1();  
        Sourceable source2 = new SourceSub2();  
          
        source1.method1();  
        source1.method2();  
        source2.method1();  
        source2.method2();  
    }  
}  

测试输出：

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

达到了我们的效果！

　　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。

B2、装饰模式（Decorator）：动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰模式比生成子类更为灵活。

　　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：

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] 
public interface Sourceable {  
    public void method();  
}  

[java] 
public class Source implements Sourceable {  
  
    @Override  
    public void method() {  
        System.out.println("the original method!");  
    }  
}  

[java] 
public class Decorator implements Sourceable {  
  
    private Sourceable source;  
      
    public Decorator(Sourceable source){  
        super();  
        this.source = source;  
    }  
    @Override  
    public void method() {  
        System.out.println("before decorator!");  
        source.method();  
        System.out.println("after decorator!");  
    }  
}  

测试类：

[java] 
public class DecoratorTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Sourceable source = new Source();  
        Sourceable obj = new Decorator(source);  
        obj.method();  
    }  
}  

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！

B3、代理模式（Proxy）

　　为其他对象提供一种代理以控制对访问对象的访问。

Proxy模式为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。可简单理解为，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。先来看看关系图

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] 
public interface Sourceable {  
    public void method();  
}  

[java] 
public class Source implements Sourceable {  
  
    @Override  
    public void method() {  
        System.out.println("the original method!");  
    }  
}  

[java] 
public class Proxy implements Sourceable {  
  
    private Source source;  
    public Proxy(){  
        super();  
        this.source = new Source();  
    }  
    @Override  
    public void method() {  
        before();  
        source.method();  
        atfer();  
    }  
    private void atfer() {  
        System.out.println("after proxy!");  
    }  
    private void before() {  
        System.out.println("before proxy!");  
    }  
}  

测试类：

[java] 
public class ProxyTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Sourceable source = new Proxy();  
        source.method();  
    }  
  
}  

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！

B4、外观模式（Facade）

　　为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

　　个人理解：定义一个外观类，外观类将客户端的处理请求分配给适当的子系统对象。

　　[1] 定义两个子系统类

class SubSystemOne    {        public void MethodOne()        {            Console.WriteLine("子系统方法一");        }    }    class SubSystemTwo    {        public void MethodTwo()        {            Console.WriteLine("子系统方法二");        }    }

　　[2] 定义外观类

public class Facade    {        SubSystemOne one;         SubSystemTwo two;        public Facade()        {            one = new SubSystemOne();             two = new SubSystemTwo();         }                public void MethodA()        {            Console.WriteLine ("\n 方法组 A()----");            one.MethodOne();             two.MethodTwo();        }        public void MethodB()        {            Console .WriteLine ("\n 方法组 B()----");            two.MethodTwo();            one.MethodOne();         }    }

　　[3] 客户端调用

static void Main(string[] args)        {            Facade facade = new Facade();            facade.MethodA();             facade.MethodB();            Console.Read();        }

　　首先，在设计初期阶段，应该要有意识的将不同的两个层分离，比如经典的三层架构。层的层与层之间建立外观 Facade,这样可以为复杂的子系统提供一个简单的接口，使得耦合大大降低。

　　其次，在开发阶段，子系统往往因为不断的重构演化而变得越来越复杂，大多数的模式使用时也都会产生很多很小的类，増加外观Facade可以提供一个简单的接口，减少它们之间的依赖。

　　第三，在维护一个遗留的大型系统时，可能这个系统已经非常难以维护和扩展了，可以为新系统开发一个外观Facade类，来提供设计粗糙或高度复杂的遗留代码的比较清晰简单的接口，让新系统与Facade对象交互，Facade与遗留代码交互所有复杂的工作。

　　Facade模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。解决类与类之间的依赖关系，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，降低了类与类之间的耦合度，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）

我们先看下实现类：

[java] 
public class CPU {  
      
    public void startup(){  
        System.out.println("cpu startup!");  
    }  
      
    public void shutdown(){  
        System.out.println("cpu shutdown!");  
    }  
}  

[java] 
public class Memory {  
      
    public void startup(){  
        System.out.println("memory startup!");  
    }  
      
    public void shutdown(){  
        System.out.println("memory shutdown!");  
    }  
}  

[java] 
public class Disk {  
      
    public void startup(){  
        System.out.println("disk startup!");  
    }  
      
    public void shutdown(){  
        System.out.println("disk shutdown!");  
    }  
}  

[java] 
public class Computer {  
    private CPU cpu;  
    private Memory memory;  
    private Disk disk;  
      
    public Computer(){  
        cpu = new CPU();  
        memory = new Memory();  
        disk = new Disk();  
    }  
      
    public void startup(){  
        System.out.println("start the computer!");  
        cpu.startup();  
        memory.startup();  
        disk.startup();  
        System.out.println("start computer finished!");  
    }  
      
    public void shutdown(){  
        System.out.println("begin to close the computer!");  
        cpu.shutdown();  
        memory.shutdown();  
        disk.shutdown();  
        System.out.println("computer closed!");  
    }  
}  

User类如下：

[java] 
public class User {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Computer computer = new Computer();  
        computer.startup();  
        computer.shutdown();  
    }  
}  

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）

Bridge模式将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。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：

实现代码：

先定义接口：

[java] 
public interface Sourceable {  
    public void method();  
}  

分别定义两个实现类：

[java] 
public class SourceSub1 implements Sourceable {  
  
    @Override  
    public void method() {  
        System.out.println("this is the first sub!");  
    }  
}  

[java] 
public class SourceSub2 implements Sourceable {  
  
    @Override  
    public void method() {  
        System.out.println("this is the second sub!");  
    }  
}  

定义一个桥，持有Sourceable的一个实例：

[java] 
public abstract class Bridge {  
    private Sourceable source;  
  
    public void method(){  
        source.method();  
    }  
      
    public Sourceable getSource() {  
        return source;  
    }  
  
    public void setSource(Sourceable source) {  
        this.source = source;  
    }  
}  

[java] 
public class MyBridge extends Bridge {  
    public void method(){  
        getSource().method();  
    }  
}  

测试类：

[java] 
public class BridgeTest {  
      
    public static void main(String[] args) {  
          
        Bridge bridge = new MyBridge();  
          
        /*调用第一个对象*/  
        Sourceable source1 = new SourceSub1();  
        bridge.setSource(source1);  
        bridge.method();  
          
        /*调用第二个对象*/  
        Sourceable source2 = new SourceSub2();  
        bridge.setSource(source2);  
        bridge.method();  
    }  
}  

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。

11、组合模式（Composite）

Composite模式将对象组合成树形结构以表示‘部分- 整体’的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。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：

直接来看代码：

[java] 
public class TreeNode {  
      
    private String name;  
    private TreeNode parent;  
    private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();  
      
    public TreeNode(String name){  
        this.name = name;  
    }  
  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
  
    public void setName(String name) {  
        this.name = name;  
    }  
  
    public TreeNode getParent() {  
        return parent;  
    }  
  
    public void setParent(TreeNode parent) {  
        this.parent = parent;  
    }  
      
    //添加孩子节点  
    public void add(TreeNode node){  
        children.add(node);  
    }  
      
    //删除孩子节点  
    public void remove(TreeNode node){  
        children.remove(node);  
    }  
      
    //取得孩子节点  
    public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  
        return children.elements();  
    }  
}  

[java] 
public class Tree {  
  
    TreeNode root = null;  
  
    public Tree(String name) {  
        root = new TreeNode(name);  
    }  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Tree tree = new Tree("A");  
        TreeNode nodeB = new TreeNode("B");  
        TreeNode nodeC = new TreeNode("C");  
          
        nodeB.add(nodeC);  
        tree.root.add(nodeB);  
        System.out.println("build the tree finished!");  
    }  
}  

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）

　　运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象，类图如下图：

　　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。

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：

看下数据库连接池的代码：

[java] 
public class ConnectionPool {  
      
    private Vector<Connection> pool;  
      
    /*公有属性*/  
    private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
    private String username = "root";  
    private String password = "root";  
    private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  
  
    private int poolSize = 100;  
    private static ConnectionPool instance = null;  
    Connection conn = null;  
  
    /*构造方法，做一些初始化工作*/  
    private ConnectionPool() {  
        pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
  
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
            try {  
                Class.forName(driverClassName);  
                conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
                pool.add(conn);  
            } catch (ClassNotFoundException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (SQLException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
    }  
  
    /* 返回连接到连接池 */  
    public synchronized void release() {  
        pool.add(conn);  
    }  
  
    /* 返回连接池中的一个数据库连接 */  
    public synchronized Connection getConnection() {  
        if (pool.size() > 0) {  
            Connection conn = pool.get(0);  
            pool.remove(conn);  
            return conn;  
        } else {  
            return null;  
        }  
    }  
}  