结构型模式之适配器模式、桥接模式与装饰器模式（一）

一、基本介绍

　　结构型模式（Structural Pattern）关注如何将现有类或对象组织在一起形成更加强大的结构。分为两种：1，类结构型模式：关心类的组合，由多个类可以组合成一个更大的系统，在类结构型模式中一般只存在继承关系和实现关系；2，对象结构型模式：关心类与对象的组合，通过关联关系使得在一个类中定义另一个类的实例对象，然后通过该对象调用其方法，更符合“合成复用原则”。

　　具体的结构型模式可分为：

适配器模式（Adapter Pattern）
桥接模式（Bridge）
装饰者模式（Decorator）
组合模式（Composite Pattern）
外观模式（Facade）
享元模式（Flyweight Pattern）
代理模式（Proxy）

二、适配器模式

1，基本介绍

　　适配器模式（Adapter Pattern）将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，主要的目的是兼容性，让原本接口不匹配不能一起工作的两个类可以协同工作。其别名为包装器（Wrapper）。

　　适配器模式属于结构型模式，主要分为三类：类适配器模式、对象适配器模式、接口适配器模式。

2，工作原理

适配器模式：将一个类的接口转换成另一个种接口，让原本接口不兼容的类可以兼容
从用户的角度看不到被适配者，是解耦的
用户调用适配器转化出来的目标接口方法，适配器再调用被适配者的相关接口方法
用户接收到反馈结果，感觉只是和目标接口交互

3，类适配器模式

a）类适配器模式介绍

　　Adapter类，通过继承src类，实现dst类接口，完成src -> dst的适配。

b）类适配器应用实例

　需求

　　以生活中充电器为例，充电器本身相当于Adapter，220V交流电相当于src（即被适配者），我们的目标dst（即目标）是5V直流电

　思路分析（类图）

　代码实现

public class Voltage220V {
    public int output220v() {
        int src = 220;
        System.out.println("原始电压=" + src + "伏");
        return src;
    }
}

public interface IVoltage5V {
    public int output5v();
}

public class VoltageAdapter extends Voltage220V implements IVoltage5V {
    @Override
    public int output5v() {
        int v220 = output220v();
        return v220 / 44;
    }
}

public class Phone {
    public void chrging(IVoltage5V iVoltage5V) {
        if (iVoltage5V.output5v() == 5) {
            System.out.println("电压5V，可以充电");
        } else {
            System.out.println("电压" + iVoltage5V.output5v() + "V,无法充电");
        }
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("==========类适配器模式=========");
        Phone phone = new Phone();
        phone.chrging(new VoltageAdapter());
    }
}

c）注意事项与细节

缺点：Java是单继承机制，所以类适配器需要继承src，故而dst必须是接口，有一定局限性
src类的方法在Adapter中都会暴露出来，也增加了使用的成本
优点：由于其继承了src类，所以它可以根据需求重写src类的方法，使得Adapter的灵活性增强了

4，对象适配器模式

a）对象适配器模式介绍

　　基本思路和类的适配器模式相同，只是将Adapter类做修改，不再继承src类，而是持有src类的实例（聚合），以解决兼容性的问题。即：持有src类，实现dst类接口，完成src -> dst的适配。

　　即根据“合成复用原则”，在系统中尽量使用关联关系（聚合）来替代继承关系。对象适配器模式是适配器模式中常用的一种

b）对象适配器应用实例

　需求

　　同类适配器

　思路分析（类图）

　代码实现

　　除了VoltageAdapter类之外，其他的类与类适配器相同

public class VoltageAdapter implements IVoltage5V {

    private Voltage220V voltage220V;

    public VoltageAdapter(Voltage220V voltage220V) {
        this.voltage220V = voltage220V;
    }

    @Override
    public int output5v() {
        int v220 = voltage220V.output220v();
        return v220 / 44;
    }
}

c）注意事项与细节

对象适配器和类适配器其实算是同一种思想，只不过实现方式不同。对象适配器根据合成复用原则，使用聚合替代继承，所以它解决了类适配器必须继承src的局限性问题，也不在要求dst必须时接口。
使用成本更低，更灵活

5，接口适配器模式

a）接口适配器模式介绍

当不需要全部实现接口提供的方法时，可先设计一个抽象类实现接口，并为该接口中每个方法提供一个默认实现（空方法），那么该抽象类的子类可有选择地覆盖父类的某些方法来实现需求。
适用于一个接口不想使用其他所有的方法的情况

b）接口适配器模式实例

　类图

　代码实现

public interface InterfaceAdapter {
    public void m1();
    public void m2();
    public void m3();
    public void m4();
}

public abstract class AbsAdapter implements InterfaceAdapter {
    @Override
    public void m1() {}

    @Override
    public void m2() {}

    @Override
    public void m3() {}

    @Override
    public void m4() {}
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbsAdapter absAdapter = new AbsAdapter() {
            @Override
            public void m1() {
                System.out.println("test absAdapter m1()");
            }
        };
        absAdapter.m1();
    }
}

6，适配器模式的注意事项和细节

三种命名方式，是根据src是以怎样的形式给到Adapter(在Adapter里的形式)来命名的。
类适配器：以类给到Adapter里，也就是将src当做类，继承
对象适配器：以对象给到Adapter里，也就是将src作为一个对象，持有
接口适配器：以接口给到Adapter里，也就是将src作为一个接口，实现
Adapter模式最大的作用还是将原本不兼容的接口融合在一起工作

三、桥接模式

1，手机操作问题

　　现在对不同手机类型的不同品牌实现操作编程（比如：开机、关机、上网、打电话等），如图

　传统方式解决手机操作问题

　类图

　分析

扩展性问题（类爆炸），如果我们再增加手机的样式（旋转式），就需要增加各个品牌手机的类，同样如果我们增加一个手机品牌，也要在各个手机样式类下增加。
违反了单一职责原则，当我们增加手机样式时，要同时增加所有品牌的手机，这样增加了代码维护成本
解决方案：桥接模式

2，桥接模式

a）基本介绍

　　桥接模式（Bridge模式）是指：将实现与抽象放在两个不同的类层次中，使两个层次可以独立改变。它是一种结构型设计模式。

　　Bridge模式基于类的最小设计原则，通过使用封装、聚合及继承等行为让不同的类承担不同的职责。它的主要特点是把抽象（Abstraction）与行为实现（Implementation）分离开来，从而可以保持各部分的独立性以及应对他们的功能扩展。

b）原理类图

　原理类图说明：

Client类：桥接模式的调用者
抽象类（Abstraction）：维护了Implementor/即它的实现类ConcreteImplementorA/B，二者是聚合关系，Abstraction充当桥接
RefinedAbstraction：是Abstraction抽象类的子类
Implementor：行为实现类的接口
ConcreteImplementorA/B：行为的具体实现类
从UML图：这里的抽象类和接口是聚合的关系，其实也是调用和被调用关系

c）解决手机操作问题

　类图

　代码

public interface Brand {
    void open();

    void call();

    void close();

}

public class Xiaomi implements Brand{
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("小米手机开机");
    }

    @Override
    public void call() {
        System.out.println("小米手机打电话");
    }

    @Override
    public void close() {
        System.out.println("小米手机关机");
    }
}

public abstract class Phone {
    private Brand brand;

    public Phone(Brand brand) {
        this.brand = brand;
    }

    protected void open() {
        this.brand.open();
    }

    protected void call() {
        this.brand.call();
    }

    protected void close() {
        this.brand.close();
    }

}

public class FoldedPhone extends Phone{

    public FoldedPhone(Brand brand) {
        super(brand);
    }

    @Override
    public void open() {
        super.open();
        System.out.println("折叠样式手机");
    }

    @Override
    protected void call() {
        super.call();
        System.out.println("折叠样式手机");
    }

    @Override
    protected void close() {
        super.close();
        System.out.println("折叠样式手机");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FoldedPhone foldedPhone = new FoldedPhone(new Xiaomi());
        foldedPhone.open();
    }
}

3，注意事项

实现了抽象和实现部分的分离，从而极大的提高了系统的灵活性，让抽象部分和实现部分独立开来，这有助于系统进行分层设计，从而产生更好的结构化系统
对于系统的高层部分，只需要知道抽象部分和实现部分的接口就可以了，其它部分由具体业务来完成
桥接模式替代多层继承方案，可以减少子类的个数，降低系统的管理和维护成本
桥接模式的引入增加了系统的理解和设计难度，由于聚合关联关系建立在抽象层，要求开发者对抽象进行设计和编程
桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度（抽象和实现），因此其使用范围有一定的局限性

4，常用的场景

JDBC驱动
银行转账系统
- 转账分类: 网上转账，柜台转账，AMT 转账
- 转账用户类型：普通用户，银卡用户，金卡用户...
消息管理
- 消息类型：即时消息，延时消息
- 消息分类：手机短信，邮件消息，QQ 消息...

四、装饰者模式

1，咖啡订单问题

咖啡种类/单品咖啡：Espresso(意大利浓咖啡)、ShortBlack、LongBlack(美式咖啡)、Decaf(无因咖啡)
调料：Milk、Soy(豆浆)、Chocolate
要求在扩展性的咖啡种类时，具有良好的扩展性、改动方便、维护方便
使用OO的方式来计算不同种类咖啡的费用：单品咖啡、单品+调料组合等

2，解决方案

a）方案一

　类图分析：

　　1）Drink 是一个抽象类，表示饮料

　　　-description 就是对咖啡的描述, 比如咖啡的名字

　　　-cost()方法就是计算费用，Drink 类中做成一个抽象方法.

　　2）Decaf 就是单品咖啡，继承 Drink, 并实现了 cost()

　　3）Espress && Milk 就是单品咖啡+调料，这个组合很多

　问题：

　　这样设计会有很多类，当我们增加一个单品咖啡，或者一个新的调料时，类的数量就会倍增，就会出现类爆炸。

b）方案二

　说明: milk,soy,chocolate 可以设计为 Boolean,表示是否要添加相应的调料.

　方案二问题分析：

　　1）方案 2 可以控制类的数量，不至于造成很多的类

　　2）在增加或者删除调料种类时，代码的维护量很大

　　3）考虑到用户可以添加多份调料，可以将 hasMilk 返回一个对应 int

　　4）改进：考虑使用装饰者模式

3，装饰者模式

a）基本介绍

　　装饰者模式（Decorator）：动态地将新功能附加到对象上。在对象功能扩展方面，它比继承更有弹性，装饰者模式也体现了开闭原则（OCP）。

b）原理

装饰者模式就像打包一个快递
- 主体：陶瓷、衣服（Component） //被装饰者
- 包装：报纸填充、纸板、木板（Decorator）//装饰者
Component：主体，类似前面的Drink
ConcreteComponent：具体的主体，比如前面的各种咖啡
Decorator：装饰者，比如各种调料。装饰者里聚合了一个Component，也就是ConcreteComponent是可以放到装饰者里面的（装饰者里面可以包含被装饰者）
ConcreteDecorator：具体的装饰者，比如前面的各种调料

c）完成咖啡订单问题

　uml类图

　代码

//饮料父类
public abstract class Drink {
    private String description;

    private float price = 0.0f;

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public void setDescription(String description) {
        this.description = description;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    //消费由子类具体实现
    public abstract float cost();
}

//咖啡
public class Coffee extends Drink{
    @Override
    public float cost() {
        return super.getPrice();
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + ":" + cost();
    }
}
//美式咖啡
public class LongBlack extends Coffee{
    public LongBlack() {
        setDescription("美式...黑咖啡");
        setPrice(2.0f);
    }
}
//装饰类，调料
public class Decorator extends Drink{
    Drink drink;

    public Decorator(Drink drink) {
        this.drink = drink;
    }

    @Override
    public float cost() {
        return drink.cost() + super.getPrice();
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return super.getDescription() + " " + super.getPrice() + " " + drink.getDescription();
    }
}
//具体的装饰调料，牛奶
public class Milk extends Decorator{
    public Milk(Drink drink) {
        super(drink);
        setPrice(1.5f);
        setDescription("牛奶");
    }
}

//测试
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Drink order = new LongBlack();
        System.out.println("单品："+order.getDescription()+" 价格:"+order.cost());
        //加一份巧克力
        order = new Chocolate(order);
        System.out.println("加一份巧克力："+order.getDescription()+" 价格:"+order.cost());
        order = new Milk(order);
        System.out.println("加一份巧克力和一份牛奶："+order.getDescription()+" 价格:"+order.cost());
    }
}

4，JDK中的应用实例

　　Java的IO结构，FilterInputStream就是一个装饰者

public abstract class InputStream implements Closeable {
  ......  //Component  
}

//Decorator抽象的装饰者
class FilterInputStream extends InputStream {
    //被装饰的对象
    protected volatile InputStream in;
    ......  
}

//具体的装饰者
public class DataInputStream extends FilterInputStream implements DataInput {
    ......      
}

InputStream时抽象类，类似前面的Drink（被装饰者）
FileInputStream是InputStream子类，类似前面的LongBlack、ShortBlack等单品咖啡
FIlterInputStream是InputStream子类，类似前面的Decorator装饰者
DataInputStream是FilterInputStream子类，具体的装饰者，类似前面的Milk、Chocolate等

posted @ 2021-10-28 10:00 MXC肖某某阅读(589) 评论(0) 编辑收藏举报

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结构型模式之适配器模式、桥接模式与装饰器模式（一）

一、基本介绍

二、适配器模式

1，基本介绍

2，工作原理

3，类适配器模式

a）类适配器模式介绍

b）类适配器应用实例

c）注意事项与细节

4，对象适配器模式

a）对象适配器模式介绍

b）对象适配器应用实例

c）注意事项与细节

5，接口适配器模式

a）接口适配器模式介绍

b）接口适配器模式实例

6，适配器模式的注意事项和细节

三、桥接模式

1，手机操作问题

传统方式解决手机操作问题

2，桥接模式

a）基本介绍

b）原理类图

c）解决手机操作问题

3，注意事项

4，常用的场景

四、装饰者模式

1，咖啡订单问题

2，解决方案

a）方案一

b）方案二

3，装饰者模式

a）基本介绍

b）原理

c）完成咖啡订单问题

4，JDK中的应用实例

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　传统方式解决手机操作问题