47、适配器模式

1、适配器模式的原理与实现

适配器模式的英文翻译是 Adapter Design Pattern
顾名思义，这个模式就是用来做适配的，它将不兼容的接口转换为可兼容的接口，让原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作
对于这个模式，有一个经常被拿来解释它的例子，就是 USB 转接头充当适配器，把两种不兼容的接口，通过转接变得可以一起工作

适配器模式有两种实现方式：类适配器和对象适配器

• 类适配器使用继承关系来实现
• 对象适配器使用组合关系来实现

1.1、类适配器和对象适配器

ITarget 表示要转化成的接口定义
Adaptee 是一组不兼容 ITarget 接口定义的接口，Adaptor 将 Adaptee 转化成一组符合 ITarget 接口定义的接口

// 目标接口
public interface ITarget {
    void f1();
    void f2();
    void fc();
}
 
// 适配者
public class Adaptee {
    public void fa() {}
    public void fb() {}
    public void fc() {}
}

// 类适配器: 基于继承
public class Adaptor extends Adaptee implements ITarget {
 
    public void f1() {
        super.fa();
    }
 
    public void f2() {
        // ... 重新实现 f2() ...
    }
 
    // 这里 fc() 不需要实现, 直接继承自 Adaptee, 这是跟对象适配器最大的不同点
}

// 对象适配器：基于组合
public class Adaptor implements ITarget {
 
    private Adaptee adaptee;
 
    public Adaptor(Adaptee adaptee) {
        this.adaptee = adaptee;
    }
 
    public void f1() {
        adaptee.fa(); // 委托给 Adaptee
    }
 
    public void f2() {
        // ... 重新实现 f2() ...
    }
 
    public void fc() {
        adaptee.fc();
    }
}

1.2、优缺点

针对这两种实现方式，在实际的开发中，到底该如何选择使用哪一种呢
判断的标准主要有两个，一个是 Adaptee 接口的个数，另一个是 Adaptee 和 ITarget 的契合程度

• 如果 Adaptee 接口并不多，那两种实现方式都可以
• 如果 Adaptee 接口很多，而且 Adaptee 和 ITarget 接口定义大部分都相同
  那我们推荐使用类适配器，因为 Adaptor 复用父类 Adaptee 的接口，比起对象适配器的实现方式，Adaptor 的代码量要少一些
• 如果 Adaptee 接口很多，而且 Adaptee 和 ITarget 接口定义大部分都不相同
  那我们推荐使用对象适配器，因为组合结构相对于继承更加灵活

2、适配器模式应用场景总结

一般来说，适配器模式可以看作一种 "补偿模式"，用来补救设计上的缺陷，应用这种模式算是 "无奈之举"
如果在设计初期，我们就能协调规避接口不兼容的问题，那这种模式就没有应用的机会了

前面我们反复提到，适配器模式的应用场景是 "接口不兼容"，那在实际的开发中，什么情况下才会出现接口不兼容呢

2.1、封装有缺陷的接口设计

假设我们依赖的外部系统在接口设计方面有缺陷（比如包含大量静态方法），引入之后会影响到我们自身代码的可测试性
为了隔离设计上的缺陷，我们希望对外部系统提供的接口进行二次封装，抽象出更好的接口设计，这个时候就可以使用适配器模式了

// 这个类来自外部 sdk, 我们无权修改它的代码
public class CD {
 
    public static void staticFunction1() { ... }
 
    public void uglyNamingFunction2() { ... }
 
    public void tooManyParamsFunction3(int paramA, int paramB, ...) { ... }
 
    public void lowPerformanceFunction4() { ... }
}

// 使用适配器模式进行重构
public class ITarget {
 
    void function1();
 
    void function2();
 
    void fucntion3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper);
 
    void function4();
}
 
// 注意: 适配器类的命名不一定非得末尾带 Adaptor
public class CDAdaptor extends CD implements ITarget {
 
    public void function1() {
        super.staticFunction1();
    }
 
    public void function2() {
        super.uglyNamingFucntion2();
    }
 
    public void function3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper) {
        super.tooManyParamsFunction3(paramsWrapper.getParamA(), ...);
    }
 
    public void function4() {
        // ... reimplement it ...
    }
}

2.2、统一多个类的接口设计

某个功能的实现依赖多个外部系统（或者说类）
通过适配器模式，将它们的接口适配为统一的接口定义，然后我们就可以使用多态的特性来复用代码逻辑

假设我们的系统要对用户输入的文本内容做敏感词过滤
为了提高过滤的召回率，我们引入了多款第三方敏感词过滤系统，依次对用户输入的内容进行过滤，过滤掉尽可能多的敏感词
但是每个系统提供的过滤接口都是不同的，这就意味着我们没法复用一套逻辑来调用各个系统
这个时候我们就可以使用适配器模式，将所有系统的接口适配为统一的接口定义，这样我们可以复用调用敏感词过滤的代码

// A 敏感词过滤系统提供的接口
public class ASensitiveWordsFilter {
    // text 是原始文本, 函数输出用 *** 替换敏感词之后的文本
    public String filterSexyWords(String text) {
        // ...
    }
 
    public String filterPoliticalWords(String text) {
        // ...
    }
}
 
// B 敏感词过滤系统提供的接口
public class BSensitiveWordsFilter {
    public String filter(String text) {
        // ...
    }
}
 
// C 敏感词过滤系统提供的接口
public class CSensitiveWordsFilter {
    public String filter(String text, String mask) {
        // ...
    }
}
 
// 未使用适配器模式之前的代码: 代码的可测试性、扩展性不好
public class RiskManagement {
 
    private ASensitiveWordsFilter aFilter = new ASensitiveWordsFilter();
    private BSensitiveWordsFilter bFilter = new BSensitiveWordsFilter();
    private CSensitiveWordsFilter cFilter = new CSensitiveWordsFilter();
 
    public String filterSensitiveWords(String text) {
        String maskedText;
 
        maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
        maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
 
        maskedText = bFilter.filter(maskedText);
 
        maskedText = cFilter.filter(maskedText, "***");
 
        return maskedText;
    }
}

// 使用适配器模式进行改造: 统一接口定义
public interface ISensitiveWordsFilter {
    String filter(String text);
}
 
// 对象适配器: 组合已有, 实现目标
// ... 省略 BSensitiveWordsFilterAdaptor、CSensitiveWordsFilterAdaptor ...
public class ASensitiveWordsFilterAdaptor implements ISensitiveWordsFilter {
    private ASensitiveWordsFilter aFilter;
 
    public String filter(String text) {
        String maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
        maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
        return maskedText;
    }
}
 
// 扩展性更好, 更加符合开闭原则, 如果添加一个新的敏感词过滤系统, 这个类完全不需要改动
// 而且基于接口而非实现编程, 代码的可测试性更好
public class RiskManagement {
    private List<ISensitiveWordsFilter> filters = new ArrayList<>();
 
    public void addSensitiveWordsFilter(ISensitiveWordsFilter filter) {
        filters.add(filter);
    }
 
    public String filterSensitiveWords(String text) {
        String maskedText = text;
        for (ISensitiveWordsFilter filter : filters) {
            maskedText = filter.filter(maskedText);
        }
        return maskedText;
    }
}

2.3、替换依赖的外部系统

当我们把项目中依赖的一个外部系统替换为另一个外部系统的时候，利用适配器模式，可以减少对代码的改动

// 外部系统 A
public interface IA {
    void fa();
}
 
public class A implements IA {
    public void fa() { ... }
}
 
// 在我们的项目中, 外部系统 A 的使用示例
public class Demo {
 
    private IA a;
 
    public Demo(IA a) {
        this.a = a;
    }
 
    // ...
}
 
Demo d = new Demo(new A());

// 将外部系统 A 替换成外部系统 B
// 对象适配器: 组合已有(B), 实现目标(IA)
public class BAdaptor implemnts IA {
 
    private B b;
 
    public BAdaptor(B b) {
        this.b = b;
    }
 
    public void fa() {
        // ...
        b.fb();
    }
}
 
// 借助 BAdaptor, Demo 的代码中, 调用 IA 接口的地方都无需改动, 只需要将 BAdaptor 如下注入到 Demo 即可
Demo d = new Demo(new BAdaptor(new B()));

2.4、兼容老版本接口

在做版本升级的时候，对于一些要废弃的接口，我们不直接将其删除，而是暂时保留，并且标注为 deprecated，并将内部实现逻辑委托为新的接口实现
这样做的好处是，让使用它的项目有个过渡期，而不是强制进行代码修改，这也可以粗略地看作适配器模式的一个应用场景

JDK 1.0 中包含一个遍历集合容器的类 Enumeration
JDK 2.0 对这个类进行了重构，将它改名为 Iterator 类，并且对它的代码实现做了优化
但是考虑到如果将 Enumeration 直接从 JDK 2.0 中删除，那使用 JDK 1.0 的项目如果切换到 JDK 2.0，代码就会编译不通过
为了避免这种情况的发生，我们必须把项目中所有使用到 Enumeration 的地方，都修改为使用 Iterator 才行

单独一个项目做 Enumeration 到 Iterator 的替换，勉强还能接受
但是使用 Java 开发的项目太多了，一次 JDK 的升级，导致所有的项目不做代码修改就会编译报错，这显然是不合理的，这就是我们经常所说的不兼容升级
为了做到兼容使用低版本 JDK 的老代码，我们可以暂时保留 Enumeration 类，并将其实现替换为直接调用 Itertor，代码示例如下所示

public class Collections {
 
    public static Emueration emumeration(final Collection c) {
        return new Enumeration() {
            Iterator i = c.iterator();
 
            public boolean hasMoreElments() {
                return i.hashNext();
            }
 
            public Object nextElement() {
                return i.next();
            }
        }
    }
}

2.5、适配不同格式的数据

前面我们讲到，适配器模式主要用于接口的适配，实际上它还可以用在不同格式的数据之间的适配
比如：把从不同征信系统拉取的不同格式的征信数据，统一为相同的格式，以方便存储和使用
比如：Java 中的 Arrays.asList() 也可以看作一种数据适配器，将数组类型的数据转化为集合容器类型

List<String> stooges = Arrays.asList("Larry", "Moe", "Curly");

3、剖析适配器模式在 Java 日志中的应用

Java 中有很多日志框架，在项目开发中，我们常常用它们来打印日志信息
其中比较常用的有 log4j、logback，以及 JDK 提供的 JUL(java.util.logging) 和 Apache 的 JCL(Jakarta Commons Logging) 等

大部分日志框架都提供了相似的功能，比如按照不同级别（debug、info、warn、erro ...）打印日志等，但它们却并没有实现统一的接口
这主要可能是历史的原因，它不像 JDBC 那样，一开始就制定了数据库操作的接口规范

如果我们只是开发一个自己用的项目，那用什么日志框架都可以，log4j、logback 随便选一个就好
但是如果我们开发的是一个集成到其他系统的组件、框架、类库等，那日志框架的选择就没那么随意了

比如项目中用到的某个组件使用 log4j 来打印日志，而我们项目本身使用的是 logback，将组件引入到项目之后，我们的项目就相当于有了两套日志打印框架
每种日志框架都有自己特有的配置方式，所以我们要针对每种日志框架编写不同的配置文件（比如：日志存储的文件地址、打印日志的格式）
如果引入多个组件，每个组件使用的日志框架都不一样，那日志本身的管理工作就变得非常复杂
为了解决这个问题，我们需要统一日志打印框架

如果你是做 Java 开发的，那 Slf4j 这个日志框架你肯定不陌生，它相当于 JDBC 规范，提供了一套打印日志的统一接口规范
不过它只定义了接口，并没有提供具体的实现，需要配合其他日志框架（log4j、logback ...）来使用
不仅如此，Slf4j 的出现晚于 JUL、JCL、log4j 等日志框架，所以这些日志框架也不可能牺牲掉版本兼容性，将接口改造成符合 Slf4j 接口规范
Slf4j 也事先考虑到了这个问题，所以它不仅仅提供了统一的接口定义，还提供了针对不同日志框架的适配器，对不同日志框架的接口进行二次封装，适配成统一的 Slf4j 接口定义

package org.slf4j;
 
// slf4j 统一的接口定义
public interface Logger {
 
    public boolean isTraceEnabled();
 
    public void trace(String msg);
 
    public void trace(String format, Object arg);
 
    public void trace(String format, Object arg1, Object arg2);
 
    public void trace(String format, Object[] argArray);
 
    public void trace(String msg, Throwable t);
 
    public boolean isDebugEnabled();
 
    public void debug(String msg);
 
    public void debug(String format, Object arg);
 
    public void debug(String format, Object arg1, Object arg2)
 
    public void debug(String format, Object[] argArray)
 
    public void debug(String msg, Throwable t);
 
    // 省略 info、warn、error 等一堆接口 ...
}

package org.slf4j.impl;
 
// log4j 日志框架的适配器
// Log4jLoggerAdapter 实现了 LocationAwareLogger接口
// 而 LocationAwareLogger 继承自 Logger 接口
// 也就相当于 Log4jLoggerAdapter 实现了 Logger 接口
public final class Log4jLoggerAdapter extends MarkerIgnoringBase implements LocationAwareLogger, Serializable {
    final transient org.apache.log4j.Logger logger; // log4j
 
    public boolean isDebugEnabled() {
        return logger.isDebugEnabled();
    }
 
    public void debug(String msg) {
        logger.log(FQCN, Level.DEBUG, msg, null);
    }
 
    public void debug(String format, Object arg) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            FormattingTuple ft = MessageFormatter.format(format, arg);
            logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
        }
    }
 
    public void debug(String format, Object arg1, Object arg2) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            FormattingTuple ft = MessageFormatter.format(format, arg1, arg2);
            logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
        }
    }
 
    public void debug(String format, Object[] argArray) {
        if (logger.isDebugEnabled()) {
            FormattingTuple ft = MessageFormatter.arrayFormat(format, argArray);
            logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
        }
    }
 
    public void debug(String msg, Throwable t) {
        logger.log(FQCN, Level.DEBUG, msg, t);
    }
 
    // ... 省略一堆接口的实现 ...
}

所以在开发业务系统或者开发框架、组件的时候，我们统一使用 Slf4j 提供的接口来编写打印日志的代码
具体使用哪种日志框架实现（log4j、logback ...）
是可以动态地指定的（使用 Java 的 SPI 技术，这里我不多解释，你自行研究吧），只需要将相应的 SDK 导入到项目中即可

不过你可能会说，如果一些老的项目没有使用 Slf4j，而是直接使用比如 JCL 来打印日志，那如果想要替换成其他日志框架，比如 log4j，该怎么办呢
实际上 Slf4j 不仅仅提供了从其他日志框架到 Slf4j 的适配器，还提供了反向适配器，也就是从 Slf4j 到其他日志框架的适配
我们可以先将 JCL 切换为 Slf4j，然后再将 Slf4j 切换为 log4j，经过两次适配器的转换，我们能就成功将 log4j 切换为了 logback