Java之23种设计模式解析(二)
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Java之23种设计模式解析(二)
wersdffg 发表于3年前
Java之23种设计模式解析(二)
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B、结构模式(7 种)
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:

6、适配器模式
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。
01、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:

public class Source {  

      public void method1() {  

          System.out.println("this is original method!");  

      }  

}
public interface Targetable {  

      /* 与原类中的方法相同 */  

      public void method1();  

       /* 新类的方法 */  

      public void method2();  

 }
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:

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。
02、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:

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:

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。
03、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:

public interface Sourceable {  

      public void method1();  

      public void method2();  

}

抽象类 Wrapper2:

public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  

      public void method1(){}  

      public void method2(){}  

}
public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  

      public void method1(){  

          System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  

      }  

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

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:

public interface Sourceable {  

      public void method();  

 }
public class Source implements Sourceable {  

      @Override  

      public void method() {  

          System.out.println("the original method!");  

      }  

}
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!");  

      }  

}
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!
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:

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:

public interface Sourceable {  

      public void method();  

 }
public class Source implements Sourceable {  

      @Override  

      public void method() {  

          System.out.println("the original method!");  

      }  

}
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:

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!
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)

我们先看下实现类:

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

     public void startup(){  

         System.out.println("memory startup!");  

     }          

     public void shutdown(){  

         System.out.println("memory shutdown!");  

     }  

}
public class Disk {  

      public void startup(){  

          System.out.println("disk startup!");  

      }  

      public void shutdown(){  

          System.out.println("disk shutdown!");  

      }  

}
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:

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)
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:

先定义接口:

public interface Sourceable {  

      public void method();  

}

分别定义两个实现类:

public class SourceSub1 implements Sourceable {      

      @Override  

      public void method() {  

          System.out.println("this is the first sub!");  

      }  

 }
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:

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;  

      }  

 }
public class MyBridge extends Bridge {  

     public void method(){  

          getSource().method();  

      }  

}

测试类:

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)
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:

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();  
      }  
 }
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)
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。

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:

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;  
          }  
      }  
}

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!

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