Java中的23中设计模式 (2)

本文转载自http://blog.csdn.net/zhangerqing

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(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：

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：

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public class Source {

    public void method1() {
        System.out.println("this is original method!");
    }
}

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public interface Targetable {

    /* 与原类中的方法相同 */
    public void method1();

    /* 新类的方法 */
    public void method2();
}

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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:

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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。

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:

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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:

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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。

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:

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public interface Sourceable {

    public void method1();
    public void method2();
}

抽象类 Wrapper2:

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public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{

    public void method1(){}
    public void method2(){}
}

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

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

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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） {#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:

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public interface Sourceable {
    public void method();
}

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public class Source implements Sourceable {

    @Override
    public void method() {
        System.out.println("the original method!");
    }
}

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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:

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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：
需要扩展一个类的功能。
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) {#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:

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public interface Sourceable {
    public void method();
}

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public class Source implements Sourceable {

    @Override
    public void method() {
        System.out.println("the original method!");
    }
}

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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:

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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：
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。
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 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:

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public class CPU {

    public void startup(){
        System.out.println("cpu startup!");
    }

    public void shutdown(){
        System.out.println("cpu shutdown!");
    }
}

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public class CPU {

    public void startup(){
        System.out.println("cpu startup!");
    }

    public void shutdown(){
        System.out.println("cpu shutdown!");
    }
}

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public class Disk {

    public void startup(){
        System.out.println("disk startup!");
    }

    public void shutdown(){
        System.out.println("disk shutdown!");
    }
}

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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:

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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 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: 实现代码: 先定义接口:

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public interface Sourceable {
    public void method();
}

分别定义两个实现类:

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public class SourceSub1 implements Sourceable {

    @Override
    public void method() {
        System.out.println("this is the first sub!");
    }
}

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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:

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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;
    }
}

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

测试类:

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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 composite}

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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:

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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();
    }
}

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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 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:

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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！