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:

[java] view plaincopy

  1. public class Source {  

  2.   

  3.     public void method1() {  

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

  5.     }  

  6. }  

[java] view plaincopy

  1. public interface Targetable {  

  2.   

  3.     /* 与原类中的方法相同 */  

  4.     public void method1();  

  5.   

  6.     /* 新类的方法 */  

  7.     public void method2();  

  8. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Adapter extends Source implements Targetable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method2() {  

  5.         System.out.println("this is the targetable method!");  

  6.     }  

  7. }  

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

[java] view plaincopy

  1. public class AdapterTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Targetable target = new Adapter();  

  5.         target.method1();  

  6.         target.method2();  

  7.     }  

  8. }  

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:

[java] view plaincopy

  1. public class Wrapper implements Targetable {  

  2.   

  3.     private Source source;  

  4.       

  5.     public Wrapper(Source source){  

  6.         super();  

  7.         this.source = source;  

  8.     }  

  9.     @Override  

  10.     public void method2() {  

  11.         System.out.println("this is the targetable method!");  

  12.     }  

  13.   

  14.     @Override  

  15.     public void method1() {  

  16.         source.method1();  

  17.     }  

  18. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class AdapterTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Source source = new Source();  

  5.         Targetable target = new Wrapper(source);  

  6.         target.method1();  

  7.         target.method2();  

  8.     }  

  9. }  

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:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.       

  3.     public void method1();  

  4.     public void method2();  

  5. }  

抽象类Wrapper2:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  

  2.       

  3.     public void method1(){}  

  4.     public void method2(){}  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  

  2.     public void method1(){  

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

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  

  2.     public void method2(){  

  3.         System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class WrapperTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  

  5.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  

  6.           

  7.         source1.method1();  

  8.         source1.method2();  

  9.         source2.method1();  

  10.         source2.method2();  

  11.     }  

  12. }  

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:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Source implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

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

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Decorator implements Sourceable {  

  2.   

  3.     private Sourceable source;  

  4.       

  5.     public Decorator(Sourceable source){  

  6.         super();  

  7.         this.source = source;  

  8.     }  

  9.     @Override  

  10.     public void method() {  

  11.         System.out.println("before decorator!");  

  12.         source.method();  

  13.         System.out.println("after decorator!");  

  14.     }  

  15. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class DecoratorTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source = new Source();  

  5.         Sourceable obj = new Decorator(source);  

  6.         obj.method();  

  7.     }  

  8. }  

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:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Source implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

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

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Proxy implements Sourceable {  

  2.   

  3.     private Source source;  

  4.     public Proxy(){  

  5.         super();  

  6.         this.source = new Source();  

  7.     }  

  8.     @Override  

  9.     public void method() {  

  10.         before();  

  11.         source.method();  

  12.         atfer();  

  13.     }  

  14.     private void atfer() {  

  15.         System.out.println("after proxy!");  

  16.     }  

  17.     private void before() {  

  18.         System.out.println("before proxy!");  

  19.     }  

  20. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class ProxyTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source = new Proxy();  

  5.         source.method();  

  6.     }  

  7.   

  8. }  

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:

[java] view plaincopy

  1. public class CPU {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("cpu startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("cpu shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Memory {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

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

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

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

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Disk {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

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

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

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

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Computer {  

  2.     private CPU cpu;  

  3.     private Memory memory;  

  4.     private Disk disk;  

  5.       

  6.     public Computer(){  

  7.         cpu = new CPU();  

  8.         memory = new Memory();  

  9.         disk = new Disk();  

  10.     }  

  11.       

  12.     public void startup(){  

  13.         System.out.println("start the computer!");  

  14.         cpu.startup();  

  15.         memory.startup();  

  16.         disk.startup();  

  17.         System.out.println("start computer finished!");  

  18.     }  

  19.       

  20.     public void shutdown(){  

  21.         System.out.println("begin to close the computer!");  

  22.         cpu.shutdown();  

  23.         memory.shutdown();  

  24.         disk.shutdown();  

  25.         System.out.println("computer closed!");  

  26.     }  

  27. }  

User类如下:

[java] view plaincopy

  1. public class User {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Computer computer = new Computer();  

  5.         computer.startup();  

  6.         computer.shutdown();  

  7.     }  

  8. }  

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:

实现代码:

先定义接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

分别定义两个实现类:

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub1 implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

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

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub2 implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

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

  6.     }  

  7. }  

定义一个桥,持有Sourceable的一个实例:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class Bridge {  

  2.     private Sourceable source;  

  3.   

  4.     public void method(){  

  5.         source.method();  

  6.     }  

  7.       

  8.     public Sourceable getSource() {  

  9.         return source;  

  10.     }  

  11.   

  12.     public void setSource(Sourceable source) {  

  13.         this.source = source;  

  14.     }  

  15. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyBridge extends Bridge {  

  2.     public void method(){  

  3.         getSource().method();  

  4.     }  

  5. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class BridgeTest {  

  2.       

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.           

  5.         Bridge bridge = new MyBridge();  

  6.           

  7.         /*调用第一个对象*/  

  8.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  

  9.         bridge.setSource(source1);  

  10.         bridge.method();  

  11.           

  12.         /*调用第二个对象*/  

  13.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  

  14.         bridge.setSource(source2);  

  15.         bridge.method();  

  16.     }  

  17. }  

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:

直接来看代码:

[java] view plaincopy

  1. public class TreeNode {  

  2.       

  3.     private String name;  

  4.     private TreeNode parent;  

  5.     private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();  

  6.       

  7.     public TreeNode(String name){  

  8.         this.name = name;  

  9.     }  

  10.   

  11.     public String getName() {  

  12.         return name;  

  13.     }  

  14.   

  15.     public void setName(String name) {  

  16.         this.name = name;  

  17.     }  

  18.   

  19.     public TreeNode getParent() {  

  20.         return parent;  

  21.     }  

  22.   

  23.     public void setParent(TreeNode parent) {  

  24.         this.parent = parent;  

  25.     }  

  26.       

  27.     //添加孩子节点  

  28.     public void add(TreeNode node){  

  29.         children.add(node);  

  30.     }  

  31.       

  32.     //删除孩子节点  

  33.     public void remove(TreeNode node){  

  34.         children.remove(node);  

  35.     }  

  36.       

  37.     //取得孩子节点  

  38.     public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  

  39.         return children.elements();  

  40.     }  

  41. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Tree {  

  2.   

  3.     TreeNode root = null;  

  4.   

  5.     public Tree(String name) {  

  6.         root = new TreeNode(name);  

  7.     }  

  8.   

  9.     public static void main(String[] args) {  

  10.         Tree tree = new Tree("A");  

  11.         TreeNode nodeB = new TreeNode("B");  

  12.         TreeNode nodeC = new TreeNode("C");  

  13.           

  14.         nodeB.add(nodeC);  

  15.         tree.root.add(nodeB);  

  16.         System.out.println("build the tree finished!");  

  17.     }  

  18. }  

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:

[java] view plaincopy

  1. public class ConnectionPool {  

  2.       

  3.     private Vector<Connection> pool;  

  4.       

  5.     /*公有属性*/  

  6.     private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  

  7.     private String username = "root";  

  8.     private String password = "root";  

  9.     private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  

  10.   

  11.     private int poolSize = 100;  

  12.     private static ConnectionPool instance = null;  

  13.     Connection conn = null;  

  14.   

  15.     /*构造方法,做一些初始化工作*/  

  16.     private ConnectionPool() {  

  17.         pool = new Vector<Connection>(poolSize);  

  18.   

  19.         for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  

  20.             try {  

  21.                 Class.forName(driverClassName);  

  22.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  

  23.                 pool.add(conn);  

  24.             } catch (ClassNotFoundException e) {  

  25.                 e.printStackTrace();  

  26.             } catch (SQLException e) {  

  27.                 e.printStackTrace();  

  28.             }  

  29.         }  

  30.     }  

  31.   

  32.     /* 返回连接到连接池 */  

  33.     public synchronized void release() {  

  34.         pool.add(conn);  

  35.     }  

  36.   

  37.     /* 返回连接池中的一个数据库连接 */  

  38.     public synchronized Connection getConnection() {  

  39.         if (pool.size() > 0) {  

  40.             Connection conn = pool.get(0);  

  41.             pool.remove(conn);  

  42.             return conn;  

  43.         } else {  

  44.             return null;  

  45.         }  

  46.     }  

  47. }  

 

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!