深入理解Java设计模式！七大结构型模式详细解析

2021-09-02 15:07:32

结构型模式

适配器模式(Adapter Pattern)

  • 对象的适配器模式是各种结构型模式的起源

深入理解Java设计模式！七大结构型模式详细解析

  • 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: 消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题

  • 适配器模式主要分为三类:

    • 类的适配器模式
    • 对象的适配器模式
    • 接口的适配器模式
类的适配器模式

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  • 核心思想: 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
- Source
public class Source{
    public void method1(){
        System.out.println("This is original method!");
    }
} 

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

    /* 新类方法 */
    public void method2();
}

- Adapter
public class Adapter extends Source implemments Targetable{
    @Override
    public void method2(){
        System.out.println("This is the targetable method!");
    }
}
  • Adapter类继承Source类,实现Targetable接口:
- AdapterTest
public class AdapterTest{
    public static void main(String[] args){
        Targetable target=new Adapter();
        target.method1();
        target.method2();
    }
}
  • 这样Targetable接口的实现类就具有Source类的功能
对象的适配器模式
  • 基本思路和类的适配器相同,只是将Adapter类作修改 ,不继承Source类,而是持有Source类的实例,以达到解决兼容性问题

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- Wrapper
public class Wrapper implements Targetable{
    private Source source;

    public Wrapper(Source source){
        super();
        this.source=source;
    }

    @Override
    public void method1(){
        source.method1();
    }

    @override
    public void method2(){
        System.out.println("This is the targetable method!");
    }
}




- Test
public class AdapterTest{
    public static void main(String[] args){
        Source source=new Source();
        Targetable target=new Wrapper(source);
        target.method1();
        target.nethod2();
    }
}
接口的适配器模式
  • 一个接口中有多个抽象方法,当写该接口的实现类时,必须实现该接口的所有方法,这样明显比较浪费,因为并不是所有的方法都是需要用到的,有时只要引入一些即可.为了解决这样的问题,引入了接口适配器模式
  • 接口适配器模式: 借助于一个抽象类,该抽象类实现了该接口以及所有的方法,只需要和该抽象类进行联系即可.
  • 只需要写一个类,继承该抽象类,重写需要用到的方法

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- Sourceable
public interface Sourceable{
    public void method1();
    public void method2();
}




- Wrapper-抽象类
public abstract class Wrapper implements Sourceable{
    public void method1(){}

    public void method2(){}
}




- SourceSub1
public class SourceSub1 extends Wrapper{
    public void method1(){
        System.out.println("The sourceable interface's first Sub");
    }
}




- SourceSub2
public class SourceSub2 extends Wrapper(){
    public void method2(){
        System.out.println("The Sourceable interface's second Sub");
    }
}




- WrapperTest
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();
    }
}

  • 三种适配器模式的应用场景:

    • 类的适配器模式:

      • 当希望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:

      • 当希望一个对象转换成满足另一个新接口的对象时,可以使用对象的适配器模式
      • 创建一个Wrapper类,持有原类的一个实例,在Wrapper类的方法中,调用实例的方法即可

    • 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,可以使用接口的适配器模式
      • 创建一个抽象类Wrapper,实现所有方法,写其它类时,只要继承抽象类即可

装饰器模式(Decorator)

  • 装饰器模式: 给一个对象动态地增加一些新的功能
  • 装饰器模式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

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  • Source类时被装饰类 ,Decorator类是装饰类,可以为Source类动态地增加一些功能:
- Sourceable
public interface Sourceable{
    public void method();
}




- Source
public class Source implements Sourceable{
    @Override
    public void method(){
        System.out.println("The original method!");
    }
}




- Decorator
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!");
    }
}




-Test
public class DecoratorTest{
    public static void main(String[] args){
        Sourceable source=new Source();
        Sourceable obj=new Decorator(source);
        obj.method();
    }
}

  • 装饰器模式应用场景:

    • 需要扩展一个类的功能
    • 动态地为一个对象增加功能,而且还能动态地撤销(继承的功能是静态的,不能动态增删)
  • 装饰器模式的缺点: 产生过多类似的对象,不易排错

代理模式(Proxy)

  • 代理模式: 创建一个代理类,替原对象进行一些操作

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- Sourceable
public interface Sourceable{
    public void method();
}




- Source
public class Source implements Sourceable{
    @Override
    public void method(){
        System.out.println("The original method!");
    }
}




- Proxy
public class Proxy implements Sourceable{
    private Source source;
    public Proxy(){
        super();
        this.source=new Source;
    }

    @Override
    public void method(){
        before();
        source.method();
        after();
    }

    public void before(){
        System.out.println("Before Proxy!");    
    }
    
    public void after(){
        System.out.println("After Proxy!");
    }    
}




- ProxyTest
public class ProxyTest{
    public static void main(String[] args){
        Sourceable source=new Proxy();
        source.method();
    }
}

  • 代理模式的应用场景:

    • 已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进,有两种方法:

      • 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 .不推荐使用
      • 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. 即代理模式
  • 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

外观模式(Facade)

  • 在Spring中,可以将类与类之间的关系配置到配置文件中
  • 外观模式: 为了解决类与类之间的依赖关系,将类鱼雷之间的关系放到一个Facade类中,降低类与类之间的耦合度,该模式中没有涉及到接口

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

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




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

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




- Disk
public class Disk{
    public void startup(){
        System.out.println("Disk startup!");
    }

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




- Computer
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 the 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
public class User{
    public static void main(String[] args){
        Computer computer=new Computer();
        computer.startup();
        computer.shutdown();
    }
}
  • 如果没有Computer类 ,CPU,Memory,Disk之间会互相持有实例,产生关系,这样会造成严重依赖
  • 修改一个类,可能会带来其它类的修改
  • 有了Computer类,各个类之间的关系就放在类Computer类里,这样就起到解耦的作用

桥接模式(Bridge)

  • 桥接模式: 将事物和具体实现分开,二者可以各自独立的变化

  • 将抽象化与实现化解耦,使得二者可以独立变化:

    • JDBC桥DriverManager:

      • JDBC连接数据库的时候,在各个数据库之间进行切换,基本不需要改动太多的代码,甚至一点不用改动
      • 原因在于JDBC提供统一接口,每个数据库提供各自实现,用一个叫作数据库驱动的程序来桥接即可

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- Sourceable
public interface Sourceable{
    public void method();
}




- SourceSub1
public class SourceSub1 implements Sourceable{
    @Override
    public void method(){
        System.out.println("This is the first sub!");
    }
}




- SourceSub2
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 getSource(Sourceable source){
        this.source=source;
    }
}




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




- BridgeTest
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();
    }
}
  • 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
  • 示例: JDBC连接原理

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组合模式(Composite)

  • 组合模式: 部分-整体模式,在处理类似树形结构的问题时比较方便

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- TreeNode
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);
    }

    /* 获得孩子节点 */
    public Enumeration<TreeNode> getChildren(){
        return children.elements();
    }
}




- Tree
public class Tree{
    TreeNode root=null;

    public Tree(String name){
        root=new TreeNode(name);
    }

    public 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!");
    }
}

  • 组合模式使用场景:

    • 将多个对象组合在一起进行操作
    • 常用于表示树形结构中:二叉树

享元模式

  • 享元模式: 主要目的是实现对象共享,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

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  • 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,就创建一个新对象
  • FlyWeight: 超类

  • 共享的对象的特点:

    • 共享对象有一些共同的属性
    • 这些属性对于每个连接来说都是一样的

  • 基于共享对象的特点,可以用享元模式处理共享对象:

    • 将类似属性作为内部数据
    • 其它的属性作为外部数据
    • 在方法调用时,当作参数传进来
  • 这样可以节省内存空间,减少实例的数量

  • 示例: 数据库连接池
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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,负责初始化 */
   private ConnectionPool(){
       pool = new Vector<Connection>(poolSize);
       
       for(int i=0;i<poolSize;i++){
           try{
               Class.forName(driverClassName);
               conn=DriverManager.getConnection(url,user,password);
               pool.add(conn);
       }catch(ClassNotFoundException e){
               e.printStackTrace();
       }catch(SQLEXception e){
               e.printStackTrace();
       }

}

/* 返回连接到连接池 */
public sysnchronized void release(){
        pool.add(conn);
}

/* 返回连接池中的一个数据库 */
public syschronized Connection getConnection(){
        if(pool.size()>0){
            Connection conn=pool.get(0);
            pool.remove(conn);
            return conn;
        }else{
            return null;
        }
}

}

- **通过连接池的连接,实现数据库连接的共享:**
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