Java设计模式——结构型模式

Java设计模式中共有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，其关系如下面的图：

1、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。

（1）类的适配器模式

核心思想就是：有一个Source类，其拥有一个方法method1，待适配，目标接口时Targetable，通过Adapter类（继承Source类，实现Targetable接口），从而将Source的功能（method1方法）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。

应用场景：

当希望将一个类转换成满足另一个新接口（一个接口就代表一个功能"able"）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。

在本例中即：我们希望Source 类能转换成满足Targetable 的功能（）的Adapter 类，则可以将Adapter 类来继承Source 类同时实现Targetable的接口。

（2）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。

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。

应用场景：

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。

（3）接口的适配器模式

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。

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!

应用场景：

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。

2、装饰模式（Decorator）

顾名思义，装饰模式就是动态的给一个对象增加一些新的功能，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（这就是装饰的具体操作），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!");
    }
}

测试类：

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!

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！

3、代理模式（Proxy）

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：

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!

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！

对比下装饰模式和代理模式，其实在其内在逻辑是一样的，它们都是通过持有目标实例对象来动态地给目标对象增加功能。

4、外观模式（Facade）

外观模式是为了解决类与类之间的依赖关系的，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，降低了类与类之间的耦合度，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）

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（因为它们是需要有顺序的启动或关闭），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。

5、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DriverManager来桥接就行了。我们来看看关系图：

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（桥连接接口一端）：

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;
    }
}

桥连接客户端一端

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。

其中DriverManager就是桥，这个桥持有Driver这个接口的实例，同时Client客户端再实例化DriverManager对象，完成桥接。

6、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!");
    }
}

应用场景：
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。

7、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。

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。

Java设计模式中结构型模式的7种设计模式全部讲完，再来回顾下文章刚开始的这7种模式的关系图，是不是更清晰了？