Java開發中的23種設計模式詳解之二：7種結構型模式

Mr_Alexander發表於2016-05-23
Java設計模式

我們接著討論設計模式，上篇文章我講完了5種建立型模式，這章開始，我將講下7種結構型模式：介面卡模式、裝飾模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。其中物件的介面卡模式是各種模式的起源，我們看下面的圖：

 介面卡模式將某個類的介面轉換成客戶端期望的另一個介面表示，目的是消除由於介面不匹配所造成的類的相容性問題。主要分為三類：類的介面卡模式、物件的介面卡模式、介面的介面卡模式。首先，我們來看看類的介面卡模式，先看類圖：

核心思想就是：有一個Source類，擁有一個方法，待適配，目標介面時Targetable，通過Adapter類，將Source的功能擴充套件到Targetable裡，看程式碼：

  1. public class Source {  
  2.   
  3.     public void method1() {  
  4.         System.out.println("this is original method!");  
  5.     }  
  6. }  
  1. public interface Targetable {  
  2.   
  3.     /* 與原類中的方法相同 */  
  4.     public void method1();  
  5.   
  6.     /* 新類的方法 */  
  7.     public void method2();  
  8. }  
  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類繼承Source類，實現Targetable介面，下面是測試類：

  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. }  

輸出：

this is original method!
this is the targetable method!

這樣Targetable介面的實現類就具有了Source類的功能。

物件的介面卡模式

基本思路和類的介面卡模式相同，只是將Adapter類作修改，這次不繼承Source類，而是持有Source類的例項，以達到解決相容性的問題。看圖：

 

只需要修改Adapter類的原始碼即可：

  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. }  

測試類：

  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. }  

輸出與第一種一樣，只是適配的方法不同而已。

第三種介面卡模式是介面的介面卡模式，介面的介面卡是這樣的：有時我們寫的一個介面中有多個抽象方法，當我們寫該介面的實現類時，必須實現該介面的所有方法，這明顯有時比較浪費，因為並不是所有的方法都是我們需要的，有時只需要某一些，此處為了解決這個問題，我們引入了介面的介面卡模式，藉助於一個抽象類，該抽象類實現了該介面，實現了所有的方法，而我們不和原始的介面打交道，只和該抽象類取得聯絡，所以我們寫一個類，繼承該抽象類，重寫我們需要的方法就行。看一下類圖：

這個很好理解，在實際開發中，我們也常會遇到這種介面中定義了太多的方法，以致於有時我們在一些實現類中並不是都需要。看程式碼：

  1. public interface Sourceable {  
  2.       
  3.     public void method1();  
  4.     public void method2();  
  5. }  

抽象類Wrapper2：

  1. public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  
  2.       
  3.     public void method1(){}  
  4.     public void method2(){}  
  5. }  
  1. public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  
  2.     public void method1(){  
  3.         System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  
  4.     }  
  5. }  
  1. public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  
  2.     public void method2(){  
  3.         System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  
  4.     }  
  5. }  
  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. }  

測試輸出：

the sourceable interface's first Sub1!
the sourceable interface's second Sub2!

達到了我們的效果！

 講了這麼多，總結一下三種介面卡模式的應用場景：

類的介面卡模式：當希望將一個類轉換成滿足另一個新介面的類時，可以使用類的介面卡模式，建立一個新類，繼承原有的類，實現新的介面即可。

物件的介面卡模式：當希望將一個物件轉換成滿足另一個新介面的物件時，可以建立一個Wrapper類，持有原類的一個例項，在Wrapper類的方法中，呼叫例項的方法就行。

介面的介面卡模式：當不希望實現一個介面中所有的方法時，可以建立一個抽象類Wrapper，實現所有方法，我們寫別的類的時候，繼承抽象類即可。

7、裝飾模式（Decorator）

顧名思義，裝飾模式就是給一個物件增加一些新的功能，而且是動態的，要求裝飾物件和被裝飾物件實現同一個介面，裝飾物件持有被裝飾物件的例項，關係圖如下：

Source類是被裝飾類，Decorator類是一個裝飾類，可以為Source類動態的新增一些功能，程式碼如下：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method();  
  3. }  
  1. public class Source implements Sourceable {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public void method() {  
  5.         System.out.println("the original method!");  
  6.     }  
  7. }  
  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. }  

測試類：

  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. }  

輸出：

before decorator!
the original method!
after decorator!

裝飾器模式的應用場景：

1、需要擴充套件一個類的功能。

2、動態的為一個物件增加功能，而且還能動態撤銷。（繼承不能做到這一點，繼承的功能是靜態的，不能動態增刪。）

缺點：產生過多相似的物件，不易排錯！

8、代理模式（Proxy）

其實每個模式名稱就表明了該模式的作用，代理模式就是多一個代理類出來，替原物件進行一些操作，比如我們在租房子的時候回去找中介，為什麼呢？因為你對該地區房屋的資訊掌握的不夠全面，希望找一個更熟悉的人去幫你做，此處的代理就是這個意思。再如我們有的時候打官司，我們需要請律師，因為律師在法律方面有專長，可以替我們進行操作，表達我們的想法。先來看看關係圖：

 

根據上文的闡述，代理模式就比較容易的理解了，我們看下程式碼：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method();  
  3. }  
  1. public class Source implements Sourceable {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public void method() {  
  5.         System.out.println("the original method!");  
  6.     }  
  7. }  
  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. }  

測試類：

  1. public class ProxyTest {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.         Sourceable source = new Proxy();  
  5.         source.method();  
  6.     }  
  7.   
  8. }  

輸出：

before proxy!
the original method!
after proxy!

代理模式的應用場景：

如果已有的方法在使用的時候需要對原有的方法進行改進，此時有兩種辦法：

1、修改原有的方法來適應。這樣違反了“對擴充套件開放，對修改關閉”的原則。

2、就是採用一個代理類呼叫原有的方法，且對產生的結果進行控制。這種方法就是代理模式。

使用代理模式，可以將功能劃分的更加清晰，有助於後期維護！

9、外觀模式（Facade）

外觀模式是為了解決類與類之家的依賴關係的，像spring一樣，可以將類和類之間的關係配置到配置檔案中，而外觀模式就是將他們的關係放在一個Facade類中，降低了類類之間的耦合度，該模式中沒有涉及到介面，看下類圖：（我們以一個計算機的啟動過程為例）

我們先看下實現類：

  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. }  
  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. }  
  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. }  
  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類如下：

  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. }  

輸出：

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!

如果我們沒有Computer類，那麼，CPU、Memory、Disk他們之間將會相互持有例項，產生關係，這樣會造成嚴重的依賴，修改一個類，可能會帶來其他類的修改，這不是我們想要看到的，有了Computer類，他們之間的關係被放在了Computer類裡，這樣就起到了解耦的作用，這，就是外觀模式！

10、橋接模式（Bridge）

橋接模式就是把事物和其具體實現分開，使他們可以各自獨立的變化。橋接的用意是：將抽象化與實現化解耦，使得二者可以獨立變化，像我們常用的JDBC橋DriverManager一樣，JDBC進行連線資料庫的時候，在各個資料庫之間進行切換，基本不需要動太多的程式碼，甚至絲毫不用動，原因就是JDBC提供統一介面，每個資料庫提供各自的實現，用一個叫做資料庫驅動的程式來橋接就行了。我們來看看關係圖：

實現程式碼：

先定義介面：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method();  
  3. }  

分別定義兩個實現類：

  1. public class SourceSub1 implements Sourceable {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public void method() {  
  5.         System.out.println("this is the first sub!");  
  6.     }  
  7. }  
  1. public class SourceSub2 implements Sourceable {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public void method() {  
  5.         System.out.println("this is the second sub!");  
  6.     }  
  7. }  

定義一個橋，持有Sourceable的一個例項：

  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. }  
  1. public class MyBridge extends Bridge {  
  2.     public void method(){  
  3.         getSource().method();  
  4.     }  
  5. }  

測試類：

  1. public class BridgeTest {  
  2.       
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.           
  5.         Bridge bridge = new MyBridge();  
  6.           
  7.         /*呼叫第一個物件*/  
  8.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  
  9.         bridge.setSource(source1);  
  10.         bridge.method();  
  11.           
  12.         /*呼叫第二個物件*/  
  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!

這樣，就通過對Bridge類的呼叫，實現了對介面Sourceable的實現類SourceSub1和SourceSub2的呼叫。接下來我再畫個圖，大家就應該明白了，因為這個圖是我們JDBC連線的原理，有資料庫學習基礎的，一結合就都懂了。

11、組合模式（Composite）

組合模式有時又叫部分-整體模式在處理類似樹形結構的問題時比較方便，看看關係圖：

直接來看程式碼：

  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.     //新增孩子節點  
  28.     public void add(TreeNode node){  
  29.         children.add(node);  
  30.     }  
  31.       
  32.     //刪除孩子節點  
  33.     public void remove(TreeNode node){  
  34.         children.remove(node);  
  35.     }  
  36.       
  37.     //取得孩子節點  
  38.     public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  
  39.         return children.elements();  
  40.     }  
  41. }  
  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. }  

使用場景：將多個物件組合在一起進行操作，常用於表示樹形結構中，例如二叉樹，數等。

12、享元模式（Flyweight）

享元模式的主要目的是實現物件的共享，即共享池，當系統中物件多的時候可以減少記憶體的開銷，通常與工廠模式一起使用。

FlyWeightFactory負責建立和管理享元單元，當一個客戶端請求時，工廠需要檢查當前物件池中是否有符合條件的物件，如果有，就返回已經存在的物件，如果沒有，則建立一個新物件，FlyWeight是超類。一提到共享池，我們很容易聯想到Java裡面的JDBC連線池，想想每個連線的特點，我們不難總結出：適用於作共享的一些個物件，他們有一些共有的屬性，就拿資料庫連線池來說，url、driverClassName、username、password及dbname，這些屬性對於每個連線來說都是一樣的，所以就適合用享元模式來處理，建一個工廠類，將上述類似屬性作為內部資料，其它的作為外部資料，在方法呼叫時，當做引數傳進來，這樣就節省了空間，減少了例項的數量。

看個例子：

看下資料庫連線池的程式碼：

  1. public class ConnectionPool {  
  2.       
  3.     private Vector<Connection> pool;  
  4.       
  5.     /*公有屬性*/  
  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.     /*構造方法，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.     /* 返回連線到連線池 */  
  33.     public synchronized void release() {  
  34.         pool.add(conn);  
  35.     }  
  36.   
  37.     /* 返回連線池中的一個資料庫連線 */  
  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. }  
 
通過連線池的管理，實現了資料庫連線的共享，不需要每一次都重新建立連線，節省了資料庫重新建立的開銷，提升了系統的效能！本章講解了7種結構型模式，因為篇幅的問題，剩下的11種行為型模式下章繼續！

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