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深入理解Java设计模式!七大结构型模式详细解析

简介: 本篇文章深入分析了设计模式中的七大结构型设计模式。主要包括适配器模式,装饰器模式,代理模式,外观模式,桥接模式,组合模式和享元模式。通过这篇文章的学习,基本上可以了解程序设计模式中的结构的模式的使用方式和使用场景。

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

在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述

  • 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
- 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

在这里插入图片描述

- 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

在这里插入图片描述

- 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

在这里插入图片描述

  • 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

在这里插入图片描述

- 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

在这里插入图片描述

- 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,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

在这里插入图片描述

- 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

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

- 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

在这里插入图片描述

  • 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
    在这里插入图片描述

    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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