Java设计模式之结构型七大模式

这一篇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：



下面我对这七个模式，进行的是自己我总结和对比，具体见图：



下面开始讲这七个模式

1 适配器模式

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。

1，1类的适配器模式，先看类图：



核心思想就是：有一个Source类，拥有一个方法，待适配，目标接口时Targetable，通过Adapter类，将Source的功能扩展到Targetable里，看代码：

Source类：

package adapter;

publicclassSource {

publicvoid method1() {

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

}

}

Targetable类（接口）；
package adapter;

publicinterfaceTargetable {

//原来类中的方法

publicvoid method1();

//新类中的方法

publicvoid method2();

}Adapter类：
package adapter;

publicclassAdapter extendsSource implementsTargetable{

@Override

publicvoid method2() {

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

}
}Test类；
package adapter;

publicclassTest {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Targetabletab = newAdapter();

tab.method1();

tab.method2();

}

}
1，2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：
Wrapper类；

package adapter;

publicclassWrapper implementsTargetable{

private Source source = null;

public Wrapper(Source source){

super();

this.source=source;

}
@Override

publicvoid method1() {

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

}

@Override

publicvoid method2() {

source.method1();

}

}

testForClass类：

package adapter;

publicclasstestForClass {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Sourcesource = newSource();

Wrapperwr = newWrapper(source);

wr.method1();

wr.method2();

}

}
输出与第一种一样，只是适配的方法不同而已。
1，3 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：
Eg：Sourceable类（接口）：

package adapter.OfInterface;

publicinterfaceSourceable {

publicvoid method1();

publicvoid method2();

}

Wrapper类（抽象类）：

package adapter.OfInterface;

publicabstractclassWrapper implementsSourceable{

@Override

publicvoid method1() {}

@Override

publicvoid method2() {}
}SourceSub1（接口实现类1）：

package adapter.OfInterface;

publicclassSourceSub1 extendsWrapper{

publicvoid method1() {

System.out.println("this is SourceSub1!");

}

}

SourceSub2（接口实现类2）：

package adapter.OfInterface;

publicclassSourceSub2 extendsWrapper{

publicvoid method2() {

System.out.println("this is SourceSub2!");

}

}测试类：

package adapter.OfInterface;

publicclassTest {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Sourceablesou1 = newSourceSub1();

Sourceablesou2 = newSourceSub2();

sou1.method1();

sou1.method2();//不输出结果

sou2.method1();//不输出结果

sou2.method2();

}

}

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。

2、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：

Sourceable接口：

package Decorator;

publicinterfaceSourceable {

publicvoid method();

}

Source类（被修饰类）；

package Decorator;

publicclassSource implementsSourceable{

@Override

publicvoid method() {

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

}

}

Decotator（修饰）类：

package Decorator;

publicclassDecorator implementsSourceable{

private Sourceable source = null;

public Decorator(Sourceablesource) {

super();

this.source = source;

}

@Override

publicvoid method() {

System.out.println("before decorate!");

source.method();

System.out.println("after decorate!");

}

}测试类:

package Decorator;

publicclasstest {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Sourceablesou1 = newSource();

Sourceablesou2 = new Decorator(sou1);

sou2.method();

}

}

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！
3、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：



Eg：Sourceable（接口）：

package Proxy;

publicinterfaceSourceable {

publicvoid method();

}

Source类；

package Proxy;

publicclassSource implementsSourceable{
@Override
publicvoid method() {

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

}
}Proxy类；

package Proxy;

publicclassProxy implementsSourceable{

private Source source;

public Proxy() {

super();

this.source = new Source();

}

@Override

publicvoid method() {

before();

source.method();

after();

}

publicvoid before() {

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

}

publicvoid after() {

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

}

}

Test类：

package Proxy;

publicclasstest {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Sourceablesou = newProxy();

sou.method();

}

}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！
4、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）



CPU类；

package Facade;

publicclassCPU {

publicvoid startup() {

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

}

publicvoid shutdown() {

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

}

}

Memory类：

package Facade;

publicclassMemory {

publicvoid startup() {

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

}

publicvoid shutdown() {

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

}

}Computer类；

package Facade;

publicclassComputer {

private CPU cpu;

private Memory memory;

public Computer() {

cpu = new CPU();

memory = newMemory();

}

publicvoid startup() {

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

cpu.startup();

memory.startup();

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

}

publicvoid shutdown() {

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

cpu.shutdown();

memory.shutdown();

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

}

}

测试类：

package Facade;

publicclassTest {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Computercop = newComputer();

cop.startup();

cop.shutdown();

}

}输出结果：
start computer!

cpu startup!
memory startup!
start computer finished
begin to close the computer!
cpu shutdown!
memory 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！

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来桥接就行了。我们来看看关系图：



Eg：Sourceable类：

package Bridge;

publicinterfaceSourceable {

publicvoid method();

}

SourceSub1类

package Bridge;

publicclassSourceSub1 implementsSourceable{

@Override

publicvoid method() {

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

}

}SourceSub2类：

package Bridge;

publicclassSourceableSub2 implements Sourceable{

@Override

publicvoid method() {

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

}

}

Bridge类：
package Bridge;

publicabstractclassBridge {

private Sourceable source;

publicvoid method() {

source.method();

}

publicvoid setSource(Sourceablesource) {

this.source = source;

}

public Sourceable getSource(){

returnsource;

}

}MyBridge类：
package Bridge;

publicclassMyBridge extendsBridge {

publicvoid method() {

getSource().method();

}

}Test类：

package Bridge;

publicclasstest {

publicstaticvoid main(String[] args) {

Bridgebridge = newMyBridge();

Sourceablesou1 = newSourceSub1();

bridge.setSource(sou1);

bridge.method();

Sourceablesou2 = newSourceSub1();

bridge.setSource(sou2);

bridge.method();

}

}

输出结果：
this is the first sub!

this is the first 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。



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：
 


Eg：TreeNode.java

package Composite;

import java.util.Enumeration;

import java.util.Vector;

publicclassTreeNode {

private String name;

private TreeNode parent;

private Vector<TreeNode> children = newVector<TreeNode>();

public TreeNode(String name) {

this.name=name;

}

public String getName() {

returnname;

}

publicvoid setName(String name) {

this.name = name;

}

public TreeNode getParent() {

returnparent;

}

publicvoid setParent(TreeNodeparent) {

this.parent = parent;

}

//添加孩子节点

publicvoid add(TreeNode node) {

children.add(node);

}

//删除孩子节点

publicvoid remove(TreeNode node) {

children.remove(node);

}

//取得孩子节点

public Enumeration<TreeNode>getChildren() {

returnchildren.elements();

}

}

Tree类：
package Composite;

publicclassTree {

TreeNoderoot= null;

public Tree(String name) {

root = new TreeNode(name);

}

publicstaticvoid main(String[] args) {

Treetree = newTree("A");

TreeNodenodeA = newTreeNode("A");

TreeNodenodeB = newTreeNode("B");

nodeA.add(nodeB);

tree.root.add(nodeB);

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

}

}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，树等。

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。
看个例子：



看下数据库连接池的代码：

ConnectinPool类：

package Flyweight;

import java.sql.Connection;

import java.sql.DriverManager;

import java.sql.SQLException;

import java.util.Vector;

publicclassConnectionPool {

privateVector<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";

privateintpoolSize = 100;

privatestatic ConnectionPool instance = null;

Connectionconn= null;

//构造方法，做一些初始化工作

private ConnectionPool() {

pool = newVector<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

publicsynchronizedvoid release() {

pool.add(conn);

}

publicsynchronized ConnectiongetConnection() {

if(pool.size() > 0) {

Connectionconn = pool.get(0);

pool.remove(conn);

return conn;

}else{

returnnull;

}

}

}

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！