Java经典设计模式:七大结构型模式(附实例和详解)



总体来说设计模式分为三大类:创建型模式、结构型模式和行为型模式。

博主的上一篇文章已经提到过创建型模式,此外该文章还有设计模式概况和设计模式的六大原则。设计模式的六大原则是设计模式的核心思想,详情请看博主的另外一篇文章: Java经典设计模式之五大创建模式(附实例和详解)

接下来我们看看结构型模式,共七种: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、享元模式。其中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。其中的对象的适配器模式是各种结构型模式的起源。

一、适配器模式

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。

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。有点抽象,我们来看看详细的内容。

1.1、类的适配器模式

类的适配器模式核心思想就是: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。

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package com.model.structure;
 
public class Source {
    public void method1() { 
        System.out.println("this is original method!"); 
    
}
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package com.model.structure;
 
public interface Targetable {
    /* 与原类中的方法相同 */
    public void method1();
 
    /* 新类的方法 */
    public void method2();
}
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package com.model.structure;
 
public class Adapter extends Source implements Targetable {
    public void method2() {
        System.out.println("this is the targetable method!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class AdapterTest {
    public static void main(String[] args) {
        Targetable target = new Adapter();
        target.method1();
        target.method2();
    }
}

AdapterTest的运行结果:

这里写图片描述

1.2、对象的适配器模式

对象的适配器模式的基本思路和类的适配器模式相同,只是将Adapter类作修改成Wrapper,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。

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package com.model.structure;
 
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();
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class AdapterTest {
    public static void main(String[] args) {
        Source source = new Source();
        Targetable target = new Wrapper(source);
        target.method1();
        target.method2();
    }
}

运行结果跟类的适配器模式例子的一样。

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了。

这里看文字描述已经试够清楚的了,因此就不贴代码实例了。

二、装饰模式

装饰模式:在不必改变原类文件和使用继承的情况下,动态地扩展一个对象的功能。它是通过创建一个包装对象,也就是装饰来包裹真实的对象。

装饰模式的特点:

(1) 装饰对象和真实对象有相同的接口。这样客户端对象就能以和真实对象相同的方式和装饰对象交互。
(2) 装饰对象包含一个真实对象的引用(reference)
(3) 装饰对象接受所有来自客户端的请求。它把这些请求转发给真实的对象。
(4) 装饰对象可以在转发这些请求以前或以后增加一些附加功能。这样就确保了在运行时,不用修改给定对象的结构就可以在外部增加附加的功能。在面向对象的设计中,通常是通过继承来实现对给定类的功能扩展。继承不能做到这一点,继承的功能是静态的,不能动态增删。

具体看看代码实例

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package com.model.structure;
 
public interface Sourceable {
    public void method();
}
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package com.model.structure;
 
public class Source implements Sourceable {
 
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("the original method!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
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!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class DecoratorTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        //(1) 装饰对象和真实对象有相同的接口。这样客户端对象就能以和真实对象相同的方式和装饰对象交互。
        //(2) 装饰对象包含一个真实对象的引用(reference)
        //(3) 装饰对象接受所有来自客户端的请求。它把这些请求转发给真实的对象。
        //(4) 装饰对象可以在转发这些请求以前或以后增加一些附加功能。这样就确保了在运行时,不用修改给定对象的结构就可以在外部增加附加的功能。
        //    在面向对象的设计中,通常是通过继承来实现对给定类的功能扩展。
        //    继承不能做到这一点,继承的功能是静态的,不能动态增删。
        Sourceable source = new Source();
        Sourceable obj = new Decorator(source);
        obj.method();
    }
}

运行结果:

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before decorator!
the original method!
after decorator!

三、代理模式

代理模式就是多一个代理类出来,替原对象进行一些操作。代理类就像中介,它比我们掌握着更多的信息。

具体看看代码实例。

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package com.model.structure;
 
public interface Sourceable {
    public void method();
}
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package com.model.structure;
 
public class Source implements Sourceable {
 
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("the original method!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
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!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class ProxyTest {
 
    public static void main(String[] args) {
        Sourceable source = new Proxy();
        source.method();
    }
}

运行结果:

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before proxy!
the original method!
after proxy!

四、外观模式

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,降低了类类之间的耦合度,该模式中没有涉及到接口。

我们以一个计算机的启动过程为例,看看如下的代码:

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package com.model.structure;
 
public class CPU {
 
    public void startup() {
        System.out.println("cpu startup!");
    }
 
    public void shutdown() {
        System.out.println("cpu shutdown!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class Disk {
 
    public void startup() {
        System.out.println("disk startup!");
    }
 
    public void shutdown() {
        System.out.println("disk shutdown!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class Memory {
 
    public void startup() {
        System.out.println("memory startup!");
    }
 
    public void shutdown() {
        System.out.println("memory shutdown!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
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!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class User {
 
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        computer.startup();
        computer.shutdown();
    }
}

运行结果:

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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!

五、桥接模式

在软件系统中,某些类型由于自身的逻辑,它具有两个或多个维度的变化,那么如何应对这种“多维度的变化”?如何利用面向对象的技术来使得该类型能够轻松的沿着多个方向进行变化,而又不引入额外的复杂度?这就要使用Bridge模式。

在提出桥梁模式的时候指出,桥梁模式的用意是”将抽象化(Abstraction)与实现化(Implementation)脱耦,使得二者可以独立地变化”。这句话有三个关键词,也就是抽象化、实现化和脱耦。

抽象化:存在于多个实体中的共同的概念性联系,就是抽象化。作为一个过程,抽象化就是忽略一些信息,从而把不同的实体当做同样的实体对待。
实现化:抽象化给出的具体实现,就是实现化。
脱耦:所谓耦合,就是两个实体的行为的某种强关联。而将它们的强关联去掉,就是耦合的解脱,或称脱耦。在这里,脱耦是指将抽象化和实现化之间的耦合解脱开,或者说是将它们之间的强关联改换成弱关联。

下面我们来看看代码实例:

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package com.model.structure;
 
public interface Driver { 
    public void connect(); 
}
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package com.model.structure;
 
public class MysqlDriver implements Driver {
 
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("connect mysql done!");
    }
}
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package com.model.structure;
 
public class DB2Driver implements Driver {
 
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("connect db2 done!");
    }
}

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