【设计模式】结构型设计模式

结构型设计模式

一、概述

这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。

• 适配器模式（Adapter Pattern）
• 桥接模式（Bridge Pattern）
• 装饰器模式（Decorator Pattern）
• 组合模式（Composite Pattern）
• 外观模式（Facade Pattern）
• 享元模式（Flyweight Pattern）
• 代理模式（Proxy Pattern）
• 依赖注入模式 *（Dependency Injection）
• 流接口模式 *（Fluent Interface）

二、适配器模式（Adapter Pattern）

1. 适配器模式(Adapter Pattern)将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，主的目的是兼容性，让原本因接口不匹配不能一起工作的两个类可以协同工作。其别名为包装器(Wrapper)
2. 主要分为三类：类适配器模式、对象适配器模式、接口适配器模式

2.1 类适配器模式

Adapter类，通过继承 src类，实现 dst 类接口，完成src->dst的适配。

以手机充电器为例子：

充电器本身相当于Adapter，220V交流电相当于src (即被适配者)，dst(即目标)是5V直流电

2.2 对象适配器模式

1. 基本思路和类的适配器模式相同，只是将Adapter类作修改，不是继承src类，而是持有src类的实例，以解决兼容性的问题。 即：持有 src类，实现 dst 类接口，完成src->dst的适配
2. 根据“合成复用原则”，在系统中尽量使用关联关系来替代继承关系
3. 对象适配器模式是适配器模式常用的一种

public class VoltageAdapter2 implements Voltage5 {
    private Voltage220 voltage220; //持有Voltage220对象,不是继承了
}
1
2
3

2.3 接口适配器模式

当不需要全部实现接口提供的方法时，可先设计一个抽象类实现接口，并为该接口中每个方法提供一个默认实现（空方法），那么该抽象类的子类可有选择地覆盖父类的某些方法来实现需求。在使用Java做页面监听时经常会碰到对应适配类。

2.4 小结

1. 三种命名方式，是根据 src是以怎样的形式给到Adapter（在Adapter里的形式）来命名的。
   1. 类适配器：以类给到，在Adapter里，就是将src当做类，继承
   2. 对象适配器：以对象给到，在Adapter里，将src作为一个对象，持有
   3. 接口适配器：以接口给到，在Adapter里，将src作为一个接口，实现
2. Adapter模式最大的作用还是将原本不兼容的接口融合在一起工作。
3. 实际开发中，实现起来不拘泥于这三种经典形式

三、桥接模式（Bridge Pattern）

1. 桥接模式(Bridge 模式)是指：是将抽象部分与它的具体实现部分分离，使它们都可以独立地变化。
2. Bridge 模式基于类的最小设计原则，通过组合/聚合的方式建立两个类之间的联系，而不是继承。但又类似于多重继承方案，但是多重继承方案往往违背了类的单一职责原则，其复用性较差，桥接模式是比多重继承更好的替代方案。桥接模式的核心在于解耦抽象和实现。

1. Client 类：桥接模式的调用者
2. 抽象类(Abstraction) :维护了 Implementor / 即它的实现类 ConcreteImplementorA…, 二者是聚合关系, Abstraction充当桥接类
3. RefinedAbstraction : 是 Abstraction 抽象类的子类
4. Implementor : 行为实现类的接口
5. ConcreteImplementorA /B ：行为的具体实现类
6. 从 UML 图：这里的抽象类和接口是聚合的关系，其实是调用和被调用关系

上面概念比较抽象，这里以手机为例：

1. 首先有需求，手机可以按品牌分：HuaWei、Vivo、XiaoMi，不同品牌对应着不同的应用商城
2. 业务需求变更，对于手机型号有了区分，分为A、B、C型，不按桥接模式设计，则需要多重继承实现功能全排序，不同品牌对应不同型号共9个实现
3. 按桥接模式设计，新建一个桥接抽象类为Phone，其实现类分别为A、B、C型，有不同的功能，通过聚合关系，将品牌实现接口聚合到Phone抽象类中，这样只需新增3个实现类；而手机的型号以及品牌又可以区分开来，分别运用其不同特别功能

常见应用场景：

1. JDBC 驱动程序
2. 银行转账系统
   • 转账分类: 网上转账，柜台转账，AMT 转账
   • 转账用户类型：普通用户，银卡用户，金卡用户
3. 消息管理
   • 消息类型：即时消息，延时消息
   • 消息分类：手机短信，邮件消息，QQ 消息…

四、装饰器模式（Decorator Pattern）

装饰器模式（Decorator Pattern）允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。

典型的应用就是jdk中IO流的应用，FilterInputStream 就是一个装饰者，BufferInputStream是具体的实现类，通过组合的关系，使得输入流有了缓冲的功能，而又无需修改原有inputStream代码。

五、组合模式（Composite Pattern）

组合模式就运用了树形结构，该模式的核心思想是：将多个对象组合成树形结构，以此结构来表示“整体-部分”之间的层次关系。

1. 抽象根节点（Component）：定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性
2. 树枝节点（Composite）：定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一 个树形结构
3. 叶子节点（Leaf）：叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位

应用场景：

1. 组合-部分整体场景：将多个对象组合成一个整体，并且整体与部分是一致对待的。比如树形菜单、文件夹和文件等
2. 递归结构场景：处理递归的数据结构。比如文件和目录的关系就是递归的
3. 规则场景：当需要处理的对象具有明显的层次结构时，可以考虑使用组合模式。比如，企业中不同职位的员工，每个职位的员工都有一些共同的属性（比如姓名、公司邮件地址），但也有一些不同的属性（比如职位、薪水等）
4. 任务分解场景：将一个大任务分解为多个小任务，然后再将小任务组合起来，形成一个任务树。这种情况下，可使用组合模式对任务进行建模
5. GUI控件场景：GUI控件通常可以嵌套在其他控件中，并且用户可以在控件中插入其他控件，组合模式适用于GUI控件的场景

组合模式适用于处理树形结构的场景，将一个对象的部分和整体看作一样，形成一个树形结构。在需要统一处理整个树形结构时，可以考虑使用组合模式。

六、外观模式（Facade Pattern）

外观模式（Facade），也叫过程模式：外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口。

外观模式通过定义一个一致的接口，用以屏蔽内部子系统的细节，使得调用端只需跟这个接口发生调用，而无需关心这个子系统的内部细节。这个模式我们平时就会使用，比如调用交易接口，交易接口中会再去调用其他各个接口。或者MVC模式下我们写的Controller，即对外暴露接口，前端开发无需关心后端干了什么。

1. 通过合理的使用外观模式，可以帮我们更好的划分访问的层次
2. 在维护一个遗留的大型系统时，可能这个系统已经变得非常难以维护和扩展，此时可以考虑为新系统开发一个 Facade 类，来提供遗留系统的比较清晰简单的接口，让新系统与 Facade 类交互，提高复用性
3. 不能过多的或者不合理的使用外观模式，使用外观模式好，还是直接调用模块好。要以让系统有层次，利于维护为目的

七、享元模式（Flyweight Pattern）

享元模式（Flyweight Pattern） 也叫 蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

享元模式经典的应用场景就是池技术了，String 常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式

1. FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现
2. ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务
3. UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂
4. FlyWeightFactory 享元工厂类，用于构建一个池容器(集合)， 同时提供从池中获取对象方法，这个一般被设计为单例模式

内部状态是不会变化的，可以被多个对象共享，而外部状态会随着对象的使用而改变。比如，连接池中的连接对象，保存在连接对象中的用户名、密码、连接URL等信息，在创建对象的时候就设置好了，不会随环境的改变而改变，这些为内部状态。而当每个连接要被回收利用时，我们需要将它标记为可用状态，这些为外部状态。

八、代理模式（Proxy Pattern）

代理模式：为一个对象提供一个替身，以控制对这个对象的访问。即通过代理对象访问目标对象。这样做的好处是:可以在目标对象实现的基础上,增强额外的功能操作,即扩展目标对象的功能。

代理模式有不同的形式, 主要有三种 静态代理、动态代理 (JDK 代理、接口代理)和 Cglib 代理 (可以在内存动态的创建对象，而不需要实现接口， 他是属于动态代理的范畴)。最经典的运用即Spring的AOP。

九、依赖注入模式 *（Dependency Injection）

依赖注入（Dependency Injection）是控制反转（Inversion of Control）的一种实现方式。

我们先来看看什么是控制反转。当调用者需要被调用者的协助时，在传统的程序设计过程中，通常由调用者来创建被调用者的实例，但在这里，创建被调用者的工作不再由调用者来完成，而是将被调用者的创建移到调用者的外部，从而反转被调用者的创建，消除了调用者对被调用者创建的控制，因此称为控制反转。

要实现控制反转，通常的解决方案是将创建被调用者实例的工作交由 IoC 容器来完成，然后在调用者中注入被调用者（通过构造器/方法注入实现），这样就实现了调用者与被调用者的解耦，该过程被称为依赖注入。依赖注入不是目的，它是一系列工具和手段，最终的目的是帮助开发出松散耦合（loose coupled）、可维护、可测试的代码和程序。这条原则的做法是大家熟知的面向接口，或者说是面向抽象编程。典型应用案例即Spring中使用@Autowize 注解实现属性注入。

个人感觉这种模式和注册模式类似，都是通过统一容器收纳注册对象，调用方直接通过注册容器调用接口，具体实现类则由容器返回。故不再对注册模式分析。

十、流接口模式 *（Fluent Interface）

在软件工程中，流接口（Fluent Interface）是指实现一种面向对象的、能提高代码可读性的 API 的方法，其目的就是可以编写具有自然语言一样可读性的代码，我们对这种代码编写方式还有一个通俗的称呼 —— 方法链。

最常见的就是Lombak注解中，@Builder 或者 @Accessors(chain=true) 开启链式编程，即可通过方法链调用的方式设置实体类的属性。

// 用简洁的方式实例化实体类并完成赋值操作，而无需多行不断调用set方法
XUser xUser = XUser.builder().userId(1).userName("AAAAA").build();
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