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Java设计模式 ---（二）

作者：我家小花儿 | 2024-07-16 00:06:16

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Java设计模式 ---（二）

5. 适配器模式

定义：适配器模式把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口，从而使原本因接口不匹配而无法在一起工作的两个类能够在一起工作

5.1 类适配器模式

实现方式：让Adapter继承Adaptee类，然后再实现Target接口，来实现适配器功能。

- Adaptee：适配者类，它是需要被访问的、需要被适配的组件. AC220V
- Target：目标接口，当前系统业务所使用的接口，可以是抽象类或接口. DC5V
- Adapter：适配器类，通过继承和实现目标接口，让客户端按照目标接口的方法访问适配者
- Client：客户端，适配器的使用者

实例：手机充电需要将220V的交流电转化为手机锂电池需要的5V直流电。使用电源适配器，将 AC220v ——> DC5V。

类图


/**
 * 源角色(Adaptee)：现在需要适配的接口。
 */
public class AC220 {
    /**
     * 输出220V交流电
     *
     * @return
     */
    public int output220V() {
        int output = 220;
        return output;
    }
}
 
 
/**
 * 目标角色(Target)：这就是所期待得到的接口。
 * 注意：由于这里讨论的是类适配器模式，因此目标不可以是类。
 */
public interface DC5 {
    /**
     * 输出5V直流电（期待得到的接口）
     *
     * @return
     */
    int output5V();
}
 
 
/**
 * 类适配器
 * 适配器类是本模式的核心。适配器把源接口转换成目标接口。显然，这一角色不可以是接口，而必须是具体类。
 */
public class PowerAdapter extends AC220 implements DC5 {
    /**
     * 输出5V直流电
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int output5V() {
        int output = output220V();
        return (output / 44);
    }
}
 
/**
 * 测试类适配器
 */
public class TestClassAdapter {
    public static void main(String[] args) {
        DC5 dc5 = new PowerAdapter();
        System.out.println("输出电流：" + dc5.output5V() + "V");
    }
}

优点：由于Adapter继承了Adaptee类，所以它可以根据需求重写Adaptee类的方法，使得Adapter的灵活性增强了。

缺点：因为java单继承的缘故，Target类==必须是接口==，以便于Adapter去继承Adaptee并实现Target，完成适配的功能，但这样就导致了Adapter里暴露了Adaptee类的方法，使用起来的成本就增加了。

5.2 对象适配器模式

实现方式：让Adapter持有Adaptee类的实例，然后再实现Target接口，以这种持有对象的方式来实现适配器功能。

- `Adaptee`：适配者类，它是需要被访问的、需要被适配的组件
- `Target`：目标接口，当前系统业务所使用的接口，可以是抽象类或接口
- `Adapter`：适配器类，通过聚合和实现目标接口，让客户端按照目标接口的方法访问适配者
- `Client`：客户端，适配器的使用者

实例：手机充电需要将220V的交流电转化为手机锂电池需要的5V直流电。使用电源适配器，将 AC220v ——> DC5V。

类图：


/**
 * 源角色(Adaptee)：现在需要适配的接口。
 */
public class AC220 {
    /**
     * 输出220V交流电
     *
     * @return
     */
    public int output220V() {
        int output = 220;
        return output;
    }
}
 
/**
 * 目标角色(Target)：这就是所期待得到的接口。
 */
public interface DC5 {
    /**
     * 输出5V直流电（期待得到的接口）
     *
     * @return
     */
    int output5V();
}
 
/**
 * 对象适配器
 */
public class PowerAdapter implements DC5 {
    private AC220 ac220;
 
    public PowerAdapter(AC220 ac220) {
        this.ac220 = ac220;
    }
 
    /**
     * 输出5V直流电
     *
     * @return
     */
    @Override
    public int output5V() {
        int output = this.ac220.output220V();
        return (output / 44);
    }
}
 
/**
 * 测试对象适配器
 */
public class TestObjectAdapter {
    public static void main(String[] args) {
        AC220 ac220 = new AC220();
        PowerAdapter powerAdapter = new PowerAdapter(ac220);
        System.out.println("输出电流：" + powerAdapter.output5V() + "V");
    }
}

优点：根据合成复用原则，使用组合替代继承，所以它解决了类适配器必须继承Adaptee的局限性问题，也不再要求Target必须是接口。使用成本更低，更灵活。

5.3 总结

适配器模式（Adapter Pattern）包括类适配器模式和对象适配器模式两种主要形式。

类适配器模式通过继承实现适配器功能，将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口；而对象适配器模式则通过组合实现适配器功能，持有适配者的实例来实现接口转换。

在选择适配器模式时，根据是否需要继承适配者的行为来决定：类适配器模式对于需要重定义适配者行为的情况适用，但对象适配器模式更灵活且符合合成复用原则，通常推荐使用。

6. 代理模式

6.1 什么是代理模式

代理模式的定义：对其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
代理的作用
- 代理模式的主要作用是为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在某些情况下，一个对象不想或者不能直接引用另一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。
- 代理模式的思想是为了提供额外的处理或者不同的操作而在实际对象与调用者之间插入一个代理对象。这些额外的操作通常需要与实际对象进行通信。
代理模式是一种设计模式，简单说即是在不改变源码的情况下，实现对目标对象的功能扩展。
代理模式分为三类：1. 静态代理 2. 动态代理 3. CGLIB代理

抽象角色（Subject）：通过接口或抽象类声明真实角色实现的业务方法。

角色具有的行为放入该接口或抽象类总

代理角色（Proxy）：实现抽象角色，是真实角色的代理，通过真实角色的业务逻辑方法来实现抽象方法，并可以附加自己的操作。

真实角色（RealSubject）：实现抽象角色，定义真实角色所要实现的业务逻辑，供代理角色调用。

例子:

比如有个歌手对象叫Singer，这个对象有一个唱歌方法叫sing()。


1 public class Singer{
2     public void sing(){
3         System.out.println("唱一首歌");
4     }  
5 }

假如你希望，通过你的某种方式生产出来的歌手对象，在唱歌前后还要想观众问好和答谢，也即对目标对象Singer的sing方法进行功能扩展。


1 public void sing(){
2     System.out.println("向观众问好");
3     System.out.println("唱一首歌");
4     System.out.println("谢谢大家");
5 }

但是往往你又不能直接对源代码进行修改，可能是你希望原来的对象还保持原来的样子，又或许你提供的只是一个可插拔的插件，甚至你有可能都不知道你要对哪个目标对象进行扩展。这时就需要用到java的代理模式了。网上好多用生活中的经理人的例子来解释“代理”，看似通俗易懂，但我觉得不适合程序员去理解。程序员应该从代码的本质入手。

优点：代理模式可以屏蔽用户真正请求的对象，是用户程序和正在的对象解耦。使用代理来担当那些创建耗时的对象的替身。一个用户不想或者不能够直接引用一个对象（或者设计者不希望用户直接访问该画图对象），而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。而且这个代理对象中，我们可以做更多的操作。

代理分类：我们有多种不同的方式来实现代理。如果按照代理创建的时期来进行分类的话，可以分为两种：静态代理、动态代理。静态代理是由程序员创建或特定工具自动生成源代码，在对其编译。动态代理是在程序运行时通过反射机制动态创建的。

6.2 静态代理

概述：静态代理就是写死了在代理对象中执行这个方法前后执行添加功能的形式，每次要在接口中添加一个新方法，则需要在目标对象中实现这个方法，并且在代理对象中实现相应的代理方法。


 1 public interface ISinger {
 2     void sing();
 3 }
 4 
 5 /**
 6  *  目标对象实现了某一接口
 7  */
 8 public class Singer implements ISinger{
 9     public void sing(){
10         System.out.println("唱一首歌");
11     }  
12 }
13 
14 /**
15  *  代理对象和目标对象实现相同的接口
16  */
17 public class SingerProxy implements ISinger{
18     // 接收目标对象，以便调用sing方法
19     private ISinger target;
20     public UserDaoProxy(ISinger target){
21         this.target=target;
22     }
23     // 对目标对象的sing方法进行功能扩展
24     public void sing() {
25         System.out.println("向观众问好");
26         target.sing();
27         System.out.println("谢谢大家");
28     }
29 }

测试：


 1 /**
 2  * 测试类
 3  */
 4 public class Test {
 5     public static void main(String[] args) {
 6         //目标对象
 7         ISinger target = new Singer();
 8         //代理对象
 9         ISinger proxy = new SingerProxy(target);
10         //执行的是代理的方法
11         proxy.sing();
12     }
13 }

总结：其实这里做的事情无非就是，创建一个代理类SingerProxy，继承了ISinger接口并实现了其中的方法。只不过这种实现特意包含了目标对象的方法，正是这种特征使得看起来像是“扩展”了目标对象的方法。假使代理对象中只是简单地对sing方法做了另一种实现而没有包含目标对象的方法，也就不能算作代理模式了。所以这里的包含是关键。

缺点：这种实现方式很直观也很简单，但其缺点是代理对象必须提前写出，如果==接口层发生了变化==，代理对象的代码也要进行维护。如果能在运行时动态地写出代理对象，不但减少了一大批代理类的代码，也少了不断维护的烦恼，不过运行时的效率必定受到影响。这种方式就是接下来的动态代理

6.3 动态代理（JDK代理）

概述：动态代理是在程序运行时通过==反射机制动态创建==的

Proxy类：创建代理角色的方法。

InvocationHandler接口：提供的执行被代理角色方法的方法。


 1 public interface ISinger {
 2     void sing();
 3 }
 4 
 5 /**
 6  *  目标对象实现了某一接口
 7  */
 8 public class Singer implements ISinger{
 9     public void sing(){
10         System.out.println("唱一首歌");
11     }  
12 }

这回直接上测试，由于java底层封装了实现细节，所以代码非常简单，格式也基本上固定。

调用Proxy类的静态方法newProxyInstance即可，该方法会返回代理类对象

static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces,InvocationHandler h ) 接收的三个参数依次为:

ClassLoader loader：指定当前目标对象使用类加载器，写法固定
Class<?>[] interfaces：目标对象实现的接口的类型，写法固定
InvocationHandler h：提供的执行被代理角色方法的方法。


 1 public class Test{
 2     public static void main(String[] args) {
 3   Singer target = new Singer();
 4         ISinger proxy  = (ISinger) Proxy.newProxyInstance(
 5                 target.getClass().getClassLoader(),
 6                 target.getClass().getInterfaces(),
 7                 new InvocationHandler() {
 8                     @Override
 9                     public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
10                         System.out.println("向观众问好");
11                         //执行目标对象方法
12                         Object returnValue = method.invoke(target, args);
13                         System.out.println("谢谢大家");
14                         return returnValue;
15                     }
16                 });
17         proxy.sing();
18     }
19 }

缺点：可以看出静态代理和JDK代理有一个共同的缺点，就是目标对象必须实现一个或多个接口，如果没有，则可以使用Cglib代理。

6.4 Cglib代理

前提条件：

需要引入cglib的jar文件，由于Spring的核心包中已经包括了Cglib功能，所以也可以直接引入spring-core-3.2.5.jar
目标类不能为==final==
目标对象的方法如果为final/static，那么就不会被拦截，即不会执行目标对象额外的业务方法


/**
 * 目标对象,没有实现任何接口
 */
public class Singer{
 
    public void sing() {
        System.out.println("唱一首歌");
    }
}
 
/**
 * Cglib子类代理工厂
 */
public class ProxyFactory implements MethodInterceptor{
    // 维护目标对象
    private Object target;
 
    public ProxyFactory(Object target) {
        this.target = target;
    }
 
    // 给目标对象创建一个代理对象
    public Object getProxyInstance(){，
        //1.工具类
        Enhancer en = new Enhancer();
        //2.设置父类---cglib---
        en.setSuperclass(target.getClass());
        //3.设置回调函数
        en.setCallback(this);
        //4.创建子类(代理对象)
        return en.create();
    }
 
    @Override
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
        System.out.println("向观众问好");
        //执行目标对象的方法
        Object returnValue = method.invoke(target, args);
        System.out.println("谢谢大家");
        return returnValue;
    }
}
 
/**
 * 测试类
 */
public class Test{
    public static void main(String[] args){
        //目标对象
        Singer target = new Singer();
        //代理对象
        Singer proxy = (Singer)new ProxyFactory(target).getProxyInstance();
        //执行代理对象的方法
        proxy.sing();
    }
}

总结：三种代理模式各有优缺点和相应的适用范围，主要看目标对象是否实现了接口。以Spring框架所选择的代理模式举例

在Spring的AOP编程中：如果加入容器的目标对象有实现接口，用JDK代理如果目标对象没有实现接口，用Cglib代理

7. 观察者模式

7.1 概念

观察者（Observer）模式的定义：指多个对象间存在一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式，它是对象行为型模式。

7.2 结构

观察者模式的主要角色如下。

抽象主题（Subject）角色：也叫抽象目标类，它提供了一个用于保存观察者对象的聚集类和增加、删除观察者对象的方法，以及通知所有观察者的抽象方法。
具体主题（Concrete Subject）角色：也叫具体目标类，它实现抽象目标中的通知方法，当具体主题的内部状态发生改变时，通知所有注册过的观察者对象。
抽象观察者（Observer）角色：它是一个抽象类或接口，它包含了一个更新自己的抽象方法，当接到具体主题的更改通知时被调用。
具体观察者（Concrete Observer）角色：实现抽象观察者中定义的抽象方法，以便在得到目标的更改通知时更新自身的状态。

7.3 实现

观察者模式首先有一个被观察类，这个类中有一个 ArrayList 存放观察者们。除此以外还应有类状态和设置和获取状态的方法，状态改变时通知所有观察者，观察者类可以有个抽象类，所有的观察者类继承这个抽象类，观察者类有它要观察的对象。

7.4 例子

需求：做一个案例，公众号推送消息，关注这个公众号的客户可以接收到消息。

  1. 抽象主题---抽象公共号
        1. 关注
        2. 取消关注
        3. 设置推送的消息
        4. 群发
  2. 具体主题--具体公众号类
  
  3. 抽象观察者---抽象用户
        1. 接受消息

分析:

观察者模式分为四个角色：
    1.抽象被观察者角色
        抽象出一个公众号接口/抽象类
        公共的方法：
            关注方法
            取关方法
            设置推送消息方法
            群发方法

    2.被观察者角色
        有一个具体的公众号，实现/继承 抽象被观察者

    3.抽象观察者角色
        抽象出一个客户 接口/抽象类
        公共方法：
            接收公众号推送的消息
    4.观察者角色
        具体用户实现/继承 抽象观察者

抽象观察者角色:


public interface UserInterface {
    /**
     * 接受公众号发生的消息
     * @param msg
     */
    public void getMsg(String msg);
}

观察者角色:


public class User implements UserInterface {
    private String name;
    public User(String name) {
        this.name = name;
    }
    public void getMsg(String msg) {
        System.out.println(name+"接受到公众号发送的消息:"+msg);
    }
}

抽象公众号：


public interface PublicHaoInterface {
    public void add(UserInterface userInterface);
    public void remove(UserInterface userInterface);
    public void setMsg(String msg);
    public void qunfa();
}

具体公共号:


public class AAAPublicHao implements PublicHaoInterce {
    List<UserInterface> list=new ArrayList<UserInterface>();
    //设置消息
    private String msg;
    public void add(UserInterface userInterface) {
        list.add(userInterface);
    }
    public void remove(UserInterface userInterface) {
        list.remove(userInterface);
    }
    public void setMsg(String msg) {
        this.msg=msg;
    }
    public void qunfa() {
            for(UserInterface userInterface:list){
                userInterface.getMsg(msg);
            }
    }
}

7.5 优缺点

优点

降低了目标与观察者之间的耦合关系，两者之间是抽象耦合关系。目标与观察者之间建立了一套触发机制。

缺点

目标与观察者之间的依赖关系并没有完全解除，而且有可能出现循环引用。当观察者对象很多时，通知的发布会花费很多时间，影响程序的效率。

8. 模板模式

定义：定义一个操作中算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，模板方法使得子类可以不改变算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

通俗点的理解就是：完成一件事情，有固定的数个步骤，但是每个步骤根据对象的不同，而实现细节不同；就可以在父类中定义一个完成该事情的总方法，按照完成事件需要的步骤去调用其每个步骤的实现方法。每个步骤的具体实现，由子类完成。

8.1炒菜案例:

分析: 1.取材 2.处理食材 3.起锅烧油 4.放入食材 5.翻炒 6.放入各种调料 7.翻炒均匀 8.出锅

8.2 实现

炒菜接口:


public abstract class ChaoCai {
    //不能被子类重写
    public final void chaocai(){
        quShiCai();
        handle();
        qiGuoShaoYou();
        putShiCai();
        fanChao();
        putTiaoLiao();
        junYun();
        outGuo();
    }
    //1.取食材
    void quShiCai(){};
    //2.处理食材
    void handle(){};
    //3.起锅烧油
    void qiGuoShaoYou(){};
    //4.放入食材
    void putShiCai(){};
    //5.翻炒
    void fanChao(){};
    //6.放入各种调料
    void putTiaoLiao(){};
    //7.翻炒均匀
    void junYun(){};
    //8.出锅
    void outGuo(){};
}

番茄炒菜


public class FanQieChaoDan extends ChaoCai{
    @Override
    void quShiCai() {
        System.out.println("取鸡蛋和番茄");
    }
    @Override
    void handle() {
        System.out.println("处理鸡蛋和番茄");
    }
    @Override
    void qiGuoShaoYou() {
        System.out.println("起锅烧油");
    }
    @Override
    void putShiCai() {
        System.out.println("翻入鸡蛋和番茄");
    }
    @Override
    void fanChao() {
        System.out.println("翻炒");
    }
    @Override
    void putTiaoLiao() {
        System.out.println("翻入调料");
    }
    @Override
    void junYun() {
        System.out.println("翻炒均匀");
    }
    @Override
    void outGuo() {
        System.out.println("出锅！");
    }
}

测试:


public class ChaoCaiTest {
    public static void main(String[] args) {
        FanQieChaoDan fanQieChaoDan = new FanQieChaoDan();
        fanQieChaoDan.chaocai();
    }
}

8.3 优点

1、封装不变部分，扩展可变部分。

2、提取公共代码，便于维护。

3、行为由父类控制，子类实现。

缺点：每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。

使用场景：

1、有多个子类共有的方法，且逻辑相同。

2、重要的、复杂的方法，可以考虑作为模板方法。

注意事项：为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词。

9. 策略模式

定义： 策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。

（1）环境类(Context)：通过 ConcreteStrategy 具体策略类来配置，持有 Strategy 对象并维护对Strategy 对象的引用。可定义一个接口来让 Strategy 访问它的数据。

（2）抽象策略类(Strategy)：定义所有支持的算法的公共接口。 Context使用这个接口来调用某ConcreteStrategy 定义的算法。

（3）具体策略类(ConcreteStrategy)： Strategy 接口的具体算法

9.1 实现

支付方式


public class Pay {
    private PayMent payMent;
    public Pay(PayMent payMent){
        this.payMent=payMent;
    }
    public void user(){
        payMent.payment();
    }
}


public interface PayMent {
    void payment();
}
 
public class WeiXinPayMent implements PayMent{
    @Override
    public void payment() {
        System.out.println("使用微信支付");
    }
}
 
public class ZhiFuBaoPayMent implements PayMent{
    @Override
    public void payment() {
        System.out.println("支付宝支付");
    }
}
 
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
       WeiXinPayMent weiXinPayMent = new WeiXinPayMent();
       Pay pay = new Pay(weiXinPayMent);
       pay.user();
    }
}

9.2 优缺点：

优点：

1、算法可以自由切换（策略类自由切换）。

2、避免使用多重条件判断。

3、扩展性良好（符合开闭原则）。

缺点：

1、策略类会增多。

2、所有策略类都需要对外暴露。

3、客户端必须知道所有的策略类，才能确定要调用的策略类。

策略模式使用场景：

如果在一个系统里面有许多类，它们之间的区别仅在于它们的行为，那么使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为。
一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。
如果一个对象有很多的行为，如果不用恰当的模式，这些行为就只好使用多重的条件选择语句来实现。

到这里就结束了！

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