1、概述
结构型模式（Structural Pattern）主要总结了一些类或对象组合在一起的经典结构，这些经典的结构可以解决特定应用场景的问题。结构型模式包括：代理模式、桥接模式、装饰器模式、适配器模式、门面模式、组合模式、享元模式。
适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成用户希望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容，而不能一起工作的那些类，可以一起工作。
桥接模式（Bridge Pattern）：将抽象部分与实现部分相分离，使他么都可以独立的变化。
组合模式（Composite Pattern）：将对象组合成树状结构，以表示“部分-整理”的层次结构，它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。
装饰模式（Decorator Pattern）：动态的给一个对象添加一些额外的职责，就扩展功能而言，它比生成子类的方式更为灵活。
外观模式（Facade Pattern）：子系统中的一组接口提供一个一致的界面，定义一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。
享元模式（Flyweight Pattern）：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
代理模式（Proxy Pattern）：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。
2、适配器模式
对于这个模式，有一个经常被拿来解释它的例子，就是 USB 转接头充当适配器，把两种不兼容的接口，通过转接变得可以一起工作。适配器模式有两种实现方式：类适配器和对象适配器。其中，类适配器使用继承关系来实现，对象适配器使用组合关系来实现。
2.1、实例说明
现有一个接口DataOperation定义了排序方法sort(int[])和查找方法search(int[],int)，已知类QuickSort的quickSort(int[])方法实现了快速排序算法，类BinarySearch的binarySearch(int[],int)方法实现了二分查找算法。现使用适配器模式设计一个类，在不修改源代码的情况下，将类QuickSort和类BinarySearch的方法适配到DataOperation接口中。
2.2、实例类图
适配器类图.jpg
2.3、实现代码
public interface DataOperation {
int[] sort(int[] array);
public int search(int[] array,int key);
}
public class QuickSort {
public int[] quickSort(int[] array){
//省略代码实现
return null;
}
public void swap(int[] array,int r,int q){
//省略代码实现
}
public void sort(int[] array,int i,int j){
//省略代码实现
}
}
public class BinarySearch {
public int binarySearch(int[] array , int key){
//省略代码实现
return 0;
}
}
public class OperationAdapter implements DataOperation {
private QuickSort sort;
private BinarySearch search;
OperationAdapter(QuickSort sort,BinarySearch search){
this.search = search;
this.sort = sort;
}
@Override
public int[] sort(int[] array) {
return sort.quickSort(array);
}
@Override
public int search(int[] array, int key) {
return search.binerySearch(array,key);
}
}
本例中实例使用了对象适配器，即OperationAdapter和QuickSort以及BinarySearch是关联关系而不是继承关系，下面举一个类适配器的例子
// 类适配器: 基于继承
public interface ITarget {
void f1();
void f2();
void fc();
}
public class Adaptee {
public void fa() { //... }
public void fb() { //... }
public void fc() { //... }
}
public class Adaptor extends Adaptee implements ITarget {
public void f1() {
super.fa();
}
public void f2() {
super.fb();
}
// 这里fc()不需要实现，直接继承自Adaptee，这是跟对象适配器最大的不同点
}
在实际的开发中，到底该选择类适配器还是对象适配器呢？
1、如果 Adaptee 接口并不多，那两种实现方式都可以。
2、如果 Adaptee 接口很多，而且 Adaptee 和 ITarget 接口定义大部分都相同，那我们推荐使用类适配器，因为 Adaptor 复用父类 Adaptee 的接口，比起对象适配器的实现方式，Adaptor 的代码量要少一些。
3、如果 Adaptee 接口很多，而且 Adaptee 和 ITarget 接口定义大部分都不相同，那我们推荐使用对象适配器，因为组合结构相对于继承更加灵活。
2.4、适配器模式应用场景总结
1、封装有缺陷的接口设计，假设我们依赖的外部系统在接口设计方面有缺陷（比如包含大量静态方法），引入之后会影响到我们自身代码的可测试性。为了隔离设计上的缺陷，我们希望对外部系统提供的接口进行二次封装，抽象出更好的接口设计，这个时候就可以使用适配器模式了。
2、统一多个类的接口设计，某个功能的实现依赖多个外部系统（或者说类）。通过适配器模式，将它们的接口适配为统一的接口定义，然后我们就可以使用多态的特性来复用代码逻辑。
public class ASensitiveWordsFilter { // A敏感词过滤系统提供的接口
//text是原始文本，函数输出用***替换敏感词之后的文本
public String filterSexyWords(String text) {
// ...
}
public String filterPoliticalWords(String text) {
// ...
}
}
public class BSensitiveWordsFilter { // B敏感词过滤系统提供的接口
public String filter(String text) {
//...
}
}
public class CSensitiveWordsFilter { // C敏感词过滤系统提供的接口
public String filter(String text, String mask) {
//...
}
}
// 未使用适配器模式之前的代码：代码的可测试性、扩展性不好
public class RiskManagement {
private ASensitiveWordsFilter aFilter = new ASensitiveWordsFilter();
private BSensitiveWordsFilter bFilter = new BSensitiveWordsFilter();
private CSensitiveWordsFilter cFilter = new CSensitiveWordsFilter();
public String filterSensitiveWords(String text) {
String maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
maskedText = bFilter.filter(maskedText);
maskedText = cFilter.filter(maskedText, "***");
return maskedText;
}
}
// 使用适配器模式进行改造
public interface ISensitiveWordsFilter { // 统一接口定义
String filter(String text);
}
public class ASensitiveWordsFilterAdaptor implements ISensitiveWordsFilter {
private ASensitiveWordsFilter aFilter;
public String filter(String text) {
String maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
return maskedText;
}
}
//...省略BSensitiveWordsFilterAdaptor、CSensitiveWordsFilterAdaptor...
// 扩展性更好，更加符合开闭原则，如果添加一个新的敏感词过滤系统，
// 这个类完全不需要改动；而且基于接口而非实现编程，代码的可测试性更好。
public class RiskManagement {
private List<ISensitiveWordsFilter> filters = new ArrayList<>();
public void addSensitiveWordsFilter(ISensitiveWordsFilter filter) {
filters.add(filter);
}
public String filterSensitiveWords(String text) {
String maskedText = text;
for (ISensitiveWordsFilter filter : filters) {
maskedText = filter.filter(maskedText);
}
return maskedText;
}
}
3、替换依赖的外部系统，当我们把项目中依赖的一个外部系统替换为另一个外部系统的时候，利用适配器模式，可以减少对代码的改动。具体的代码示例如下所示：
// 外部系统A
public interface IA {
//...
void fa();
}
public class A implements IA {
//...
public void fa() { //... }
}
// 在我们的项目中，外部系统A的使用示例
public class Demo {
private IA a;
public Demo(IA a) {
this.a = a;
}
//...
}
Demo d = new Demo(new A());
// 将外部系统A替换成外部系统B
public class BAdaptor implemnts IA {
private B b;
public BAdaptor(B b) {
this.b= b;
}
public void fa() {
//...
b.fb();
}
}
// 借助BAdaptor，Demo的代码中，调用IA接口的地方都无需改动，
// 只需要将BAdaptor如下注入到Demo即可。
Demo d = new Demo(new BAdaptor(new B()));
4、兼容老版本接口，在做版本升级的时候，对于一些要废弃的接口，我们不直接将其删除，而是暂时保留，并且标注为 deprecated，并将内部实现逻辑委托为新的接口实现。
JDK1.0 中包含一个遍历集合容器的类 Enumeration。JDK2.0 对这个类进行了重构，将它改名为 Iterator 类，并且对它的代码实现做了优化。但是考虑到如果将 Enumeration 直接从 JDK2.0 中删除，那使用 JDK1.0 的项目如果切换到 JDK2.0，代码就会编译不通过。为了避免这种情况的发生，我们必须把项目中所有使用到 Enumeration 的地方，都修改为使用 Iterator 才行。
public class Collections {
public static Emueration emumeration(final Collection c) {
return new Enumeration() {
Iterator i = c.iterator();
public boolean hasMoreElments() {
return i.hashNext();
}
public Object nextElement() {
return i.next():
}
}
}
}
5、适配不同格式的数据，适配器模式主要用于接口的适配，实际上，它还可以用在不同格式的数据之间的适配。比如，把从不同征信系统拉取的不同格式的征信数据，统一为相同的格式，以方便存储和使用。再比如，Java 中的 Arrays.asList() 也可以看作一种数据适配器，将数组类型的数据转化为集合容器类型。
List<String> stooges = Arrays.asList("Larry", "Moe", "Curly");
3.桥接模式
关于桥接模式，很多书籍、资料中，还有另外一种理解方式：“一个类存在两个（或多个）独立变化的维度，我们通过组合的方式，让这两个（或多个）维度可以独立进行扩展。”
3.1、实例说明
如果要开发一个跨平台视频播放器，可以在不同操作系统平台（如Windows，Linux，Unix）上播放多种格式的视频文件，如MPEG,AVI,WMV等常见视频格式。
3.2、实例类图
桥接模式.jpg
3.3、实例代码
public interface VideoFile {
void decode(String osType,String fileName);
}
public class MPEGFile implements VideoFile{
@Override
public void decode(String osType, String fileName) {
System.out.println("MPEG格式："+fileName+"在"+osType+"操作系统播放");
}
}
public class AVIFile implements VideoFile {
@Override
public void decode(String osType, String fileName) {
System.out.println("AVI格式："+fileName+"在"+osType+"操作系统播放");
}
}
public abstract class OperationSystemVersion {
protected VideoFile videoFile;
public void setVideoFile(VideoFile videoFile){
this.videoFile = videoFile;
}
public abstract void play(String fileName);
}
public class WindowsVersion extends OperationSystemVersion {
@Override
public void play(String fileName) {
videoFile.decode("Windows",fileName);
}
}
public class LinuxVersion extends OperationSystemVersion {
@Override
public void play(String fileName) {
videoFile.decode("Linux",fileName);
}
}
public class UinuxVersion extends OperationSystemVersion {
@Override
public void play(String fileName) {
videoFile.decode("Uinux",fileName);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
VideoFile videoFile = new AVIFile();
OperationSystemVersion version = new WindowsVersion();
version.setVideoFile(videoFile);
version.play("一球成名");
}
}
在客户端代码中，只需要修改具体视频格式文件类（AVIFile）和具体播放器类（WindowsVersion），即可在不同的操作系统中播放不同格式的文件，可将具体类的类名存储在配置文件中，从而实现在不修改源代码的基础上更换具体类，满足开闭原则。
4、组合模式
组合模式，将一组对象组织成树形结构，将单个对象和组合对象都看做树中的节点，以统一处理逻辑，并且它利用树形结构的特点，递归地处理每个子树，依次简化代码实现。使用组合模式的前提在于，你的业务场景必须能够表示成树形结构。所以，组合模式的应用场景也比较局限，它并不是一种很常用的设计模式。
4.1、实例说明
使用组合模式设计一个杀毒软件的框架，该软件即可以对某个文件夹杀毒，也可以对某个指定的文件进行杀毒。
4.2、实例类图
组合模式.jpg
4.3、实例代码
public abstract class AbstractFile {
protected abstract void add(AbstractFile element);
protected abstract void remove(AbstractFile element);
protected abstract void play();
}
public class Folder extends AbstractFile{
String fileName;
List<AbstractFile> files;
Folder(String fileName){
this.fileName = fileName;
files = new ArrayList<>();
}
@Override
protected void add(AbstractFile element) {
files.add(element);
System.out.println("add file:"+element);
}
@Override
protected void remove(AbstractFile element) {
files.remove(element);
System.out.println("remove file:"+element);
}
@Override
protected void play() {
System.out.println("遍历文件夹:");
}
}
public class ImageFile extends AbstractFile {
String fileName;
ImageFile(String fileName){
this.fileName = fileName;
}
@Override
protected void add(AbstractFile element) {
System.out.println("不支持该方法");
}
@Override
protected void remove(AbstractFile element) {
System.out.println("不支持该方法");
}
@Override
protected void play() {
System.out.println("显示图片："+fileName);
}
}
public class TxtFile extends AbstractFile {
String fileName;
TxtFile(String fileName){
this.fileName = fileName;
}
@Override
protected void add(AbstractFile element) {
System.out.println("不支持该方法");
}
@Override
protected void remove(AbstractFile element) {
System.out.println("不支持该方法");
}
@Override
protected void play() {
System.out.println("显示图片："+fileName);
}
}
public class VideoFile extends AbstractFile {
String fileName;
VideoFile(String fileName){
this.fileName = fileName;
}
@Override
protected void add(AbstractFile element) {
System.out.println("不支持该方法");
}
@Override
protected void remove(AbstractFile element) {
System.out.println("不支持该方法");
}
@Override
protected void play() {
System.out.println("显示图片："+fileName);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractFile folder = new Folder("files");
ImageFile file1 = new ImageFile("messie.jpg");
TxtFile txtFile = new TxtFile("设计模式.txt");
VideoFile videoFile = new VideoFile("组合模式.mp4");
folder.add(file1);
folder.add(txtFile);
folder.add(videoFile);
}
}
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