1. 适配器
将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，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。
适配器模式是Adapter，也称Wrapper，是指如果一个接口需要B接口，但是待传入的对象却是A接口。
编写一个Adapter的步骤如下：
- 实现目标接口，这里是
Runnable； - 内部持有一个待转换接口的引用，这里是通过字段持有
Callable接口； - 在目标接口的实现方法内部，调用待转换接口的方法。
public class Task implements Callable<Long> {
private long num;
public Task(long num) {
this.num = num;
}
public Long call() throws Exception {
long r = 0;
for (long n = 1; n <= this.num; n++) {
r = r + n;
}
System.out.println("Result: " + r);
return r;
}
}
public class RunnableAdapter implements Runnable {
// 引用待转换接口:
private Callable<?> callable;
public RunnableAdapter(Callable<?> callable) {
this.callable = callable;
}
// 实现指定接口:
public void run() {
// 将指定接口调用委托给转换接口调用:
try {
callable.call();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}
Callable<Long> callable = new Task(123450000L);
Thread thread = new Thread(new RunnableAdapter(callable));
thread.start();
适配器模式在Java标准库中有广泛应用。比如我们持有数据类型是String[]，但是需要List接口时，可以用一个Adapter：
String[] exist = new String[] {"Good", "morning", "Bob", "and", "Alice"};
Set<String> set = new HashSet<>(Arrays.asList(exist));
2. 桥接
将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。（为了避免直接继承带来的子类爆炸）
示例：假设某个汽车厂商生产三种品牌的汽车：Big、Tiny和Boss，每种品牌又可以选择燃油、纯电和混合动力。
如果用传统的继承来表示各个最终车型，一共有3个抽象类加9个最终子类：
┌───────┐
│ Car │
└───────┘
▲
┌──────────────────┼───────────────────┐
│ │ │
┌───────┐ ┌───────┐ ┌───────┐
│BigCar │ │TinyCar│ │BossCar│
└───────┘ └───────┘ └───────┘
▲ ▲ ▲
│ │ │
│ ┌───────────────┐│ ┌───────────────┐│ ┌───────────────┐
├─│ BigFuelCar │├─│ TinyFuelCar │├─│ BossFuelCar │
│ └───────────────┘│ └───────────────┘│ └───────────────┘
│ ┌───────────────┐│ ┌───────────────┐│ ┌───────────────┐
├─│BigElectricCar │├─│TinyElectricCar│├─│BossElectricCar│
│ └───────────────┘│ └───────────────┘│ └───────────────┘
│ ┌───────────────┐│ ┌───────────────┐│ ┌───────────────┐
└─│ BigHybridCar │└─│ TinyHybridCar │└─│ BossHybridCar │
└───────────────┘ └───────────────┘ └───────────────┘
如果要新增一个品牌，或者加一个新的引擎（比如核动力），那么子类的数量增长更快。
用桥接就可以避免因直接继承带来的子类爆炸。
- 首先定义抽象类
Car，它引用一个Engine：
public abstract class Car {
// 引用Engine:
protected Engine engine;
public Car(Engine engine) {
this.engine = engine;
}
public abstract void drive();
}
Engine接口的定义如下：
public interface Engine {
void start();
}
- 在一个“修正”的抽象类
RefinedCar中定义一些额外操作：
public abstract class RefinedCar extends Car {
public RefinedCar(Engine engine) {
super(engine);
}
public void drive() {
this.engine.start();
System.out.println("Drive " + getBrand() + " car...");
}
public abstract String getBrand();
}
- 最终的不同品牌继承自
RefinedCar，例如BossCar：
public class BossCar extends RefinedCar {
public BossCar(Engine engine) {
super(engine);
}
public String getBrand() {
return "Boss";
}
}
- 而针对每一种引擎，继承自
Engine，例如HybridEngine：
public class HybridEngine implements Engine {
public void start() {
System.out.println("Start Hybrid Engine...");
}
}
- 客户端通过自己选择一个品牌，再配合一种引擎，得到最终的Car：
RefinedCar car = new BossCar(new HybridEngine());
car.drive();
这样品牌和引擎都可以独立地变化。结构如下：
┌───────────┐
│ Car │
└───────────┘
▲
│
┌───────────┐ ┌─────────┐
│RefinedCar │ ─ ─ ─>│ Engine │
└───────────┘ └─────────┘
▲ ▲
┌────────┼────────┐ │ ┌──────────────┐
│ │ │ ├─│ FuelEngine │
┌───────┐┌───────┐┌───────┐ │ └──────────────┘
│BigCar ││TinyCar││BossCar│ │ ┌──────────────┐
└───────┘└───────┘└───────┘ ├─│ElectricEngine│
│ └──────────────┘
│ ┌──────────────┐
└─│ HybridEngine │
└──────────────┘
3. 组合
将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
组合模式（Composite）经常用于树形结构，为了简化代码，使用Composite可以把一个叶子节点与一个父节点统一起来处理。
举例：在XML或HTML中，从根节点开始，每个节点都可能包含任意个其他节点，这些层层嵌套的节点就构成了一颗树。
- 先抽象出节点类型
Node:
public interface Node {
// 添加一个节点为子节点:
Node add(Node node);
// 获取子节点:
List<Node> children();
// 输出为XML:
String toXml();
}
- 对于一个
<abc></abc>这样的节点，我们称之为ElementNode，它可以作为容器包含多个子节点：
public class ElementNode implements Node {
private String name;
private List<Node> list = new ArrayList<>();
public ElementNode(String name) {
this.name = name;
}
public Node add(Node node) {
list.add(node);
return this;
}
public List<Node> children() {
return list;
}
public String toXml() {
String start = "<" + name + ">\n";
String end = "</" + name + ">\n";
StringJoiner sj = new StringJoiner("", start, end);
list.forEach(node -> {
sj.add(node.toXml() + "\n");// 循环子阶段
});
return sj.toString();
}
}
- 对于普通文本，我们把它看作
TextNode，它没有子节点：
public class TextNode implements Node {
private String text;
public TextNode(String text) {
this.text = text;
}
public Node add(Node node) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public List<Node> children() {
return List.of();
}
public String toXml() {
return text;
}
}
- 还可以有注释节点：
public class CommentNode implements Node {
private String text;
public CommentNode(String text) {
this.text = text;
}
public Node add(Node node) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public List<Node> children() {
return List.of();
}
public String toXml() {
return "<!-- " + text + " -->";
}
}
- 通过
ElementNode、TextNode和CommentNode，我们就可以构造出一颗树：
Node root = new ElementNode("school");
root.add(new ElementNode("classA")
.add(new TextNode("Tom"))
.add(new TextNode("Alice")));
root.add(new ElementNode("classB")
.add(new TextNode("Bob"))
.add(new TextNode("Grace"))
.add(new CommentNode("comment...")));
System.out.println(root.toXml());
- 输出的XML如下
<school>
<classA>
Tom
Alice
</classA>
<classB>
Bob
Grace
<!-- comment... -->
</classB>
</school>
使用Composite模式时，需要先统一单个节点以及“容器”节点的接口：
┌───────────┐
│ Node │
└───────────┘
▲
┌────────────┼────────────┐
│ │ │
┌───────────┐┌───────────┐┌───────────┐
│ElementNode││ TextNode ││CommentNode│
└───────────┘└───────────┘└───────────┘
4. 装饰器
动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，相比生成子类更为灵活。
装饰器（Decorator）模式，是一种在运行期动态给某个对象的实例增加功能的方法。
在Java标准库中，
InputStream是抽象类，FileInputStream、ServletInputStream、Socket.getInputStream()这些InputStream都是最终数据源。
如果要给不同的最终数据源增加缓冲功能、计算签名功能、加密解密功能，那么，3个最终数据源、3种功能一共需要9个子类。如果继续增加最终数据源，或者增加新功能，子类会爆炸式增长，这种设计方式显然是不可取的。
- 给
FileInputStream增加缓冲和解压缩功能，用Decorator模式写出来如下：
// 创建原始的数据源:
InputStream fis = new FileInputStream("test.gz");
// 增加缓冲功能:
InputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
// 增加解压缩功能:
InputStream gis = new GZIPInputStream(bis);
或
InputStream input = new GZIPInputStream( // 第二层装饰
new BufferedInputStream( // 第一层装饰
new FileInputStream("test.gz") // 核心功能
));
观察BufferedInputStream和GZIPInputStream，它们实际上都是从FilterInputStream继承的，这个FilterInputStream就是一个抽象的Decorator。我们用图把Decorator模式画出来如下：
┌───────────┐
│ Component │
└───────────┘
▲
┌────────────┼─────────────────┐
│ │ │
┌───────────┐┌───────────┐ ┌───────────┐
│ComponentA ││ComponentB │... │ Decorator │
└───────────┘└───────────┘ └───────────┘
▲
┌──────┴──────┐
│ │
┌───────────┐ ┌───────────┐
│DecoratorA │ │DecoratorB │...
└───────────┘ └───────────┘
最顶层的Component是接口，对应到IO的就是InputStream这个抽象类。ComponentA、ComponentB是实际的子类，对应到IO的就是FileInputStream、ServletInputStream这些数据源。Decorator是用于实现各个附加功能的抽象装饰器，对应到IO的就是FilterInputStream。而从Decorator派生的就是一个一个的装饰器，它们每个都有独立的功能，对应到IO的就是BufferedInputStream、GZIPInputStream等。
5. 外观
为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。
Facade模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。
外观模式，即Facade，是一个比较简单的模式。它的基本思想如下：
如果客户端要跟许多子系统打交道，那么客户端需要了解各个子系统的接口，比较麻烦。如果有一个统一的“中介”，让客户端只跟中介打交道，中介再去跟各个子系统打交道，对客户端来说就比较简单。所以Facade就相当于搞了一个中介。
我们以注册公司为例，假设注册公司需要三步：
- 向工商局申请公司营业执照；
- 在银行开设账户；
- 在税务局开设纳税号。
以下是三个系统的接口：
// 工商注册:
public class AdminOfIndustry {
public Company register(String name) {
...
}
}
// 银行开户:
public class Bank {
public String openAccount(String companyId) {
...
}
}
// 纳税登记:
public class Taxation {
public String applyTaxCode(String companyId) {
...
}
}
如果子系统比较复杂，并且客户对流程也不熟悉，那就把这些流程全部委托给中介：
public class Facade {
public Company openCompany(String name) {
Company c = this.admin.register(name);
String bankAccount = this.bank.openAccount(c.getId());
c.setBankAccount(bankAccount);
String taxCode = this.taxation.applyTaxCode(c.getId());
c.setTaxCode(taxCode);
return c;
}
}
Company c = facade.openCompany("Facade Software Ltd.");
6. 享元
运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
享元（Flyweight）的核心思想很简单：如果一个对象实例一经创建就不可变，那么反复创建相同的实例就没有必要，直接向调用方返回一个共享的实例就行，这样即节省内存，又可以减少创建对象的过程，提高运行速度。
public class Student {
// 持有缓存:
private static final Map<String, Student> cache = new HashMap<>();
// 静态工厂方法:
public static Student create(int id, String name) {
String key = id + "\n" + name;
// 先查找缓存:
Student std = cache.get(key);
if (std == null) {
// 未找到,创建新对象:
System.out.println(String.format("create new Student(%s, %s)", id, name));
std = new Student(id, name);
// 放入缓存:
cache.put(key, std);
} else {
// 缓存中存在:
System.out.println(String.format("return cached Student(%s, %s)", std.id, std.name));
}
return std;
}
private final int id;
private final String name;
public Student(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
}
Java的
Integer.valueOf()和Byte.valueOf()都是使用的享元模式。
7. 代理
为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
代理模式，即Proxy，它和适配器（Adapter）模式很类似。
-
Adapter模式，它用于把A接口转换为B接口 -
Proxy模式，还是转换成A接口
public class AProxy implements A {
private A a;
public AProxy(A a) {
this.a = a;
}
public void a() {
if (getCurrentUser().isRoot()) {
this.a.a();
} else {
throw new SecurityException("Forbidden");
}
}
}
