03-设计模式—结构型
一、设计模式—结构型
结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式，前者采用继承机制来组织接口和类，后者釆用组合或聚合来组合对象。
1.1、分类
结构型模式分为以下 7 种：
- 代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性。
- 适配器（Adapter）模式：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能一起工作。
- 桥接（Bridge）模式：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现的，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
- 装饰（Decorator）模式：动态地给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。
- 外观（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。
- 享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。
- 组合（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。
1.2、代理模式
(1)、定义
由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时，访问对象不适合或者不能直接引用目标对象，代理对象作为访问对象和目标对象之间的中介。
(2)、特点
优点：
- 代理模式在客户端与目标对象之间起到一个中介作用和保护目标对象的作用；
- 代理对象可以扩展目标对象的功能；
- 代理模式能将客户端与目标对象分离，在一定程度上降低了系统的耦合度；
缺点：
- 在客户端和目标对象之间增加一个代理对象，会造成请求处理速度变慢；
- 增加了系统的复杂度；
(3)、结构
通过定义一个继承抽象主题的代理来包含真实主题，从而实现对真实主题的访问。
代理模式的主要角色如下：
- 抽象主题（Subject）类：通过接口或抽象类声明真实主题和代理对象实现的业务方法。
- 真实主题（Real Subject）类：实现了抽象主题中的具体业务，是代理对象所代表的真实对象，是最终要引用的对象。
- 代理（Proxy）类：提供了与真实主题相同的接口，其内部含有对真实主题的引用，它可以访问、控制或扩展真实主题的功能。
(4)、实现
public class ProxyTest{
public static void main(String[] args){
Proxy proxy=new Proxy();
proxy.Request();
}
}
//抽象主题
interface Subject{
void Request();
}
//真实主题
class RealSubject implements Subject{
public void Request(){
System.out.println("访问真实主题方法...");
}
}
//代理
class Proxy implements Subject{
private RealSubject realSubject;
public void Request(){
if (realSubject==null)
{
realSubject=new RealSubject();
}
preRequest();
realSubject.Request();
postRequest();
}
public void preRequest(){
System.out.println("访问真实主题之前的预处理。");
}
public void postRequest(){
System.out.println("访问真实主题之后的后续处理。");
}
}
(5)、扩展
代理类中包含了对真实主题的引用，这种方式存在两个缺点:
-
真实主题与代理主题一一对应，增加真实主题也要增加代理。
-
设计代理以前真实主题必须事先存在，不太灵活。采用动态代理模式可以解决以上问题.
方式一：JDK动态代理
方式二：CGLIB动态代理
！！！！！
1.3、适配器模式
(1)、定义
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能一起工作。适配器模式分为类结构型模式和对象结构型模式两种，前者类之间的耦合度比后者高，且要求程序员了解现有组件库中的相关组件的内部结构，所以应用相对较少些。
(2)、特点
优点。
- 客户端通过适配器可以透明地调用目标接口。
- 复用了现存的类，程序员不需要修改原有代码而重用现有的适配者类。
- 将目标类和适配者类解耦，解决了目标类和适配者类接口不一致的问题。
缺点：
* 对类适配器来说，更换适配器的实现过程比较复杂。
(3)、结构
适配器模式（Adapter）包含以下主要角色:
- 目标（Target）接口：当前系统业务所期待的接口，它可以是抽象类或接口。
- 适配者（Adaptee）类：它是被访问和适配的现存组件库中的组件接口。
- 适配器（Adapter）类：它是一个转换器，通过继承或引用适配者的对象，把适配者接口转换成目标接口，让客户按目标接口的格式访问适配者。
类适配器模式的结构图:
对象适配器模式的结构图:
(4)、实现
类适配器模式的实现:
//目标接口
interface Target{
public void request();
}
//适配者接口
class Adaptee{
public void specificRequest(){
System.out.println("适配者中的业务代码被调用！");
}
}
//类适配器类
class ClassAdapter extends Adaptee implements Target{
public void request(){
specificRequest();
}
}
//客户端代码
public class ClassAdapterTest{
public static void main(String[] args){
Target target = new ClassAdapter();
target.request();
}
}
对象适配器模式的实现:
//对象适配器类
class ObjectAdapter implements Target{
private Adaptee adaptee;
public ObjectAdapter(Adaptee adaptee){
this.adaptee=adaptee;
}
public void request(){
adaptee.specificRequest();
}
}
//客户端代码
public class ObjectAdapterTest{
public static void main(String[] args){
Adaptee adaptee = new Adaptee();
Target target = new ObjectAdapter(adaptee);
target.request();
}
}
(5)、扩展
适配器模式（Adapter）可扩展为双向适配器模式，双向适配器类既可以把适配者接口转换成目标接口，也可以把目标接口转换成适配者接口
1.4、桥接模式
(1)、定义
将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。就是对设计原则中的合成复用原则的实现.
(2)、特点
优点：
- 由于抽象与实现分离，所以扩展能力强；
- 其实现细节对客户透明。
缺点：
- 由于聚合关系建立在抽象层，要求开发者针对抽象化进行设计与编程，这增加了系统的理解与设计难度。
(3)、结构
可以将抽象化部分与实现化部分分开，取消二者的继承关系，改用组合关系。
桥接（Bridge）模式包含以下主要角色。
- 抽象化（Abstraction）角色：定义抽象类，并包含一个对实现化对象的引用。
- 扩展抽象化（Refined Abstraction）角色：是抽象化角色的子类，实现父类中的业务方法，并通过组合关系调用实现化角色中的业务方法。
- 实现化（Implementor）角色：定义实现化角色的接口，供扩展抽象化角色调用。
- 具体实现化（Concrete Implementor）角色：给出实现化角色接口的具体实现。
(4)、实现
public class BridgeTest{
public static void main(String[] args){
Implementor imple=new ConcreteImplementorA();
Abstraction abs=new RefinedAbstraction(imple);
abs.Operation();
}
}
//实现化角色
interface Implementor{
public void OperationImpl();
}
//具体实现化角色
class ConcreteImplementorA implements Implementor{
public void OperationImpl(){
System.out.println("具体实现化(Concrete Implementor)角色被访问" );
}
}
//抽象化角色
abstract class Abstraction{
protected Implementor imple;
protected Abstraction(Implementor imple){
this.imple=imple;
}
public abstract void Operation();
}
//扩展抽象化角色
class RefinedAbstraction extends Abstraction{
protected RefinedAbstraction(Implementor imple){
super(imple);
}
public void Operation(){
System.out.println("扩展抽象化(Refined Abstraction)角色被访问" );
imple.OperationImpl();
}
}
1.5、装饰模式
(1)、定义
指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式，它属于对象结构型模式。
(2)、特点
优点：
- 采用装饰模式扩展对象的功能比采用继承方式更加灵活。
- 可以设计出多个不同的具体装饰类，创造出多个不同行为的组合。
缺点：
装饰模式增加了许多子类，如果过度使用会使程序变得很复杂。
(3)、结构
装饰模式主要包含以下角色。
- 抽象构件（Component）角色：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
- 具体构件（Concrete Component）角色：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
- 抽象装饰（Decorator）角色：继承抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
- 具体装饰（ConcreteDecorator）角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。
(4)、实现
public class DecoratorPattern{
public static void main(String[] args){
Component p=new ConcreteComponent();
p.operation();
Component d=new ConcreteDecorator(p);
d.operation();
}
}
//抽象构件角色
interface Component{
public void operation();
}
//具体构件角色
class ConcreteComponent implements Component{
public void operation(){
System.out.println("调用具体构件角色的方法operation()");
}
}
//抽象装饰角色
class Decorator implements Component{
private Component component;
public Decorator(Component component){
this.component=component;
}
public void operation(){
component.operation();
}
}
//具体装饰角色
class ConcreteDecorator extends Decorator{
public ConcreteDecorator(Component component){
super(component);
}
public void operation(){
super.operation();
System.out.println("为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");
}
}
1.6、外观模式
(1)、定义
为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，而使这些子系统更加容易被访问的模式。该模式对外有一个统一接口，外部应用程序不用关心内部子系统的具体的细节，这样会大大降低应用程序的复杂度，提高了程序的可维护性。
(2)、特点
优点:
- 降低了子系统与客户端之间的耦合度，使得子系统的变化不会影响调用它的客户类。
- 对客户屏蔽了子系统组件，减少了客户处理的对象数目，并使得子系统使用起来更加容易。
- 降低了大型软件系统中的编译依赖性，简化了系统在不同平台之间的移植过程，因为编译一个子系统不会影响其他的子系统，也不会影响外观对象。
缺点:
- 不能很好地限制客户使用子系统类。
- 增加新的子系统可能需要修改外观类或客户端的源代码，违背了“开闭原则”。
(3)、结构
外观（Facade）模式包含以下主要角色。
- 外观（Facade）角色：为多个子系统对外提供一个共同的接口。
- 子系统（Sub System）角色：实现系统的部分功能，客户可以通过外观角色访问它。
- 客户（Client）角色：通过一个外观角色访问各个子系统的功能。
(4)、实现
public class FacadePattern{
public static void main(String[] args){
Facade f=new Facade();
f.method();
}
}
//外观角色
class Facade{
private SubSystem01 obj1=new SubSystem01();
private SubSystem02 obj2=new SubSystem02();
private SubSystem03 obj3=new SubSystem03();
public void method(){
obj1.method1();
obj2.method2();
obj3.method3();
}
}
//子系统角色
class SubSystem01{
public void method1(){
System.out.println("子系统01的method1()被调用！");
}
}
class SubSystem02{
public void method2(){
System.out.println("子系统02的method2()被调用！");
}
}
class SubSystem03{
public void method3(){
System.out.println("子系统03的method3()被调用！");
}
}
1.7、享元模式
(1)、定义
运用共享技术来有効地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的又橡来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似类的开销，从而提高系统资源的利用率。
(2)、特点
优点：
相同对象只要保存一份，这降低了系统中对象的数量，从而降低了系统中细粒度对象给内存带来的压力。
缺点：
-
为了使对象可以共享，需要将一些不能共享的状态外部化，这将增加程序的复杂性。
-
读取享元模式的外部状态会使得运行时间稍微变长。
(3)、结构
享元模式中存在以下两种状态：
- 内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分；
- 外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。下面来分析其基本结构和实现方法。
享元模式的主要角色有如下:
- 抽象享元角色（Flyweight）:是所有的具体享元类的基类，为具体享元规范需要实现的公共接口，非享元的外部状态以参数的形式通过方法传入。
- 具体享元（Concrete Flyweight）角色：实现抽象享元角色中所规定的接口。
- 非享元（Unsharable Flyweight)角色：是不可以共享的外部状态，它以参数的形式注入具体享元的相关方法中。
- 享元工厂（Flyweight Factory）角色：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。
(4)、实现
public class FlyweightPattern{
public static void main(String[] args){
FlyweightFactory factory=new FlyweightFactory();
Flyweight f01=factory.getFlyweight("a");
Flyweight f02=factory.getFlyweight("a");
Flyweight f11=factory.getFlyweight("b");
Flyweight f12=factory.getFlyweight("b");
f01.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用a。"));
f02.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用a。"));
f11.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用b。"));
f12.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用b。"));
}
}
//非享元角色
class UnsharedConcreteFlyweight{
private String info;
UnsharedConcreteFlyweight(String info){
this.info=info;
}
public String getInfo(){
return info;
}
public void setInfo(String info){
this.info=info;
}
}
//抽象享元角色
interface Flyweight{
public void operation(UnsharedConcreteFlyweight state);
}
//具体享元角色
class ConcreteFlyweight implements Flyweight{
private String key;
ConcreteFlyweight(String key){
this.key=key;
}
public void operation(UnsharedConcreteFlyweight outState){
System.out.print("具体享元"+key+"被调用，");
System.out.println("非享元信息是:"+outState.getInfo());
}
}
//享元工厂角色
class FlyweightFactory{
private HashMap<String, Flyweight> flyweights=new HashMap<String, Flyweight>();
public Flyweight getFlyweight(String key){
Flyweight flyweight=(Flyweight)flyweights.get(key);
if(flyweight!=null){
System.out.println("具体享元"+key+"已经存在，被成功获取！");
}
else{
flyweight=new ConcreteFlyweight(key);
flyweights.put(key, flyweight);
}
return flyweight;
}
}
(5)、扩展
单纯享元模式:
这种享元模式中的所有的具体享元类都是可以共享的，不存在非共享的具体享元类.
复合享元模式:
这种享元模式中的有些享元对象是由一些单纯享元对象组合而成的，它们就是复合享元对象。虽然复合享元对象本身不能共享，但它们可以分解成单纯享元对象再被共享.
1.8、组合模式
(1)、定义
又叫作部分-整体模式，它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式，用来表示“部分-整体”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。
(2)、特点
优点：
-
组合模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无须关心自己处理的是单个对象，还是组合对象，这简化了客户端代码；
-
更容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”；
缺点：
-
设计较复杂，客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系；
-
不容易限制容器中的构件；
-
不容易用继承的方法来增加构件的新功能；
(3)、结构
组合模式包含以下主要角色。
- 抽象构件（Component）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。
- 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于实现抽象构件角色中 声明的公共接口。
- 树枝构件（Composite）角色：是组合中的分支节点对象，它有子节点。它实现了抽象构件角色中声明的接口，它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法。
透明方式：
在该方式中，由于抽象构件声明了所有子类中的全部方法，所以客户端无须区别树叶对象和树枝对象，对客户端来说是透明的。但其缺点是：树叶构件本来没有 Add()、Remove() 及 GetChild() 方法，却要实现它们（空实现或抛异常），这样会带来一些安全性问题。
安全方式：
在该方式中，将管理子构件的方法移到树枝构件中，抽象构件和树叶构件没有对子对象的管理方法，这样就避免了上一种方式的安全性问题，但由于叶子和分支有不同的接口，客户端在调用时要知道树叶对象和树枝对象的存在，所以失去了透明性。
(4)、实现
假如要访问集合 c0={leaf1,{leaf2,leaf3}} 中的元素，其对应的树状图如图 3 所示。
方式一:透明式的组合模式
public class CompositePattern{
public static void main(String[] args){
Component c0=new Composite();
Component c1=new Composite();
Component leaf1=new Leaf("1");
Component leaf2=new Leaf("2");
Component leaf3=new Leaf("3");
c0.add(leaf1);
c0.add(c1);
c1.add(leaf2);
c1.add(leaf3);
c0.operation();
}
}
//抽象构件
interface Component{
public void add(Component c);
public void remove(Component c);
public Component getChild(int i);
public void operation();
}
//树叶构件
class Leaf implements Component{
private String name;
public Leaf(String name){
this.name=name;
}
public void add(Component c){ }
public void remove(Component c){ }
public Component getChild(int i){
return null;
}
public void operation(){
System.out.println("树叶"+name+"：被访问！");
}
}
//树枝构件
class Composite implements Component{
private ArrayList<Component> children=new ArrayList<Component>();
public void add(Component c){
children.add(c);
}
public void remove(Component c){
children.remove(c);
}
public Component getChild(int i){
return children.get(i);
}
public void operation(){
for(Object obj:children){
((Component)obj).operation();
}
}
}
(5)、扩展
如果对前面的组合模式中的树叶节点和树枝节点进行抽象，也就是说树叶节点和树枝节点还有子节点，这时组合模式就扩展成复杂的组合模式了，如 JavaAWT/Swing中的简单组件 JTextComponent 有子类 JTextField、JTextArea，容器组件 Container 也有子类 Window、Panel。
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