【设计模式】结构型(代理模式、桥接模式、装饰者模式、适配器模式)

代理模式

在不改变原始类（或叫被代理类）代码的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能(非功能性需求，例如：监控、统计、事务、日志等)。

静态代理(原始类可维护-可实现统一接口)

public interface IDownload{
		void startDownload();
		void stopDownload();
}

public class DownloadImpl implements IDownload{
		void startDownload(){
				//....
		}
		
		void stopDownload(){
				//....
		}
}

public class DownloadProxy implements IDownload{
		private MonitorLog mLog;
		private DownloadImpl mDownloadController;
		
		public DownloadLog(DownloadImpl downloadController){
				mLog = new MonitorLog();
				mDownloadController = downloadController;
		}
		
		public void startDownload(){
				mLog.info(TAG, "xxxx");
				mDownloadController.startDownload();
		}
		
		public void stopDownload(){
				mLog.info(TAG, "xxxxx");
				mDownloadController.stopDownload();
		}
}

public class RunClass{
		public static void main(String[] args){
				IDownload downloadController = new DownloadProxy(new DownloadImpl);
				download.startDownload();
		}
}
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静态代理(原始类不可维护-不可实现统一接口)

//该类为第三方库的类
public class DownloadManager implements IDownload{
		void startDownload(){
				....
		}
		
		void stopDownload(){
				....
		}
}

public class DownloadProxy extends DownloadManager{
		private MonitorLog mLog;
		
		public DownloadLog(){
				mLog = new MonitorLog();
		}
		
		public void startDownload(){
				mLog.info(TAG, "xxxx");
				super.startDownload();
		}
		
		public void stopDownload(){
				mLog.info(TAG, "xxxxx");
				super.stopDownload();
		}
}

public class RunClass{
		public static void main(String[] args){
				DownloadManager downloadController = new DownloadProxy();
				download.startDownload();
		}
}
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动态代理

不事先为每个原始类编写代理类，而是在运行的时候，动态地创建原始类对应的代理类，然后在系统中用代理类替换掉原始类。

实例场景：接口的缓存功能。可以提供一个缓存注解，对于接口调用都是通过动态代理类，动态代理类中解析是否有缓存注解，如果有则优先返回缓存内容，没有则返回实时内容。

public class DynamicProxy {
  private MonitorLog mLog;

  public DynamicProxy() {
    	mLog = new MonitorLog();
  }

  public Object createProxy(Object proxiedObject) {
    Class<?>[] interfaces = proxiedObject.getClass().getInterfaces();
    DynamicProxyHandler handler = new DynamicProxyHandler(proxiedObject);
    return Proxy.newProxyInstance(proxiedObject.getClass().getClassLoader(), interfaces, handler);
  }

  private class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object proxiedObject;

    public DynamicProxyHandler(Object proxiedObject) {
      this.proxiedObject = proxiedObject;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
      mLog.info(TAG, "当前调用方法名 = " + method.getName());
      Object result = method.invoke(proxiedObject, args);
      return result;
    }
  }
}

public class RunClass{
  public static void main(String[] args){
    DynamicProxy proxy = new DynamicProxy();
		IDownload downloadController = (IDownload) proxy.createProxy(new DownloadManager());
    downloadController.startDownload();
  }
}
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桥接模式

将抽象和实现解耦，让它们可以独立变化。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。”通过组合关系来替代继承关系，避免继承层次的指数级爆炸。

// MySql中实现JDBC驱动协议
package com.mysql.jdbc;
import java.sql.SQLException;

public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
  static {
    try {
      java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
    } catch (SQLException E) {
      throw new RuntimeException("Can't register driver!");
    }
  }

  /**
   * Construct a new driver and register it with DriverManager
   * @throws SQLException if a database error occurs.
   */
  public Driver() throws SQLException {
    // Required for Class.forName().newInstance()
  }
}

//通过Class.forName 加载 MySql 驱动，并执行了 static 代码块，注册 MySql 驱动器
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/sample_db?user=root&password=your_password";
Connection con = DriverManager.getConnection(url);
Statement stmt = con.createStatement()；
String query = "select * from test";
ResultSet rs=stmt.executeQuery(query);
while(rs.next()) {
  rs.getString(1);
  rs.getInt(2);
}
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举例：现在有两个纬度 Car 车 （奔驰、宝马、奥迪等） Transmission 档位类型 （自动挡、手动挡、手自一体等） 按照继承的设计模式，Car是一个Abstract基类，假设有M个车品牌，N个档位一共要写M*N个类去描述所有车和档位的结合。而当我们使用桥接模式的话，我首先new一个具体的Car（如奔驰），再new一个具体的Transmission（比如自动档）。然后奔驰.set(手动档)就可以了。 那么这种模式只有M+N个类就可以描述所有类型，这就是M*N的继承类爆炸简化成了M+N组合。所以桥接模式解决的应该是继承爆炸问题。

装饰者模式

装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题，通过组合来替代继承。它主要的作用是给原始类添加增强功能。这也是判断是否该用装饰器模式的一个重要的依据。除此之外，装饰器模式还有一个特点，那就是可以对原始类嵌套使用多个装饰器。为了满足这个应用场景，在设计的时候，装饰器类需要跟原始类继承相同的抽象类或者接口。

public abstract class InputStream {
  //...
  public int read(byte b[]) throws IOException {
    return read(b, 0, b.length);
  }
  
  public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
    //...
  }
	//...
}

public class BufferedInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected BufferedInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现基于缓存的读数据接口...  
  public int read(byte b[]) throws IOException {
    //实现缓存
    return in.read(b, 0, b.length);
  }
}

public class DataInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected DataInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现读取基本类型数据的接口
}


public class RunClass{
  public static void main(String[] args){
    InputStream in = new FileInputStream("/user/test/test.txt");
    InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
    byte[] data = new byte[128];
    while (bin.read(data) != -1) {
      //...
    }
  }
}
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适配器模式

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() {
    //...重新实现f2()...
  }
  
  // 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
}
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对象适配器：基于组合

public interface ITarget {
  void f1();
  void f2();
  void fc();
}

public class Adaptee {
  public void fa() { //... }
  public void fb() { //... }
  public void fc() { //... }
}

public class Adaptor implements ITarget {
  private Adaptee adaptee;
  
  public Adaptor(Adaptee adaptee) {
    this.adaptee = adaptee;
  }
  
  public void f1() {
    adaptee.fa(); //委托给Adaptee
  }
  
  public void f2() {
    //...重新实现f2()...
  }
  
  public void fc() {
    adaptee.fc();
  }
}
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针对这两种实现方式，在实际的开发中，到底该如何选择使用哪一种呢？判断的标准主要有两个，一个是 Adaptee 接口的个数，另一个是 Adaptee 和 ITarget 的契合程度。

• 如果 Adaptee 接口并不多，那两种实现方式都可以。
• 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。
• 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。

应用场景

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。

public class CD { //这个类来自外部sdk，我们无权修改它的代码
  //...
  public static void staticFunction1() { //... }
  
  public void uglyNamingFunction2() { //... }

  public void tooManyParamsFunction3(int paramA, int paramB, ...) { //... }
  
   public void lowPerformanceFunction4() { //... }
}

// 使用适配器模式进行重构
public class ITarget {
  void function1();
  void function2();
  void fucntion3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper);
  void function4();
  //...
}
// 注意：适配器类的命名不一定非得末尾带Adaptor
public class CDAdaptor extends CD implements ITarget {
  //...
  public void function1() {
     super.staticFunction1();
  }
  
  public void function2() {
    super.uglyNamingFucntion2();
  }
  
  public void function3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper) {
     super.tooManyParamsFunction3(paramsWrapper.getParamA(), ...);
  }
  
  public void function4() {
    //...reimplement it...
  }
}
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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。

/**
 * 集成多个敏感词系统，提供统一的对外接口
 */
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;
  }
}
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替换依赖的外部系统

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。

// 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()));
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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。这样做的好处是，让使用它的项目有个过渡期，而不是强制进行代码修改。这也可以粗略地看作适配器模式的一个应用场景。

//JDK2.0 Collections 兼容 JDK1.0 Enumeration
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():
      }
    }
  }
}
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适配不同格式的数据

List<String> stooges = Arrays.asList("Larry", "Moe", "Curly");
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4中设计模式区别

代理模式：代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。

桥接模式：桥接模式的目的是将接口部分和实现部分分离，从而让它们可以较为容易、也相对独立地加以改变。

装饰器模式：装饰者模式在不改变原始类接口的情况下，对原始类功能进行增强，并且支持多个装饰器的嵌套使用。

适配器模式：适配器模式是一种事后的补救策略。适配器提供跟原始类不同的接口，而代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口。