設計模式 —— 結構型模式

来源:https://www.cnblogs.com/simpleito/archive/2019/05/17/10878865.html
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結構型模式(Structural Pattern)關註如何將現有類或對象組織在一起形成更加強大的結構 可分為兩種: 1. 類結構型模式:關心類的組合,由多個類可以組合成一個更大的系統,在類結構型模式中一般只存在繼承關係和實現關係 2. 對象結構型模式:關心類與對象的組合,通過關聯關係使得在一個類中定 ...


結構型模式(Structural Pattern)關註如何將現有類或對象組織在一起形成更加強大的結構
可分為兩種:

  1. 類結構型模式:關心類的組合,由多個類可以組合成一個更大的系統,在類結構型模式中一般只存在繼承關係和實現關係
  2. 對象結構型模式:關心類與對象的組合,通過關聯關係使得在一個類中定義另一個類的實例對象,然後通過該對象調用其方法。更符合“合成復用原則”

1. 適配器模式(Adapter pattern)

1.1 定義

"Convert the interface of a class into another interface clients expect. Adapter lets classes work together that couldn't otherwise because of incompatible interfaces."
將一個介面轉換成客戶希望的另一個介面,適配器模式使介面不相容的那些類可以一起工作

又稱包裝器(Wrapper),既可以作為類結構型模式,也可以作為對象結構型模式。

使用前提或場景:解決兩個已有介面間不相容問題。Client面向介面編程,而該面向的介面又與第三方介面不相容,兩者又不便於修改,則可用Adapter協調工作

個人理解:不能說是"轉換",而是協調不相容介面間工作。比如客戶端期望調用的方法傳參是一個樣子(面向介面編程,該方法可上升為目標抽象類,下述角色中有提到),而現有第三方實現的滿足業務功能的介面可用,但規定的參數格式不一樣。但兩者(目標抽象類與第三方介面)都不願或者不能修改,因此,則需要一個適配器來協調兩者工作。

1.2 模式結構

示例代碼參考

包含如下角色:

  1. Target(目標抽象類)
    客戶期望的業務介面,可以是具體類,也可以是介面。

  2. Adapter(適配器類)
    適配器類可調用Adaptee介面,以對 Adaptee 和 Target 進行適配,使其協調工作。

  3. Adaptee(適配者類)
    被適配的角色,定義了可工作、已存在、待適配的介面,些情況下甚至沒有源代碼。

  4. Client(客戶類)
    客戶類面對目標抽象類進行編程

可細分為兩種模式:

  1. 類適配器模式:適配器類與適配者類是繼承關係,因為Java不支持多重繼承,因此該模式下目標抽象類只能是介面。
  2. 對象適配器:適配器類與適配者類是關聯關係(也可以稱為委派關係),即含有適配者類的成員變數

1.3 模式擴展

1) 預設適配器模式(Default Adapter Pattern):當不需要實現介面提供的全部方法時,可先設計一個抽象類(預設適配器)來實現該介面,併為每個方法提供一個預設實現(通常是空實現,也稱鉤子方法[Hook Method]),那麼該抽象類的子類(具體業務類)可有選擇的只覆蓋父類中某些方法來實現需求。

interface ServiceInterface{
    void M1();
    void M2();
    void M3();
}
abstract class AbstractServiceClass implements ServiceInterface{
    public void M1(){}
    public void M2(){}
    public void M3(){}
}
class ConcreteServiceClass extends AbstractServiceClass{
    public void M2(){
        System.out.println("具體業務方法");
    }
}

2) 雙向適配器:適配器中同時包含對目標類和適配者類的引用。

1.4 優缺點

也是其使用場景,可以在不修改客戶、適配者、目標抽象類前提下,讓幾者相容工作。同時適配器也能很方便的替換,符合開閉原則。

2. 橋接模式(Bridge Pattern)

2.1 定義

"Decouple an abstraction from its implementation so that the two can vary independently."
將抽象部分與它的實現部分解耦,使它們都能獨立地變化

又稱柄體(Handle and Body)模式,介面(Interface)模式,屬於對象結構型模式。

使用場景:當一個類存在兩個獨立變化的維度時,為了減少因繼承結構帶來的具體類數量,可將變化的維度進行抽象化,再用關聯方式將其聯繫起來。

個人理解:如上面所講,多變化維度如果用繼承將會大大增加類的數量。比如下麵例子中的"跨平臺多格式播放器",若將其中一個維度用繼承關係表達,再在其中定義另一個維度介面的成員變數,以此達到靈活組合的目的。

2.2 模式結構

  1. Abstraction(抽象類)
    其中一個變化維度的繼承關係結構中的抽象父類,一般來說 Implementor 介面僅提供基本操作,而 Abstraction 則可能會做更多更複雜的操作。其中定義了一個 Implementor 類型對象,並維護該對象,達成關聯關係.

  2. RefinedAbstraction(擴充抽象類)

  3. Implementor(實現類介面)
    另一變化維度所抽象出來的介面

  4. ConcreteImplementor(具體實現類)

2.3 優點

  1. 通過將另一維度抽象,並使用關聯關係,一定程度上進行瞭解耦,也 滿足了"合成復用原則",大大減少了因靜態抽象繼承結構可能帶來的類的數量。

  2. 因為抽象,客戶端面向兩個維度抽象層編程,加上新增擴充抽象類或具體實現類均不需要修改其他任何代碼,因此很好的符合了"依賴倒轉原則"與"開閉原則"。

3. 組合模式(Composite Pattern)

3.1 定義

"Compose objects into tree structures to represent part-whole hierarchies. Composite lets clients treat individual objects and compositions of objects uniformly."
組合多個對象形成樹形結構以表示"部分——整體"的層次結構。組合模式使客戶能統一對待單個對象(即葉子對象)和組合對象(即容器對象)

又稱"部分-整體"(Part-Whole)模式,屬於對象的結構模式

使用場景:在具有整體(容器)和部分(葉子)的類層次結構中,希望能忽略兩者的差異,使客戶能一致對待它們。

個人理解:通過定義一個抽象構件類,既能代表葉子也能代表容器構件,其中聲明瞭構件的統一業務方法,該方法葉子與容器有不同的實現,但客戶面向該抽象構件編程,因此可以統一處理而無須關心兩者間差異。

3.2 模式結構

  1. Component(抽象構件)
    可以是介面或者抽象類,聲明葉子構件與容器構件共有業務方法

  2. Leaf(葉子構件)

  3. Composite(容器構件)
    在容器構件中,包含了一個集合用於儲存子結點,該子結點可以是葉子、也可以是容器對象。且額外提供了管理子結點的方法,如addLeaf(Component com)等等

  4. Client(客戶類)

:該模式又可細分為:透明組合模式、安全組合模式

  • 透明組合模式:即將容器類中的額外方法(如addLeaf),提到抽象構件類中,使得所有構建類都有相同的介面,客戶可透明的完全一致地對待所有對象。
    缺點很大:因為葉子對象和容器對象本質上是有區別,葉子對象不可能有成員對象。因此add等方法對葉子類是沒有意義的,在運行時調用會出錯。

  • 安全組合模式(推薦):即沒有在抽象構件類中聲明本該容器具有的方法,這是安全的。但這會造成客戶不能完全針對抽象編程(因為add等方法是定義在容器類中的,只有聲明為容器類型才能調用)無法一致使用葉子與容器構件。

4. 裝飾模式(Decorator Pattern)

4.1 定義

"Attach additional responsibilities to an object dynamically. Decorators provide a flexible alternative to subclassing for extending functionality."
動態地給一個對象添加職責。相較於繼承,裝飾模式則提供了一種更為靈活的方式來擴展功能。

又稱"油漆工模式"、"包裝器(Wrapper)"(與適配器模式別名相同,但含義不同),是對象結構型模式。

使用場景:無須使用繼承,通過關聯機制來動態、透明的為對象增加職責。

個人理解:定義抽象構件(類或介面)聲明業務方法,具體構件與裝飾類均實現該介面。在裝飾類中定義了構件類型的成員變數,在介面方法中調用該對象的方法並添加額外實現。而對客戶來說是一直的,因為其面向抽象編程。
該模式也能達到迴圈裝飾,來添加功能。

4.2 模式結構

  1. Component(抽象構件)
    聲明瞭業務方法,客戶端面向該抽象編程

  2. ConcreteComponent(具體構件)
    實現了抽象構件

  3. Decorator(抽象裝飾類)
    (可選)實現抽象構件。當有多個裝飾類時,可聲明抽象裝飾類,用以定義所有裝飾類的統一行為,如維護一個抽象構件類型的引用。假如只有一個裝飾類時,則可省略

  4. ConcreteDecorator(具體裝飾類)
    內部調用被裝飾對象方法,並額外增添新的功能。

:該模式可細分為透明裝飾模式與半透明裝飾模式。

  • 透明裝飾模式:即裝飾類中未額外添加public方法,客戶端可完全一致的使用具體構建類與裝飾類。
  • 半透明裝飾模式:裝飾類中增添了自己的方法,意味著客戶端必須聲明為裝飾類型才可調用,因此無法一致對待。

4.3 優點

  一定程度上降低了靜態繼承帶來的耦合度,符合”合成復用原則“,同時抽象層的定義也符合”開閉原則“,比如新增具體裝飾類無須修改其他代碼。

5. 外觀模式(Facade Pattern)

5.1 定義

"Provide a unified interface to a set of interfaces in a subsystem. Facade defines a higher-level interface that makes the subsystem easier to use."
為子系統的一組介面提供一個統一的入口。外觀模式定義了一個高層介面使得能更方便地使用子系統。

又稱門面模式,是對象結構型模式

使用場景:若想簡化客戶端與複雜子系統間的操作,則可引入外觀角色來為複雜子系統提供簡化的入口

個人理解:如上所述,客戶端只需與外觀角色交互,而由外觀角色來整合調用子系統中的複雜介面

5.2 模式結構

  1. SubSystem(子系統角色)
    每個子系統都可由客戶端直接調用,也可以被外觀角色調用。子系統並不知道外觀角色的存在,對子系統而言,外觀角色僅僅是另一個客戶端而已

  2. Facade(外觀角色)
    它將從客戶端發來的請求委派到相應子系統

5.3 優點

  如同使用情景一樣,使用外觀模式可為客戶端提供很大方便,將客戶端與子系統的內部複雜性分隔開,只需與外觀角色交互即可。降低了客戶與子系統耦合度,符合"迪米特法則"。

6.享元模式

TODO

7. 代理模式(Proxy Pattern / Surrogate Pattern)

7.1 定義

"Provide a surrogate or placeholder for another object to control access to it."
為某一對象提供一個代理,由代理對象來控制對原對象的引用

屬於對象結構型模式

使用場景及個人理解:為現有對象的使用提供額外的控制,而無須修改現有類與客戶調用,對客戶端而言是透明的,無須關心具體實現,只需面向介面使用即可。Java中官方自帶有對動態代理的支持。

和“裝飾模式”的不同:(1)代理中的引用是對真實主題角色的引用,而裝飾模式中是對抽象主題角色的引用。(2)裝飾模式的被裝飾對象是由客戶傳入的,想額外增加修飾功能。而代理模式是內部創建被代理對象,且完全控制其行為。

7.2 模式結構

  1. Subject(抽象主題角色)
    定義了業務方法,是真實主題與代理主題的共同介面

  2. Proxy(代理主題角色)
    內部包含對真實主題角色的引用,可完全控制真實主題的使用邏輯

  3. RealSubject(真實主題角色)

7.3 擴展

常見應用:

  1. 遠程代理:遠程代理可以將網路細節隱藏起來,使客戶端不必考慮網路的存在。比如Java的RMI(Remote Method Invocation,遠程方法調用),客戶對象在客戶端運行,想伺服器端運行的遠程對象發起請求。
  2. 虛擬代理:一種時間換空間的記憶體節省技術,將占用大量記憶體或處理複雜的對象推遲到使用它時才創建。比如Hibernate的懶載入

Java中的動態代理,以及優缺點

TODO:一個鏈接


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