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适配器模式

一、介绍

1.1 定义

适配器模式(Adapter Pattern): 将一个类的接口,转换成客户期望的另一个接口。适配器让原本接口不兼容的类可以合作无间。

适配器模式既可以作为类结构型模式,也可以作为对象结构型模式。其别名为包装器(Wrapper)。

因为 Java 不支持多重继承的特性,文中如无特别说明,均表示对象适配器模式。

1.2 作用

适配器模式可以将现有接口转化为客户类所期望的接口,实现了对现有类的复用,它是一种使用频率非常高的设计模式,在软件开发中得以广泛应用,在 Spring 等开源框架、驱动程序设计(如 JDBC 中的数据库驱动程序)中也使用了适配器模式。

在适配器模式定义中所提及的接口是指广义的接口,它可以表示一个方法或者方法的集合。

如果需要一个适配器包装多个被适配者,需要使用外观模式(Facade Pattern)。

1.3 面向对象原则

  1. 面向接口编程
  2. 对象组合

1.3 使用场景

在以下情况下可以考虑使用适配器模式:

  1. 系统需要使用一些现有的类,而这些类的接口(如方法名)不符合系统的需要,甚至没有这些类的源代码。

  2. 想创建一个可以重复使用的类,用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类,包括一些可能在将来引进的类一起工作。

1.4 优缺点

下面是适配器模式的共同优缺点。

共同优点

  1. 将目标类和适配者类解耦,通过引入一个适配器类来重用现有的适配者类,无须修改原有结构。

  2. 增加了类的透明性和复用性,将具体的业务实现过程封装在适配者类中,对于客户端类而言是透明的,而且提高了适配者的复用性,同一个适配者类可以在多个不同的系统中复用。

  3. 灵活性和扩展性都非常好,通过使用配置文件,可以很方便地更换适配器,也可以在不修改原有代码的基础上增加新的适配器类,完全符合 开闭原则

对象适配器模式的优点

对象适配器模式还有下面的优点:

  1. 一个对象适配器可以把多个不同的适配者适配到同一个目标;

  2. 可以适配一个适配者的子类,由于适配器和适配者之间是关联关系,根据 里氏代换原则,适配者的子类也可通过该适配器进行适配。

类适配器模式的优点

  1. Adapter 可以重定义 Adaptee 的部分行为。由于适配器类是被适配者的子类,因此可以在适配器类中置换一些适配者的方法,使得适配器的灵活性更强。

对象适配器模式的缺点

  1. 与类适配器模式相比,要在适配器中置换适配者类的某些方法比较麻烦。如果一定要置换掉适配者类的一个或多个方法,可以先做一个适配者类的子类,将适配者类的方法置换掉,然后再把适配者类的子类当做真正的适配者进行适配,实现过程较为复杂。

  2. 过多地使用适配器会让系统非常零乱,不易整体进行把握。例如表面上调用的是 A 接口,实际上其内部被适配成 B 接口的实现。

  3. 不能重定义被适配者 Adaptee 的行为。

类适配器模式的缺点

  1. 对于 Java、C# 等不支持多重类继承的语言,一次最多只能适配一个适配者类,不能同时适配多个适配者。

  2. 被适配者类不能为最终类。如在 Java 中不能为 final 类,C# 中不能为 sealed 类。

  3. 在 Java、C# 等语言中,类适配器模式中的目标抽象类只能为接口,不能为类,其使用有一定的局限性。

二、组成部分

1. 对象适配器模式

1.1 UML 类图

1546531355050

1.2 角色组成

对象适配器模式结构图中包含如下几个角色:

  • Target(目标抽象类) :目标抽象类定义客户所需接口,可以是一个抽象类或接口,也可以是具体类。

  • Adapter(适配器类):适配器可以调用另一个接口,作为一个转换器,对 AdapteeTarget 进行适配,适配器类是适配器模式的核心,在对象适配器中,它通过继承Target并关联一个 Adaptee 对象使二者产生联系。

  • Adaptee(被适配者类):适配者即被适配的角色,它定义了一个已经存在的接口,这个接口需要适配,适配者类一般是一个具体类,包含了客户希望使用的业务方法,在某些情况下可能没有适配者类的源代码。

2 类适配器模式

2.1 UML 类图

1546531382122

类适配器模式和对象适配器模式最大的区别在于:适配器和适配者之间的关系不同。对象适配器模式中适配器和适配者之间是关联关系(组合),而类适配器模式中适配器和适配者是继承关系。

由于 Java 中只支持单继承,所以不支持类适配器。

2.2 角色组成

与对象适配器模式一致。

3 双向适配器

3.1 UML 类图

1546531425415

如果在适配器中同时包含对目标类和适配者类的引用,适配者可以通过它调用目标类中的方法,目标类也可以通过它调用适配者类中的方法,那么该适配器就是一个双向适配器。

3.2 角色组成

与对象适配器模式一致。

4 缺省适配器

4.1 UML 类图

1546531449819

缺省适配器模式(Default Adapter Pattern):当不需要实现一个接口所提供的所有方法时,可先设计一个抽象类实现该接口,并为接口中每个方法提供一个默认实现(空方法),那么该抽象类的子类可以选择性地覆盖父类的某些方法来实现需求,它适用于不想使用一个接口中的所有方法的情况,又称为单接口适配器模式。

这个抽象类就是一个抽象的骨架实现类。

4.2 角色组成

在缺省适配器模式中,包含如下三个角色:

  • ServiceInterface(适配者接口):它是一个接口,通常在该接口中声明了大量的方法。

  • AbstractServiceClass(缺省适配器类):它是缺省适配器模式的核心类,使用空方法的形式实现了在ServiceInterface接口中声明的方法。通常将它定义为抽象类,因为对它进行实例化没有任何意义。

  • ConcreteServiceClass(具体业务类):它是缺省适配器类的子类,在没有引入适配器之前,它需要实现适配者接口,因此需要实现在适配者接口中定义的所有方法,而对于一些无须使用的方法也不得不提供空实现。在有了缺省适配器之后,可以直接继承该适配器类,根据需要有选择性地覆盖在适配器类中定义的方法。

在JDK类库的事件处理包 java.awt.event 中广泛使用了缺省适配器模式,如 WindowAdapterKeyAdapterMouseAdapter 等。

三、示例

Rocketstar 软件公司欲开发一款第三人称射击游戏,该游戏系统中需要提供一个加密模块,将用户机密信息(如口令、邮箱等) 加密之后再存储在数据库中,系统已经定义好了数据库操作类。为了提高开发效率,现需要重用已有的加密算法,这些算法封装在一些由第三方提供的类中,有些甚至没有源代码。试使用适配器模式设计该加密模块,实现在不修改现有类的基础上重用第三方加密方法。

完整代码:https://github.com/HasonHuang/java-design-patterns/tree/master/adapter-pattern

3.1 目标抽象类

  • com.hason.patterns.adapter.Aead

3.2 适配器类

  • com.hason.patterns.adapter.Base64Adapter

3.3 被适配者类

  • com.hason.patterns.adapter.thirdpart.Base64

参考资料

  1. 《Head First 设计模式》

  2. 设计模式