23种设计模式（三）-CFANZ编程社区

一、建造者模式

建造者（Builder）模式：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。

模式的结构与实现

建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成。

1. 模式的结构

建造者（Builder）模式的主要角色如下。

产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个零部件。
抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。

其结构图如图所示：

2. 模式的实现

上图给出了建造者（Builder）模式的主要结构，其相关类的代码如下：

(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。

class Product {
    private String partA;
    private String partB;
    private String partC;
    public void setPartA(String partA) {
        this.partA = partA;
    }
    public void setPartB(String partB) {
        this.partB = partB;
    }
    public void setPartC(String partC) {
        this.partC = partC;
    }
    public void show() {
        //显示产品的特性
    }
}

(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。

abstract class Builder {
    //创建产品对象
    protected Product product = new Product();
    public abstract void buildPartA();
    public abstract void buildPartB();
    public abstract void buildPartC();
    //返回产品对象
    public Product getResult() {
        return product;
    }
}

(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。

public class ConcreteBuilder extends Builder {
    public void buildPartA() {
        product.setPartA("建造 PartA");
    }
    public void buildPartB() {
        product.setPartB("建造 PartB");
    }
    public void buildPartC() {
        product.setPartC("建造 PartC");
    }
}

(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。

class Director {
    private Builder builder;
    public Director(Builder builder) {
        this.builder = builder;
    }
    //产品构建与组装方法
    public Product construct() {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
        return builder.getResult();
    }
}

(5) 客户类。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Builder builder = new ConcreteBuilder();
        Director director = new Director(builder);
        Product product = director.construct();
        product.show();
    }
}

应用场景：

建造者模式主要适用于以下应用场景：

相同的方法，不同的执行顺序，产生不同的结果。
多个部件或零件，都可以装配到一个对象中，但是产生的结果又不相同。
产品类非常复杂，或者产品类中不同的调用顺序产生不同的作用。
初始化一个对象特别复杂，参数多，而且很多参数都具有默认值。

建造者模式和工厂模式的区别

建造者模式更加注重方法的调用顺序，工厂模式注重创建对象。
创建对象的力度不同，建造者模式创建复杂的对象，由各种复杂的部件组成，工厂模式创建出来的对象都一样
关注重点不一样，工厂模式只需要把对象创建出来就可以了，而建造者模式不仅要创建出对象，还要知道对象由哪些部件组成。
建造者模式根据建造过程中的顺序不一样，最终对象部件组成也不一样。

模式的扩展

建造者（Builder）模式在应用过程中可以根据需要改变，如果创建的产品种类只有一种，只需要一个具体建造者，这时可以省略掉抽象建造者，甚至可以省略掉指挥者角色。

二、结构型模式

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。

以上 7 种结构型模式，除了适配器模式分为类结构型模式和对象结构型模式两种，其他的全部属于对象结构型模式。

三、代理模式

代理模式：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。

1. 模式的结构

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。

其结构图如图所示：

在代码中，一般代理会被理解为代码增强，实际上就是在原代码逻辑前后增加一些代码逻辑，而使调用者无感知。

根据代理的创建时期，代理模式分为静态代理和动态代理。

静态：由程序员创建代理类或特定工具自动生成源代码再对其编译，在程序运行前代理类的 .class 文件就已经存在了。
动态：在程序运行时，运用反射机制动态创建而成

2. 模式的实现

代理模式的实现代码如下：

package proxy;
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。");
    }
}

运行结果如下：

应用场景

远程代理，这种方式通常是为了隐藏目标对象存在于不同地址空间的事实，方便客户端访问。例如，用户申请某些网盘空间时，会在用户的文件系统中建立一个虚拟的硬盘，用户访问虚拟硬盘时实际访问的是网盘空间。
虚拟代理，这种方式通常用于要创建的目标对象开销很大时。例如，下载一幅很大的图像需要很长时间，因某种计算比较复杂而短时间无法完成，这时可以先用小比例的虚拟代理替换真实的对象，消除用户对服务器慢的感觉。
安全代理，这种方式通常用于控制不同种类客户对真实对象的访问权限。
智能指引，主要用于调用目标对象时，代理附加一些额外的处理功能。例如，增加计算真实对象的引用次数的功能，这样当该对象没有被引用时，就可以自动释放它。
延迟加载，指为了提高系统的性能，延迟对目标的加载。例如，Hibernate中就存在属性的延迟加载和关联表的延时加载。

代理模式的扩展

在前面介绍的代理模式中，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，如 SpringAOP，其结构图如下图所示：

四、适配器模式

适配器模式（Adapter）：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。

1. 模式的结构

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如图所示：

对象适配器模式的结构图如图所示：

2. 模式的实现

(1) 类适配器模式的代码如下：

package adapter;
//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)
    {
        System.out.println("类适配器模式测试：");
        Target target = new ClassAdapter();
        target.request();
    }
}

程序运行结果如下：

(2)对象适配器模式的代码如下:

package adapter;
//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)
    {
        System.out.println("对象适配器模式测试：");
        Adaptee adaptee = new Adaptee();
        Target target = new ObjectAdapter(adaptee);
        target.request();
    }
}

程序运行结果如下：

说明：对象适配器模式中的“目标接口”和“适配者类”的代码同类适配器模式一样，只要修改适配器类和客户端的代码即可。

模式的应用场景

适配器模式（Adapter）通常适用于以下场景。

以前开发的系统存在满足新系统功能需求的类，但其接口同新系统的接口不一致。
使用第三方提供的组件，但组件接口定义和自己要求的接口定义不同。

模式的扩展

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，其结构图如图所示：

程序代码如下：

package adapter;
//目标接口
interface TwoWayTarget
{
    public void request();
}
//适配者接口
interface TwoWayAdaptee
{
    public void specificRequest();
}
//目标实现
class TargetRealize implements TwoWayTarget
{
    public void request()
    {       
        System.out.println("目标代码被调用！");
    }
}
//适配者实现
class AdapteeRealize implements TwoWayAdaptee
{
    public void specificRequest()
    {       
        System.out.println("适配者代码被调用！");
    }
}
//双向适配器
class TwoWayAdapter  implements TwoWayTarget,TwoWayAdaptee
{
    private TwoWayTarget target;
    private TwoWayAdaptee adaptee;
    public TwoWayAdapter(TwoWayTarget target)
    {
        this.target=target;
    }
    public TwoWayAdapter(TwoWayAdaptee adaptee)
    {
        this.adaptee=adaptee;
    }
    public void request()
    {
        adaptee.specificRequest();
    }
    public void specificRequest()
    {       
        target.request();
    }
}
//客户端代码
public class TwoWayAdapterTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("目标通过双向适配器访问适配者：");
        TwoWayAdaptee adaptee=new AdapteeRealize();
        TwoWayTarget target=new TwoWayAdapter(adaptee);
        target.request();
        System.out.println("-------------------");
        System.out.println("适配者通过双向适配器访问目标：");
        target=new TargetRealize();
        adaptee=new TwoWayAdapter(target);
        adaptee.specificRequest();
    }
}