51 | 适配器模式:代理、适配器、桥接、装饰,这四个模式有何区别?
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51 | 适配器模式:代理、适配器、桥接、装饰,这四个模式有何区别?
2020-02-28 王争 来自北京
《设计模式之美》
课程介绍
讲述:冯永吉
时长13:04大小10.47M
前面几节课我们学习了代理模式、桥接模式、装饰器模式,今天,我们再来学习一个比较常用的结构型模式:适配器模式。这个模式相对来说还是比较简单、好理解的,应用场景也很具体,总体上来讲比较好掌握。
关于适配器模式,今天我们主要学习它的两种实现方式,类适配器和对象适配器,以及 5 种常见的应用场景。同时,我还会通过剖析 slf4j 日志框架,来给你展示这个模式在真实项目中的应用。除此之外,在文章的最后,我还对代理、桥接、装饰器、适配器,这 4 种代码结构非常相似的设计模式做简单的对比,对这几节内容做一个简单的总结。
话不多说,让我们正式开始今天的学习吧!
适配器模式的原理与实现
适配器模式的英文翻译是 Adapter Design Pattern。顾名思义,这个模式就是用来做适配的,它将不兼容的接口转换为可兼容的接口,让原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。对于这个模式,有一个经常被拿来解释它的例子,就是 USB 转接头充当适配器,把两种不兼容的接口,通过转接变得可以一起工作。
原理很简单,我们再来看下它的代码实现。适配器模式有两种实现方式:类适配器和对象适配器。其中,类适配器使用继承关系来实现,对象适配器使用组合关系来实现。具体的代码实现如下所示。其中,ITarget 表示要转化成的接口定义。Adaptee 是一组不兼容 ITarget 接口定义的接口,Adaptor 将 Adaptee 转化成一组符合 ITarget 接口定义的接口。
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。
适配器模式应用场景总结
原理和实现讲完了,都不复杂。我们再来看,到底什么时候会用到适配器模式呢?
一般来说,适配器模式可以看作一种“补偿模式”,用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”。如果在设计初期,我们就能协调规避接口不兼容的问题,那这种模式就没有应用的机会了。
前面我们反复提到,适配器模式的应用场景是“接口不兼容”。那在实际的开发中,什么情况下才会出现接口不兼容呢?我建议你先自己思考一下这个问题,然后再来看我下面的总结 。
1. 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,这个时候就可以使用适配器模式了。
具体我还是举个例子来解释一下,你直接看代码应该会更清晰。具体代码如下所示:
2. 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。具体我还是举个例子来解释一下。
假设我们的系统要对用户输入的文本内容做敏感词过滤,为了提高过滤的召回率,我们引入了多款第三方敏感词过滤系统,依次对用户输入的内容进行过滤,过滤掉尽可能多的敏感词。但是,每个系统提供的过滤接口都是不同的。这就意味着我们没法复用一套逻辑来调用各个系统。这个时候,我们就可以使用适配器模式,将所有系统的接口适配为统一的接口定义,这样我们可以复用调用敏感词过滤的代码。
你可以配合着下面的代码示例,来理解我刚才举的这个例子。
3. 替换依赖的外部系统
当我们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。具体的代码示例如下所示:
4. 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。同样,我还是通过一个例子,来进一步解释一下。
JDK1.0 中包含一个遍历集合容器的类 Enumeration。JDK2.0 对这个类进行了重构,将它改名为 Iterator 类,并且对它的代码实现做了优化。但是考虑到如果将 Enumeration 直接从 JDK2.0 中删除,那使用 JDK1.0 的项目如果切换到 JDK2.0,代码就会编译不通过。为了避免这种情况的发生,我们必须把项目中所有使用到 Enumeration 的地方,都修改为使用 Iterator 才行。
单独一个项目做 Enumeration 到 Iterator 的替换,勉强还能接受。但是,使用 Java 开发的项目太多了,一次 JDK 的升级,导致所有的项目不做代码修改就会编译报错,这显然是不合理的。这就是我们经常所说的不兼容升级。为了做到兼容使用低版本 JDK 的老代码,我们可以暂时保留 Enumeration 类,并将其实现替换为直接调用 Itertor。代码示例如下所示:
5. 适配不同格式的数据
前面我们讲到,适配器模式主要用于接口的适配,实际上,它还可以用在不同格式的数据之间的适配。比如,把从不同征信系统拉取的不同格式的征信数据,统一为相同的格式,以方便存储和使用。再比如,Java 中的 Arrays.asList() 也可以看作一种数据适配器,将数组类型的数据转化为集合容器类型。
剖析适配器模式在 Java 日志中的应用
Java 中有很多日志框架,在项目开发中,我们常常用它们来打印日志信息。其中,比较常用的有 log4j、logback,以及 JDK 提供的 JUL(java.util.logging) 和 Apache 的 JCL(Jakarta Commons Logging) 等。
大部分日志框架都提供了相似的功能,比如按照不同级别(debug、info、warn、erro……)打印日志等,但它们却并没有实现统一的接口。这主要可能是历史的原因,它不像 JDBC 那样,一开始就制定了数据库操作的接口规范。
如果我们只是开发一个自己用的项目,那用什么日志框架都可以,log4j、logback 随便选一个就好。但是,如果我们开发的是一个集成到其他系统的组件、框架、类库等,那日志框架的选择就没那么随意了。
比如,项目中用到的某个组件使用 log4j 来打印日志,而我们项目本身使用的是 logback。将组件引入到项目之后,我们的项目就相当于有了两套日志打印框架。每种日志框架都有自己特有的配置方式。所以,我们要针对每种日志框架编写不同的配置文件(比如,日志存储的文件地址、打印日志的格式)。如果引入多个组件,每个组件使用的日志框架都不一样,那日志本身的管理工作就变得非常复杂。所以,为了解决这个问题,我们需要统一日志打印框架。
如果你是做 Java 开发的,那 Slf4j 这个日志框架你肯定不陌生,它相当于 JDBC 规范,提供了一套打印日志的统一接口规范。不过,它只定义了接口,并没有提供具体的实现,需要配合其他日志框架(log4j、logback……)来使用。
不仅如此,Slf4j 的出现晚于 JUL、JCL、log4j 等日志框架,所以,这些日志框架也不可能牺牲掉版本兼容性,将接口改造成符合 Slf4j 接口规范。Slf4j 也事先考虑到了这个问题,所以,它不仅仅提供了统一的接口定义,还提供了针对不同日志框架的适配器。对不同日志框架的接口进行二次封装,适配成统一的 Slf4j 接口定义。具体的代码示例如下所示:
所以,在开发业务系统或者开发框架、组件的时候,我们统一使用 Slf4j 提供的接口来编写打印日志的代码,具体使用哪种日志框架实现(log4j、logback……),是可以动态地指定的(使用 Java 的 SPI 技术,这里我不多解释,你自行研究吧),只需要将相应的 SDK 导入到项目中即可。
不过,你可能会说,如果一些老的项目没有使用 Slf4j,而是直接使用比如 JCL 来打印日志,那如果想要替换成其他日志框架,比如 log4j,该怎么办呢?实际上,Slf4j 不仅仅提供了从其他日志框架到 Slf4j 的适配器,还提供了反向适配器,也就是从 Slf4j 到其他日志框架的适配。我们可以先将 JCL 切换为 Slf4j,然后再将 Slf4j 切换为 log4j。经过两次适配器的转换,我们就能成功将 JCL 切换为了 log4j。
代理、桥接、装饰器、适配器 4 种设计模式的区别
代理、桥接、装饰器、适配器,这 4 种模式是比较常用的结构型设计模式。它们的代码结构非常相似。笼统来说,它们都可以称为 Wrapper 模式,也就是通过 Wrapper 类二次封装原始类。
尽管代码结构相似,但这 4 种设计模式的用意完全不同,也就是说要解决的问题、应用场景不同,这也是它们的主要区别。这里我就简单说一下它们之间的区别。
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。
重点回顾
好了,今天的内容到此就讲完了。让我们一块来总结回顾一下,你需要重点掌握的内容。
适配器模式是用来做适配,它将不兼容的接口转换为可兼容的接口,让原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。适配器模式有两种实现方式:类适配器和对象适配器。其中,类适配器使用继承关系来实现,对象适配器使用组合关系来实现。
一般来说,适配器模式可以看作一种“补偿模式”,用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”,如果在设计初期,我们就能协调规避接口不兼容的问题,那这种模式就没有应用的机会了。
那在实际的开发中,什么情况下才会出现接口不兼容呢?我总结下了下面这样 5 种场景:
封装有缺陷的接口设计
统一多个类的接口设计
替换依赖的外部系统
兼容老版本接口
适配不同格式的数据
课堂讨论
今天我们讲到,适配器有两种实现方式:类适配器、对象适配器。那我们之前讲到的代理模式、装饰器模式,是否也同样可以有两种实现方式(类代理模式、对象代理模式,以及类装饰器模式、对象装饰器模式)呢?
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精选留言(78)
- javaadu2020-02-28这篇总结将前几节课串联起来了,非常赞👍 课堂讨论: 1. 代理模式支持,基于接口组合代理就是对象匹配,基于继承代理就是类匹配 2. 装饰者模式不支持,这个模式本身是为了避免继承结构爆炸而设计的共 6 条评论113
- 小晏子2020-02-28代理模式有两种实现方式:一般情况下,我们让代理类和原始类实现同样的接口。这种就是对象代理模式;但是,如果原始类并没有定义接口,并且原始类代码并不是我们开发维护的。在这种情况下,我们可以通过让代理类继承原始类的方法来实现代理模式,这种属于类代理模式。 装饰器模式没有这两种方式: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,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。所以装饰器只有对象装饰器这一种。展开共 2 条评论61
- 唐龙2020-02-28C++的STL里有大量的适配器,比如迭代器适配器,容器适配器,仿函数适配器。 容器里的反向迭代器reverse_iterator就是对迭代器iterator的一层简单封装。 所谓的栈stack和单向队列queue也是对其他容器的封装,底层默认使用的是双向队列deque,两者也都可以选用双向链表list,stack也可以使用向量vector。可以通过模板参数选用具体的底层容器,比如stack<int, vector<int>> stk;。 而仿函数适配器functor adapter则是其中的重头戏,众所周知,仿函数functor是一种重载了函数调用运算符的类。仿函数适配器可以改变仿函数的参数个数,比如bind1st, bind2nd等。 一个使用仿函数适配器的例子: count_if(scores.begin(),scores.end(),bind2nd(less<int>(), 60)); 上述代码翻译成人话就是统计不到60分成绩的人数。 正常来讲,不论count_if的最后一个参数是函数指针还是仿函数对象,只能接受一个参数,我们没必要为“小于60”这么微不足道的事情单独写一个函数或是仿函数,所以选择了通过bind2nd这一个适配器改变函数的参数个数,并且把其中的第二个参数绑定为60。 STL使用适配器的目的是为了更灵活的组合一些基础操作,并不是设计缺陷。 所以对于老师所说的 ……适配器模式可以看作一种“补偿模式”,用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”…… 我并不认同。展开共 5 条评论32
- 阿骨打2020-09-18说实话真的牛,看到51节,争哥的水平估计高于99.9%的码农了,能懂是一层境界,能说给别人听,使别人信服是一层境界,能串联起来说给别人听,又是一层境界。共 8 条评论30
- 勤劳的明酱2020-02-28那SpringAop是代理模式,主要功能却是增强被代理的类,这不是更符合装饰器模式。共 6 条评论18
- honnkyou2020-03-171 中的代码ITarget应该是接口吧共 1 条评论16
- 每天晒白牙2020-02-28代理模式有两种实现方式 1.代理类和原始类实现相同的接口,原始类只负责原始的业务功能,而代理类通过委托的方式调用原始类来执行业务逻辑,然后可以做一些附加功能。这也是一种基于接口而实现编程的设计思想。这就是基于组合也就是对象模式 2.如果原始类没有定义接口且不是我们开发维护的,这属于对外部类的扩展,可以使用继承的方式,只需要用代理类继承原始类,然后附加一些功能。这就是基于类模式 装饰者模式主要解决的问题就是继承关系过于复杂,通过组合来代替继承,主要作用是给原始类添加增强功能。所以装饰者模式只有对象模式展开共 1 条评论10
- f2020-02-29真的是好文章,讲出了别人讲不出的设计,看了很多遍理解了,但是想要融会贯通不是件容易的事,需要多实践,我需要反复看这边文章来思考这5种场景的实践,这次阅读的理解就是场景二可以指导框架设计,我们只要实现新的过滤器,add,就可以不修改源码来实现新的过滤,简直太棒了8
- 图灵机2020-10-01FutureTask 里的RunnableAdapter实现了适配器模式5
- Laughing2020-11-201. 代理模式中,委托类的实现基本上就是类代理的模式 2. 装饰器模式本身为了解决继承太深的问题,所以没有类装饰器的模式
作者回复: 嗯嗯
4 - Monday2020-03-13代理、桥接、装饰器、适配器,这 4 种模式是比较常用的结构型设计模式。 记得桥接模式那节说桥接械不常用,熟悉即可。现在这边说成了常用了。共 1 条评论3
- test2020-02-28代理模式:让代理类继承原始类就是类代理模式。不继承则是就是对象代理模式。 装饰器模式:装饰器模式主要解决继承关系过于复杂的问题,所以不适合用类装饰器模式。3
- zhengyu.nie2020-04-29在DDD领域驱动中延伸的六边形架构,就是Adaptor模式吧。 所有的中间件、组件输入输出都Adapt一下,可以看作包了一层签名。2
- 王钰淇2020-04-20我觉得适配器模式还有一个很重要的作用是用来隔离影响,使适配器关联的两个类可以独立发展,影响仅局限在变化的类和适配器本身,另外一个类不需要关心。共 2 条评论2
- 李小四2020-03-11设计模式_51 # 作业 - 代理模式可以使用继承或组合,可根据场景选择; - 装饰器模式只能使用组合,因为它的初衷是避免继承爆炸。 # 感想 看了第一个例子,我产生了一个疑问: ``` class Adaptee{ void funA(){} } interface ITarget { void funA(); } class Adapter extends Adaptee implements ITarget{} ``` 这时,是使用Adaptee的funA()实现了ITarget的funA()方法吗? 这么写会有问题吗? 带着疑问亲自写了一遍,发现还真的是这样,课程内容有一次覆盖到了我没思考过的区域。展开共 2 条评论2
- 守拙2020-02-28课堂讨论 今天我们讲到,适配器有两种实现方式:类适配器、对象适配器。那我们之前讲到的代理模式、装饰器模式,是否也同样可以有两种实现方式(类代理模式、对象代理模式,以及类装饰器模式、对象装饰器模式)呢? 代理模式可以使用类代理模式的方式实现. 考虑到代理模式封装对象及控制访问的职责, 类代理模式并不能很好的适用. 装饰器模式可以使用类装饰器模式方式实现. 但会导致继承层次不可控制的严重缺陷. 极度不推荐使用此实现方式. 基于对象装饰器模式的实现可以多个装饰器间互相包裹, 这是类装饰器模式无法实现的.展开3
- mqray2021-03-29最典型的就是Thread接口中只支持Runnable而不支持Callable 通过FutureTask适配1
- change2020-03-28原理与实现 1、设计意图:为了本来不兼容的接口转换为可兼容的接口(举例:USB转接头); 2、两种实现方式:类适配器(通过继承关系来调用不兼容接口的功能)、对象适配器(通过组合关系实现,即把不兼容接口当作成员变量,进而调用其不兼容接口的功能); 3、两种实现的选择标准:需要适配的接口个数(个数不多,两个方式都可以)和目标接口与不兼容接口的契合程度(两者接口定义大部分都差不多,则用类适配器,代码量会少一些,反之用对象适配器); 应用场景 1、封装有缺陷的设计接口; 2、统一多个类的接口设计; 3、替换依赖的外部系统; 4、兼容老版本的接口; 5、适配不同格式的数据; 对比 1、代理模式:在不改变原始类接口的情况下,为其定义一个代理类,主要目的是为了控制访问,而不是加强功能; 2、装饰器模式:在不改变原始类接口的情况下,对原始类进行功能增强,并支持多个装饰器的嵌套使用; 3、桥接模式:将接口和实现部分分离,让它们较为容易、较为独立的进行变化; 4、适配器模式:提供与原始类不同的接口,核心功能还是在原始类中;展开1
- Null2022-11-21 来自北京感觉类适配器根本就不是适配器,不过是用协议给子类定义了一些功能而已,这些功能部分功能可以通过调用父类接口完成大部分的工作而已。共 1 条评论1
- Mister.张2022-07-20粗略的理解四个模式区别: 代理模式 –前置 控制 桥接模式 –中部 分离关注点 装饰器模式 –后置 增强功能 适配器模式 –前中后的补漏