7大结构型设计模式-编程知识

结构性设计模式是软件工程中常用的一类设计模式。

作用：主要用于处理类或对象之间的组合以实现更灵活、可扩展和可维护的代码结构。

这些模式通常涉及到类和对象之间的静态组合关系，以及如何将它们组织在一起以满足特定的设计目标。

结构型模式有：

适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式

适配器模式

文章地址：

适配器模式已经在SpringMVC中的源码实现-CSDN博客

总结：我调用适配器类，适配器类进行内部转换，返回给我一个想要的类

桥接模式

桥接模式以及在JDBC源码剖析-CSDN博客

总结：将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。

装饰者模式

前提总结：动态地给一个对象添加一些额外的职责。

介绍

1、定义
装饰者模式：动态的将新功能附加到对象上。在对象功能扩展方面，它比继承更有弹性，装饰者模式也体现了开闭原则

//1、接口
public interface Coffee {double getCost();String getDescription();
}

//2、具体咖啡类
public class SimpleCoffee implements Coffee {
@Overridepublic double getCost() {return 1.0;}
@Overridepublic String getDescription() {return "Simple coffee";}
}

//3、装饰者类
public abstract class CoffeeDecorator implements Coffee {
protected Coffee decoratedCoffee;
public CoffeeDecorator(Coffee decoratedCoffee) {this.decoratedCoffee = decoratedCoffee;}
public double getCost() {return decoratedCoffee.getCost();}
public String getDescription() {return decoratedCoffee.getDescription();}
}
public class MilkDecorator extends CoffeeDecorator {
public MilkDecorator(Coffee decoratedCoffee) {super(decoratedCoffee);}
public double getCost() {return super.getCost() + 0.5;}
public String getDescription() {return super.getDescription() + ", with milk";}
}


//4、测试demo
Coffee simpleCoffee = new SimpleCoffee();
System.out.println("Cost: " + simpleCoffee.getCost() + ", Description: " + simpleCoffee.getDescription());

Coffee coffeeWithMilk = new MilkDecorator(simpleCoffee);
System.out.println("Cost: " + coffeeWithMilk.getCost() + ", Description: " + coffeeWithMilk.getDescription());

装饰者模式在JDK中使用

在JavaIO结构中，FilterInputStream就是一个装饰者

BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream("example.txt"));这里就是装饰者模式的应用，有点类似套娃。

总结

装饰者模式是一种结构型设计模式，它允许你动态地将责任附加到对象上。这种模式可以通过创建一个包装类来包裹原始类，在不改变原始类接口的情况下，给其添加新的功能。

优点

灵活性：装饰者模式通过嵌套组合的方式，可以在运行时动态地添加、移除或修改对象的行为，提供了很高的灵活性。

避免继承的缺点：相比使用继承来扩展对象功能，装饰者模式避免了类爆炸问题，使得代码更加灵活、可维护和可扩展。

单一职责原则：每个装饰者类都专注于一个特定的功能，符合单一职责原则，从而使得系统更易于理解和维护。

缺点

复杂性：过度使用装饰者模式可能会导致大量的小类，增加代码复杂性和理解难度。

顺序敏感：装饰者模式中的装饰顺序很重要，如果顺序错误可能导致意外结果，需要特别注意。

适用场景

当需要在不影响其他对象的情况下，动态地、递归地给对象添加功能时，可以使用装饰者模式。

当需要动态地撤销功能时，该模式同样适用。

总的来说，装饰者模式在需要灵活地扩展对象功能、避免类爆炸以及保持单一职责原则时非常有用。然而，在实际使用时，应权衡利弊，避免过度复杂化设计。

组合模式

简单总结：组合模式是一种设计模式，它允许你将对象组合成树形结构，从而形成“部分-整体”的层次结构。每个组件都可以执行一些操作，并且这些操作可以通过递归的方式应用于组合的整个结构。

介绍

1、组合模式又称部分整体模式，它创建了对象组的树型结构，将对象组合成树状结构，以表示“整体 - 部分” 的层次关系。
2、组合模式依据树型结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次
3、属于结构者模式
4、组合模式使得用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性。即（组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象）

示例

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

// 组件接口
interface Component {void operation();
}

// 叶子节点类
class Leaf implements Component {@Overridepublic void operation() {System.out.println("Leaf operation");}
}

// 组合节点类
class Composite implements Component {private List<Component> children = new ArrayList<>();
public void add(Component component) {children.add(component);}
public void remove(Component component) {children.remove(component);}
@Overridepublic void operation() {System.out.println("Composite operation");for (Component component : children) {component.operation();}}
}

public class Main {public static void main(String[] args) {// 创建叶子节点Leaf leaf1 = new Leaf();Leaf leaf2 = new Leaf();
// 创建组合节点Composite composite = new Composite();composite.add(leaf1);composite.add(leaf2);
// 调用操作composite.operation();}
}

说明：

1、Component：这是组合中对象声明接口，在适当情况下，实现所有类共有的接口默认行为，用于访问和管理Component子部件，Component可以是抽象类或接口

2、Leaf：在组合中表示叶子节点，叶子节点没有子节点

3、Composite：非叶子节点，用于存储子部件，在Component 接口中实现 子部件的相关操作。比如增加、删除....

组合模式在JDK中使用

HashMap中的使用。

这里是Map接口（类似上述的Component接口）

这里是HashMap的内部类，类似上述的Leaf节点

这里是HashMap类，类似上述Composite

总结

个人理解：

组合模式确实就是将复合组件（Composite）和叶子组件（Leaf）组合起来，以实现一些功能。

在组合模式中，复合组件可以包含叶子组件，也可以包含其他复合组件，从而形成一个树形结构。

这种树形结构使得客户端可以统一地对待单个组件和组合组件，而不必关心它们的具体类型。客户端可以通过统一的接口来访问组合中的所有组件，从而简化了客户端的代码。

注意事项和细节

1、简化客户端操作。 客户只需要面对一致的对象，而不需要考虑整体部分或者叶子节点的问题。

2、具有较强的扩展性。 当需要修改组合对象时，只需要调整内部的层次关系，客户端不需要做出任何改动。

3、方便创建出复杂的层次结构。客户不需要了解内部的组成细节，容易添加节点或叶子从而创建出复杂的树型结构

4、需要遍历组织机构，或处理对象具有树型结构时，非常适合组合模式

5、需要较高的抽象性。 如果节点和叶子有很多差异性的话，不适合组合模式。

优点

简化客户端代码：客户端可以一致地处理单个对象和组合对象，不需要区分它们的具体类型，从而简化客户端代码。

灵活性：可以通过组合不同的对象来构建复杂的层次结构，同时能够方便地增加新的组件或改变组件的结构。

统一接口：叶子节点和组合节点都实现了相同的接口，使得客户端可以统一调用操作，无需关心具体实现。

容易扩展：可以很容易地添加新的组件类，无需修改现有的代码。

缺点

限制组件类型：由于所有组件都需要实现相同的接口，可能会限制组件类型的多样性。

增加复杂性：引入组合模式会增加系统的复杂性，特别是在处理递归结构时需要小心设计，避免出现死循环或性能问题。

不适合所有情况：并不是所有的场景都适合使用组合模式，特别是当组件间的层次关系比较简单或不固定时，可能会显得过度复杂。

小结

组合模式在处理整体 - 部分结构的问题上具有明显的优点，但在某些情况下也需要权衡其复杂性和适用性。

外观模式

介绍

1、外观模式又称过程模式。
外观模式为子系统中的一组接口提供了一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用

2、外观模式通过定义一个一致的接口，用以屏蔽内部子系统的细节，使得调用端只需跟这个接口发生调用，而无需关注子系统中的内部细节。

外观模式中的角色：

1、外观类（Facade）：为调用端提供统一的调用接口，外观类知道哪些子系统负责处理请求，从而将调用端的请求代理给适当的子系统对象。

2、调用者（Client）：外观接口的调用者

3、子系统的集合：指模块或子系统，处理Facade 对象指派的任务，他是功能的提供者。

实例

下面是一个简单的家庭影院系统作为案例。在这个案例中，外观模式可以隐藏复杂的子系统，并提供一个简单的接口给客户端。

家庭影院外观 HomeTheaterFacade 封装了投影仪、音响和屏幕等子系统的操作，为客户端提供了简单的接口。客户端只需与外观类交互，而不需要了解内部子系统的复杂操作。

// 子系统类：投影仪
class Projector {public void on() {System.out.println("投影仪打开");}
public void off() {System.out.println("投影仪关闭");}
}

// 子系统类：音响
class AudioSystem {public void on() {System.out.println("音响打开");}
public void off() {System.out.println("音响关闭");}
}

// 子系统类：屏幕
class Screen {public void up() {System.out.println("屏幕上升");}
public void down() {System.out.println("屏幕下降");}
}

// 外观类：家庭影院外观
class HomeTheaterFacade {private Projector projector;private AudioSystem audioSystem;private Screen screen;
public HomeTheaterFacade(Projector projector, AudioSystem audioSystem, Screen screen) {this.projector = projector;this.audioSystem = audioSystem;this.screen = screen;}
public void watchMovie() {System.out.println("准备观影...");projector.on();audioSystem.on();screen.down();}
public void endMovie() {System.out.println("结束观影...");projector.off();audioSystem.off();screen.up();}
}

// 客户端类
public class Client {public static void main(String[] args) {Projector projector = new Projector();AudioSystem audioSystem = new AudioSystem();Screen screen = new Screen();
HomeTheaterFacade homeTheater = new HomeTheaterFacade(projector, audioSystem, screen);homeTheater.watchMovie();System.out.println("一段时间后...");homeTheater.endMovie();}
}

外观模式在Mybatis框架的使用

上述就是在Mybatis框架中的使用。

1、子系统类：
DefaultObjectFactory类、DefaultObjectWrapperFactory类、DefaultReflectorFactory类
2、外观类：
Configuration类

外观模式像一个集合子系统类，为什么叫外观模式呢？

外观模式的主要目的是提供一个简化接口，用于访问系统中一组复杂的子系统。外观模式通过创建一个高层接口（外观类），封装了子系统中的一组接口，从而隐藏了子系统的复杂性，并提供了一个更简单的接口给客户端使用。

虽然外观模式中的外观类看起来像是集合了多个子系统的功能，但它们的核心不在于集合，而在于简化接口。外观模式的外观类不负责实现功能，而是将请求转发给子系统中相应的对象，让子系统来完成实际的工作。

因此，外观模式的核心特点可以总结为：

简化接口：外观类提供了一个简化的接口，隐藏了子系统的复杂性，使得客户端不需要了解子系统的具体实现细节。
封装子系统：外观类封装了子系统中的一组接口，通过外观类访问子系统，客户端不需要直接与子系统的组件进行交互。
解耦：外观模式将客户端与子系统之间的耦合度降低到最低程度，客户端只需要与外观类进行交互，而不需要了解子系统的内部结构。

因此，尽管外观模式中的外观类看起来像是集合了多个子系统的功能，但其主要作用是提供一个简化接口，隐藏复杂性，降低耦合度，而不是简单地将多个类集合在一起形成一个新的集合类。

总结

个人理解：

外观模式理解为一个主类（外观类）集成了多个子类（子系统），并通过外观类来调用这些子类完成特定功能的过程

外观模式是一种结构型设计模式，旨在为复杂系统提供一个简单统一的接口，从而隐藏系统的复杂性，使客户端与系统之间的交互变得更加简单和直观。

优点：

简化接口：外观模式提供了一个简单的接口，隐藏了子系统的复杂性，使客户端使用起来更加方便。
解耦：通过外观模式，客户端与子系统之间的耦合度降低，客户端不需要直接与多个子系统进行交互，只需与外观类交互即可。
更好的封装性：外观模式将子系统的细节封装在内部，对客户端隐藏了具体实现细节，提高了系统的安全性和稳定性。

缺点：

不符合开闭原则：当系统中的子系统发生变化时，可能需要修改外观类，违反了开闭原则。
可能造成性能问题：在某些情况下，外观类可能会变得过于庞大，导致性能问题。
可能引入不必要的复杂性：如果系统本身并不复杂，引入外观模式可能会增加代码复杂性。

总的来说，外观模式适合用于简化复杂系统的接口，提高系统的易用性和灵活性。在设计时需要权衡好利弊，确保外观模式的引入能够带来实际的好处。

享元模式

“享元”是中国古代的一种度量衡单位，用于衡量铜器时代的重量和容量

介绍

1、享元模式又称蝇量模式。运用共享技术有效地支持大量细粒度对象(系统中存在许多具有相似性质和功能的小型对象)。

2、常用于系统底层开发，解决系统的性能问题，像数据库连接池，里面都是创建好的链接对象，里面都是已创建好的连接对象，在这些连接对象中。

3、能够解决重复对象内存浪费问题。当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时，不需要新建对象，可以从缓冲池中拿。 -》降低系统内存，提高效率

4、享元模式经典使用场景：池技术。 String常量池、数据库连接池、缓冲池等等

实例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// 享元工厂
class FlyweightFactory {private static final Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();
public static Flyweight getFlyweight(String key) {if (!flyweights.containsKey(key)) {flyweights.put(key, new ConcreteFlyweight());}return flyweights.get(key);}
}

// 享元接口
interface Flyweight {void operation();
}

// 具体享元
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {@Overridepublic void operation() {System.out.println("具体享元的操作");}
}

// 客户端
public class Client {public static void main(String[] args) {Flyweight flyweight1 = FlyweightFactory.getFlyweight("key1");flyweight1.operation();
Flyweight flyweight2 = FlyweightFactory.getFlyweight("key2");flyweight2.operation();}
}

代码分析

前提：
1、享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态。1）"大量细粒度对象"指的是系统中存在许多具有相似性质和功能的小型对象，这些对象通常具有较小的内存占用和较简单的结构。2）共享对象指的是被多个客户端或实例共同引用或共享的对象。这种共享可以带来一些好处，例如减少内存占用、提高性能和降低系统复杂度2、内部状态：对象共享出来的信息，存储在享元对象内部并且不会随环境的改变而改变
3、外部状态：对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态

代码分析
1、FlyweightFactory ：享元工厂类，用于构建一个池容器（集合），同时提供从池中获取对象方法
2、Flyweight：抽象的享元对象，他是产品的抽象类，同时定义出对象的外部状态和内部状态
3、ConcreteFlyweight：具体享元对象，是具体的产品类，实现抽象角色定义的业务

享元模式在JDK-Integer的应用源码分析

       Integer x = Integer.valueOf(127);   Integer y = new Integer(127);Integer z = Integer.valueOf(127);Integer w = new Integer(127);System.out.println(x.equals(y));//trueSystem.out.println(x == y);//falseSystem.out.println(x == z);//trueSystem.out.println(y == w);//false

小结：

1、在valueOf方法中，先判断是否在IntegerCache中，如果不在，就创建新的Integer(new)，否则，就直接从缓存池中返回

2、这里使用到了享元模式