Java 设计模式——适配器模式

1.概述

（1）如果去欧洲国家去旅游的话，他们的插座如下图最左边，是欧洲标准。而我们使用的插头如下图最右边的。因此我们的笔记本电脑，手机在当地不能直接充电。所以就需要一个插座转换器，转换器第1面插入当地的插座，第2面供我们充电，这样使得我们的插头在当地能使用。生活中这样的例子很多，手机充电器（将 220V 转换为 5V 的电压），读卡器等，其实就是使用到了适配器模式。

（2）适配器模式 (Adapter Pattern) 是一种结构型设计模式，它通过将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容而无法一起工作的类能够协同工作。适配器模式分为类适配器模式和对象适配器模式，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，故应用相对较少。

2.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。
• 被适配 (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。

3.类适配器模式

实现方式：定义一个适配器类来实现当前系统的业务接口，同时又继承现有组件库中已经存在的组件。
【读卡器】：现有一台电脑只能读取 SD 卡，而要读取 TF 卡中的内容的话就需要使用到适配器模式。创建一个读卡器，将 TF 卡中的内容读取出来。类图如下：

具体代码如下：

3.1.目标接口

SDCard.java

//目标接口
public interface SDCard {
    //从 SD 卡中读取数据
    String readSD();
    
    //往 SD 卡中写数据
    void writeSD(String msg);
}

SDCardImpl.java

public class SDCardImpl implements SDCard{
    @Override
    public String readSD() {
        String msg = "SDCard read msg ： hello word SD";
        return msg;
    }
    
    @Override
    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("SDCard write msg ：" + msg);
    }
}

3.2.被适配类

TFCard.java

//被适配类的接口
public interface TFCard {
    //从TF卡中读数据
    String readTF();
    
    //从THF卡中写数据
    void writeTF(String msg);
}

TFCardImpl.java

//适配者类
public class TFCardImpl implements TFCard{
    @Override
    public String readTF() {
        String msg = "TFCard read msg ：hello word TFCard";
        return msg;
    }
    
    @Override
    public void writeTF(String msg) {
        System.out.println("TFCard write msg :"+msg);
    }
}

3.3.适配器类

ADAdapterTF.java

//适配器类
public class ADAdapterTF extends TFCardImpl implements SDCard{
    
    @Override
    public String readSD() {
        System.out.println("adapter read tf card");
        return readTF();
    }
    
    @Override
    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("adapter write tf card");
        writeTF(msg);
    }
}

Computer.java

//计算机类
public class Computer {
    //从 SD 卡中读取数据
    public String readSD(SDCard sdCard) {
        if (sdCard == null) {
            throw new NullPointerException("sd card cannot be null");
        }
        return sdCard.readSD();
    }
}

3.4.测试

Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        String msg = computer.readSD(new SDCardImpl());
        System.out.println(msg);
    
        System.out.println("=============");
        
        //使用该电脑读取 TF 卡中的数据
        String msg1 = computer.readSD(new ADAdapterTF());
        System.out.println(msg1);
    }
}

注：类适配器模式违背了合成复用原则。类适配器是客户类有一个接口规范的情况下可用，反之不可用。

4.对象适配器模式

实现方式：对象适配器模式可釆用将现有组件库中已经实现的组件引入适配器类中，该类同时实现当前系统的业务接口。还是以上面的读卡器为例进行改写，类图如下：

对于类适配器模式的代码，只需要修改适配器类 (SDAdapterTF) 和 测试类 (Client） 即可，修改后的代码如下：

• SDAdapterTF.java

//适配器类
public class SDAdapterTF implements SDCard {
    
    //声明适配者类
    private TFCard tfCard;
    
    public SDAdapterTF(TFCard tfCard){
        this.tfCard = tfCard;
    }
    
    @Override
    public String readSD() {
        System.out.println("adapter read tf card");
        return tfCard.readTF();
    }
    
    @Override
    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("adapter write tf card");
        tfCard.writeTF(msg);
    }
}

• Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        String msg = computer.readSD(new SDCardImpl());
        System.out.println(msg);
    
        System.out.println("===============");
        //使用该电脑读取 TF 卡中的数据
        //创建适配器类对象
        SDAdapterTF sdAdapterTF = new SDAdapterTF(new TFCardImpl());
        String msg1 = computer.readSD(sdAdapterTF);
        System.out.println(msg1);
    }
}

注意：还有一个适配器模式是接口适配器模式，当不希望实现一个接口中所有的方法时，可以创建一个抽象类Adapter，实现所有方法。而此时我们只需要继承该抽象类即可。

5.优缺点

（1）适配器模式有以下优点和缺点：

• 优点

  • 转换不兼容的接口：适配器模式能够将一个类的接口转换成另一个类的接口，使得原本由于接口不兼容而无法一起工作的类能够协同工作。
  • 透明性：适配器模式可以让客户端代码与原有接口解耦，无需修改原有代码，只需通过适配器进行适配即可。
  • 复用已有类：适配器模式可以重用现有的类，通过适配器转换后，这些类可以与其他不兼容的接口进行工作。
  • 灵活性：适配器模式可以在系统中引入新的类，并将其与现有的类一起工作，而无需修改现有的代码。这使得系统更加灵活，能够方便地进行扩展和维护。

• 缺点

  • 类型数量增加：引入适配器类可能会增加代码中的类的数量，使得代码的结构复杂化。
  • 过多的适配器：如果系统中存在大量的不兼容接口，就会导致需要大量的适配器类，增加了系统的复杂性。
  • 性能损失：适配器模式可能会导致性能损失，因为在进行接口转换时需要额外的逻辑处理。

（2）需要根据具体的使用场景和需求综合考虑适配器模式的使用。适配器模式在解决接口不兼容的问题上具有一定的优势，但也需要注意适配器模式的适用范围，避免滥用和过度设计。

6.应用场景

（1）适配器模式适用于以下场景：

• 系统需要使用已有的类，但其接口与系统要求的接口不匹配。适配器模式可以将已有类的接口适配成系统所需的接口。
• 需要复用现有类，在现有类的基础上进行功能扩展，但原有类的接口无法直接满足需求。适配器模式可以通过适配器来扩展已有类的功能，使其适配新的接口。
• 在系统中引入新的类，但该类的接口与系统的其他组件不兼容。适配器模式可以将新类的接口转换成系统要求的接口，使其与其他组件协同工作。
• 不同团队开发的两个系统需要进行集成，但其接口不兼容。适配器模式可以将两个系统的接口进行适配，使其能够协同工作。
• 需要设计一个可复用的类，它需要与其他不兼容的接口一起工作。适配器模式可以将该类的接口适配成其他不兼容接口，使其能够与其他组件协同工作。

（2）总之，适配器模式适用于在不兼容接口之间进行转换的场景。它可以使原本不兼容的类能够协同工作，提高代码的复用性和灵活性。在软件开发过程中，适配器模式经常被用于系统集成、API 设计、旧系统的功能扩展等方面。

7.JDK 源码解析——InputStreamReader

（1）Reader（字符流）、InputStream（字节流）的适配使用的是 InputStreamReader。 InputStreamReader 继承自 java.io 包中的 Reader，对它中的抽象的未实现的方法给出实现。InputStreamReader 类中的部分源代码如下：

package java.io;

import java.nio.charset.Charset;
import java.nio.charset.CharsetDecoder;
import sun.nio.cs.StreamDecoder;

public class InputStreamReader extends Reader {

	// StreamDecoder 继承了 Read
    private final StreamDecoder sd;

	......
	
    public int read() throws IOException {
        return sd.read();
    }

    public int read(char cbuf[], int offset, int length) throws IOException {
        return sd.read(cbuf, offset, length);
    }

    ......
}

（2）如上代码中的 sd（StreamDecoder 类对象），在 Sun 的 JDK 实现中，实际的方法实现是对 sun.nio.cs.StreamDecoder 类的同名方法的调用封装。类结构图如下：

（3）从上图可以看出：

• InputStreamReader 是对同样实现了 Reader 的 StreamDecoder 的封装。
• StreamDecoder 不是 Java SE API 中的内容，是 Sun JDK 给出的自身实现。但我们知道他们对构造方法中的字节流类 (InputStream) 进行封装，并通过该类进行了字节流和字符流之间的解码转换。

（4）结论：从表层来看，InputStreamReader 做了 InputStream 字节流类到 Reader 字符流之间的转换。而从如上 Sun JDK 中的实现类关系结构中可以看出，是 StreamDecoder 的设计实现在实际上采用了适配器模式。