结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式,前者采用继承机制来组织接口和类,后者釆用组合或聚合来组合对象。
由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低,满足“合成复用原则”,所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性。
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。
Java中的代理按照代理类生成时机不同又分为静态代理和动态代理。静态代理代理类在编译期就生成,而动态代理代理类则是在Java运行时动态生成。动态代理又有JDK代理和CGLib代理两种。
代理(Proxy)模式分为三种角色:
如果要买火车票的话,需要去火车站买票,坐车到火车站,排队等一系列的操作,显然比较麻烦。而火车站在多个地方都有代售点,我们去代售点买票就方便很多了。这个例子其实就是典型的代理模式,火车站是目标对象,代售点是代理对象。
//卖票接口
public interface SellTickets {
void sell();
}
//火车站 火车站具有卖票功能,所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {
public void sell() {
System.out.println("火车站卖票");
}
}
//代售点
public class ProxyPoint implements SellTickets {
private TrainStation station = new TrainStation();
public void sell() {
System.out.println("代理点收取一些服务费用");
station.sell();
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
ProxyPoint pp = new ProxyPoint();
pp.sell();
}
}
从上面代码中可以看出测试类直接访问的是ProxyPoint类对象,也就是说ProxyPoint作为访问对象和目标对象的中介。同时也对sell方法进行了增强(代理点收取一些服务费用)。
Java中提供了一个动态代理类Proxy,Proxy并不是我们上述所说的代理对象的类,而是提供了一个创建代理对象的静态方法(newProxyInstance方法)来获取代理对象。
//卖票接口
public interface SellTickets {
void sell();
}
//火车站 火车站具有卖票功能,所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {
public void sell() {
System.out.println("火车站卖票");
}
}
//代理工厂,用来创建代理对象
public class ProxyFactory {
private TrainStation station = new TrainStation();
public SellTickets getProxyObject() {
//使用Proxy获取代理对象
/*
newProxyInstance()方法参数说明:
ClassLoader loader : 类加载器,用于加载代理类,使用真实对象的类加载器即可
Class[] interfaces : 真实对象所实现的接口,代理模式真实对象和代理对象实现相同的接口
InvocationHandler h : 代理对象的调用处理程序
*/
SellTickets sellTickets = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(station.getClass().getClassLoader(),
station.getClass().getInterfaces(),
new InvocationHandler() {
/*
InvocationHandler中invoke方法参数说明:
proxy : 代理对象
method : 对应于在代理对象上调用的接口方法的 Method 实例
args : 代理对象调用接口方法时传递的实际参数
*/
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("代理点收取一些服务费用(JDK动态代理方式)");
//执行真实对象
Object result = method.invoke(station, args);
return result;
}
});
return sellTickets;
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//获取代理对象
ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
proxyObject.sell();
}
}
使用了动态代理,我们思考下面问题:
ProxyFactory不是代理模式中所说的代理类,而代理类是程序在运行过程中动态的在内存中生成的类。通过阿里巴巴开源的 Java 诊断工具(Arthas【阿尔萨斯】)查看代理类的结构:
package com.sun.proxy;
import com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.lang.reflect.UndeclaredThrowableException;
public final class $Proxy0 extends Proxy implements SellTickets {
private static Method m1;
private static Method m2;
private static Method m3;
private static Method m0;
public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler) {
super(invocationHandler);
}
static {
try {
m1 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("equals", Class.forName("java.lang.Object"));
m2 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("toString", new Class[0]);
m3 = Class.forName("com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets").getMethod("sell", new Class[0]);
m0 = Class.forName("java.lang.Object").getMethod("hashCode", new Class[0]);
return;
}
catch (NoSuchMethodException noSuchMethodException) {
throw new NoSuchMethodError(noSuchMethodException.getMessage());
}
catch (ClassNotFoundException classNotFoundException) {
throw new NoClassDefFoundError(classNotFoundException.getMessage());
}
}
public final boolean equals(Object object) {
try {
return (Boolean)this.h.invoke(this, m1, new Object[]{object});
}
catch (Error | RuntimeException throwable) {
throw throwable;
}
catch (Throwable throwable) {
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
public final String toString() {
try {
return (String)this.h.invoke(this, m2, null);
}
catch (Error | RuntimeException throwable) {
throw throwable;
}
catch (Throwable throwable) {
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
public final int hashCode() {
try {
return (Integer)this.h.invoke(this, m0, null);
}
catch (Error | RuntimeException throwable) {
throw throwable;
}
catch (Throwable throwable) {
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
public final void sell() {
try {
this.h.invoke(this, m3, null);
return;
}
catch (Error | RuntimeException throwable) {
throw throwable;
}
catch (Throwable throwable) {
throw new UndeclaredThrowableException(throwable);
}
}
}
从上面的类中,我们可以看到以下几个信息:
动态代理的执行流程是什么样?下面是摘取的重点代码
//程序运行过程中动态生成的代理类
public final class $Proxy0 extends Proxy implements SellTickets {
private static Method m3;
public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler) {
super(invocationHandler);
}
static {
m3 = Class.forName("com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets").getMethod("sell", new Class[0]);
}
public final void sell() {
this.h.invoke(this, m3, null);
}
}
//Java提供的动态代理相关类
public class Proxy implements java.io.Serializable {
protected InvocationHandler h;
protected Proxy(InvocationHandler h) {
this.h = h;
}
}
//代理工厂类
public class ProxyFactory {
private TrainStation station = new TrainStation();
public SellTickets getProxyObject() {
SellTickets sellTickets = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(station.getClass().getClassLoader(),
station.getClass().getInterfaces(),
new InvocationHandler() {
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("代理点收取一些服务费用(JDK动态代理方式)");
Object result = method.invoke(station, args);
return result;
}
});
return sellTickets;
}
}
//测试访问类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//获取代理对象
ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
proxyObject.sell();
}
}
执行流程如下:
1. 在测试类中通过代理对象调用sell()方法
2. 根据多态的特性,执行的是代理类($Proxy0)中的sell()方法
3. 代理类($Proxy0)中的sell()方法中又调用了InvocationHandler接口的子实现类对象的invoke方法
4. invoke方法通过反射执行了真实对象所属类(TrainStation)中的sell()方法
如果没有定义SellTickets接口,只定义了TrainStation(火车站类)。很显然JDK代理是无法使用了,因为JDK动态代理要求必须定义接口,对接口进行代理。
CGLIB是一个功能强大,高性能的代码生成包。它为没有实现接口的类提供代理,为JDK的动态代理提供了很好的补充。
CGLIB是第三方提供的包,所以需要引入jar包的坐标:
<dependency>
<groupId>cglibgroupId>
<artifactId>cglibartifactId>
<version>2.2.2version>
dependency>
//火车站
public class TrainStation {
public void sell() {
System.out.println("火车站卖票");
}
}
//代理工厂
public class ProxyFactory implements MethodInterceptor {
private TrainStation target = new TrainStation();
public TrainStation getProxyObject() {
//创建Enhancer对象,类似于JDK动态代理的Proxy类,下一步就是设置几个参数
Enhancer enhancer =new Enhancer();
//设置父类的字节码对象
enhancer.setSuperclass(target.getClass());
//设置回调函数
enhancer.setCallback(this);
//创建代理对象
TrainStation obj = (TrainStation) enhancer.create();
return obj;
}
/*
intercept方法参数说明:
o : 代理对象
method : 真实对象中的方法的Method实例
args : 实际参数
methodProxy :代理对象中的方法的method实例
*/
public TrainStation intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
System.out.println("代理点收取一些服务费用(CGLIB动态代理方式)");
TrainStation result = (TrainStation) methodProxy.invokeSuper(o, args);
return result;
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建代理工厂对象
ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
//获取代理对象
TrainStation proxyObject = factory.getProxyObject();
proxyObject.sell();
}
}
使用CGLib实现动态代理,CGLib底层采用ASM字节码生成框架,使用字节码技术生成代理类,在JDK1.6之前比使用Java反射效率要高。唯一需要注意的是,CGLib不能对声明为final的类或者方法进行代理,因为CGLib原理是动态生成被代理类的子类。
在JDK1.6、JDK1.7、JDK1.8逐步对JDK动态代理优化之后,在调用次数较少的情况下,JDK代理效率高于CGLib代理效率,只有当进行大量调用的时候,JDK1.6和JDK1.7比CGLib代理效率低一点,但是到JDK1.8的时候,JDK代理效率高于CGLib代理。所以如果有接口使用JDK动态代理,如果没有接口使用CGLIB代理。
动态代理与静态代理相比较,最大的好处是接口中声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中处理(InvocationHandler.invoke)。这样,在接口方法数量比较多的时候,我们可以进行灵活处理,而不需要像静态代理那样每一个方法进行中转。
如果接口增加一个方法,静态代理模式除了所有实现类需要实现这个方法外,所有代理类也需要实现此方法。增加了代码维护的复杂度。而动态代理不会出现该问题。
优点:
缺点:
本地服务通过网络请求远程服务。为了实现本地到远程的通信,我们需要实现网络通信,处理其中可能的异常。为良好的代码设计和可维护性,我们将网络通信部分隐藏起来,只暴露给本地服务一个接口,通过该接口即可访问远程服务提供的功能,而不必过多关心通信部分的细节。
当你将浏览器配置成使用代理功能时,防火墙就将你的浏览器的请求转给互联网;当互联网返回响应时,代理服务器再把它转给你的浏览器。
控制对一个对象的访问,如果需要,可以给不同的用户提供不同级别的使用权限。
定义:
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,所以应用相对较少些。
结构
适配器模式(Adapter)包含以下主要角色:
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。
【例】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。
//SD卡的接口
public interface SDCard {
//读取SD卡方法
String readSD();
//写入SD卡功能
void writeSD(String msg);
}
//SD卡实现类
public class SDCardImpl implements SDCard {
public String readSD() {
String msg = "sd card read a msg :hello word SD";
return msg;
}
public void writeSD(String msg) {
System.out.println("sd card write msg : " + msg);
}
}
//电脑类
public class Computer {
public String readSD(SDCard sdCard) {
if(sdCard == null) {
throw new NullPointerException("sd card null");
}
return sdCard.readSD();
}
}
//TF卡接口
public interface TFCard {
//读取TF卡方法
String readTF();
//写入TF卡功能
void writeTF(String msg);
}
//TF卡实现类
public class TFCardImpl implements TFCard {
public String readTF() {
String msg ="tf card read msg : hello word tf card";
return msg;
}
public void writeTF(String msg) {
System.out.println("tf card write a msg : " + msg);
}
}
//定义适配器类(SD兼容TF)
public class SDAdapterTF extends TFCardImpl implements SDCard {
public String readSD() {
System.out.println("adapter read tf card ");
return readTF();
}
public void writeSD(String msg) {
System.out.println("adapter write tf card");
writeTF(msg);
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer();
SDCard sdCard = new SDCardImpl();
System.out.println(computer.readSD(sdCard));
System.out.println("------------");
SDAdapterTF adapter = new SDAdapterTF();
System.out.println(computer.readSD(adapter));
}
}
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。
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。
【例】读卡器
//创建适配器对象(SD兼容TF)
public class SDAdapterTF implements SDCard {
private TFCard tfCard;
public SDAdapterTF(TFCard tfCard) {
this.tfCard = tfCard;
}
public String readSD() {
System.out.println("adapter read tf card ");
return tfCard.readTF();
}
public void writeSD(String msg) {
System.out.println("adapter write tf card");
tfCard.writeTF(msg);
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer();
SDCard sdCard = new SDCardImpl();
System.out.println(computer.readSD(sdCard));
System.out.println("------------");
TFCard tfCard = new TFCardImpl();
SDAdapterTF adapter = new SDAdapterTF(tfCard);
System.out.println(computer.readSD(adapter));
}
}
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。
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,对他中的抽象的未实现的方法给出实现。如:
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);
}
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。
从上图可以看出:
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。
定义:
指在不改变现有对象结构的情况下,动态地给该对象增加一些职责(即增加其额外功能)的模式。
结构:
装饰(Decorator)模式中的角色:
快餐店有炒面、炒饭这些快餐,可以额外附加鸡蛋、火腿、培根这些配菜,当然加配菜需要额外加钱,每个配菜的价钱通常不太一样,那么计算总价就会显得比较麻烦。
使用继承的方式存在的问题:
扩展性不好
如果要再加一种配料(火腿肠),我们就会发现需要给FriedRice和FriedNoodles分别定义一个子类。如果要新增一个快餐品类(炒河粉)的话,就需要定义更多的子类。
产生过多的子类
我们使用装饰者模式对快餐店案例进行改进,体会装饰者模式的精髓。
//快餐接口
public abstract class FastFood {
private float price;
private String desc;
public FastFood() {
}
public FastFood(float price, String desc) {
this.price = price;
this.desc = desc;
}
public void setPrice(float price) {
this.price = price;
}
public float getPrice() {
return price;
}
public String getDesc() {
return desc;
}
public void setDesc(String desc) {
this.desc = desc;
}
public abstract float cost(); //获取价格
}
//炒饭
public class FriedRice extends FastFood {
public FriedRice() {
super(10, "炒饭");
}
public float cost() {
return getPrice();
}
}
//炒面
public class FriedNoodles extends FastFood {
public FriedNoodles() {
super(12, "炒面");
}
public float cost() {
return getPrice();
}
}
//配料类
public abstract class Garnish extends FastFood {
private FastFood fastFood;
public FastFood getFastFood() {
return fastFood;
}
public void setFastFood(FastFood fastFood) {
this.fastFood = fastFood;
}
public Garnish(FastFood fastFood, float price, String desc) {
super(price,desc);
this.fastFood = fastFood;
}
}
//鸡蛋配料
public class Egg extends Garnish {
public Egg(FastFood fastFood) {
super(fastFood,1,"鸡蛋");
}
public float cost() {
return getPrice() + getFastFood().getPrice();
}
@Override
public String getDesc() {
return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
}
}
//培根配料
public class Bacon extends Garnish {
public Bacon(FastFood fastFood) {
super(fastFood,2,"培根");
}
@Override
public float cost() {
return getPrice() + getFastFood().getPrice();
}
@Override
public String getDesc() {
return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//点一份炒饭
FastFood food = new FriedRice();
//花费的价格
System.out.println(food.getDesc() + " " + food.cost() + "元");
System.out.println("========");
//点一份加鸡蛋的炒饭
FastFood food1 = new FriedRice();
food1 = new Egg(food1);
//花费的价格
System.out.println(food1.getDesc() + " " + food1.cost() + "元");
System.out.println("========");
//点一份加培根的炒面
FastFood food2 = new FriedNoodles();
food2 = new Bacon(food2);
//花费的价格
System.out.println(food2.getDesc() + " " + food2.cost() + "元");
}
}
好处:
饰者模式可以带来比继承更加灵活性的扩展功能,使用更加方便,可以通过组合不同的装饰者对象来获取具有不同行为状态的多样化的结果。装饰者模式比继承更具良好的扩展性,完美的遵循开闭原则,继承是静态的附加责任,装饰者则是动态的附加责任。
装饰类和被装饰类可以独立发展,不会相互耦合,装饰模式是继承的一个替代模式,装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。
当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。
不能采用继承的情况主要有两类:
在不影响其他对象的情况下,以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
当对象的功能要求可以动态地添加,也可以再动态地撤销时。
IO流中的包装类使用到了装饰者模式。BufferedInputStream,BufferedOutputStream,BufferedReader,BufferedWriter。
我们以BufferedWriter举例来说明,先看看如何使用BufferedWriter
public class Demo {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//创建BufferedWriter对象
//创建FileWriter对象
FileWriter fw = new FileWriter("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt");
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);
//写数据
bw.write("hello Buffered");
bw.close();
}
}
使用起来感觉确实像是装饰者模式,接下来看它们的结构:
小结:
BufferedWriter使用装饰者模式对Writer子实现类进行了增强,添加了缓冲区,提高了写数据的效率。
静态代理和装饰者模式的区别:
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,从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
结构:
桥接(Bridge)模式包含以下主要角色:
现在有一个需求,需要创建不同的图形,并且每个图形都有可能会有不同的颜色。我们可以利用继承的方式来设计类的关系:
我们可以发现有很多的类,假如我们再增加一个形状或再增加一种颜色,就需要创建更多的类。
试想,在一个有多种可能会变化的维度的系统中,用继承方式会造成类爆炸,扩展起来不灵活。每次在一个维度上新增一个具体实现都要增加多个子类。为了更加灵活的设计系统,我们此时可以考虑使用桥接模式。
【例】视频播放器
需要开发一个跨平台视频播放器,可以在不同操作系统平台(如Windows、Mac、Linux等)上播放多种格式的视频文件,常见的视频格式包括RMVB、AVI、WMV等。该播放器包含了两个维度,适合使用桥接模式。
//视频文件
public interface VideoFile {
void decode(String fileName);
}
//avi文件
public class AVIFile implements VideoFile {
public void decode(String fileName) {
System.out.println("avi视频文件:"+ fileName);
}
}
//rmvb文件
public class REVBBFile implements VideoFile {
public void decode(String fileName) {
System.out.println("rmvb文件:" + fileName);
}
}
//操作系统版本
public abstract class OperatingSystemVersion {
protected VideoFile videoFile;
public OperatingSystemVersion(VideoFile videoFile) {
this.videoFile = videoFile;
}
public abstract void play(String fileName);
}
//Windows版本
public class Windows extends OperatingSystem {
public Windows(VideoFile videoFile) {
super(videoFile);
}
public void play(String fileName) {
videoFile.decode(fileName);
}
}
//mac版本
public class Mac extends OperatingSystemVersion {
public Mac(VideoFile videoFile) {
super(videoFile);
}
public void play(String fileName) {
videoFile.decode(fileName);
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
OperatingSystem os = new Windows(new AVIFile());
os.play("战狼3");
}
}
好处:
桥接模式提高了系统的可扩充性,在两个变化维度中任意扩展一个维度,都不需要修改原有系统。
如:如果现在还有一种视频文件类型wmv,我们只需要再定义一个类实现VideoFile接口即可,其他类不需要发生变化。
实现细节对客户透明
又名门面模式,是一种通过为多个复杂的子系统提供一个一致的接口,而使这些子系统更加容易被访问的模式。该模式对外有一个统一接口,外部应用程序不用关心内部子系统的具体的细节,这样会大大降低应用程序的复杂度,提高了程序的可维护性。
结构
外观(Facade)模式包含以下主要角色:
【例】智能家电控制
小明的爷爷已经60岁了,一个人在家生活:每次都需要打开灯、打开电视、打开空调;睡觉时关闭灯、关闭电视、关闭空调;操作起来都比较麻烦。所以小明给爷爷买了智能音箱,可以通过语音直接控制这些智能家电的开启和关闭。类图如下:
//灯类
public class Light {
public void on() {
System.out.println("打开了灯....");
}
public void off() {
System.out.println("关闭了灯....");
}
}
//电视类
public class TV {
public void on() {
System.out.println("打开了电视....");
}
public void off() {
System.out.println("关闭了电视....");
}
}
//控制类
public class AirCondition {
public void on() {
System.out.println("打开了空调....");
}
public void off() {
System.out.println("关闭了空调....");
}
}
//智能音箱
public class SmartAppliancesFacade {
private Light light;
private TV tv;
private AirCondition airCondition;
public SmartAppliancesFacade() {
light = new Light();
tv = new TV();
airCondition = new AirCondition();
}
public void say(String message) {
if(message.contains("打开")) {
on();
} else if(message.contains("关闭")) {
off();
} else {
System.out.println("我还听不懂你说的!!!");
}
}
//起床后一键开电器
private void on() {
System.out.println("起床了");
light.on();
tv.on();
airCondition.on();
}
//睡觉一键关电器
private void off() {
System.out.println("睡觉了");
light.off();
tv.off();
airCondition.off();
}
}
//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建外观对象
SmartAppliancesFacade facade = new SmartAppliancesFacade();
//客户端直接与外观对象进行交互
facade.say("打开家电");
facade.say("关闭家电");
}
}
好处:
缺点:
使用tomcat作为web容器时,接收浏览器发送过来的请求,tomcat会将请求信息封装成ServletRequest对象,如下图①处对象。但是大家想想ServletRequest是一个接口,它还有一个子接口HttpServletRequest,而我们知道该request对象肯定是一个HttpServletRequest对象的子实现类对象,到底是哪个类的对象呢?可以通过输出request对象,我们就会发现是一个名为RequestFacade的类的对象。
RequestFacade类就使用了外观模式。先看结构图:
为什么在此处使用外观模式呢?
定义 RequestFacade 类,分别实现 ServletRequest ,同时定义私有成员变量 Request ,并且方法的实现调用 Request 的实现。然后,将 RequestFacade上转为 ServletRequest 传给 servlet 的 service 方法,这样即使在 servlet 中被下转为 RequestFacade ,也不能访问私有成员变量对象中的方法。既用了 Request ,又能防止其中方法被不合理的访问。
定义:
又名部分整体模式,是用于把一组相似的对象当作一个单一的对象。组合模式依据树形结构来组合对象,用来表示部分以及整体层次。这种类型的设计模式属于结构型模式,它创建了对象组的树形结构。
结构
组合模式主要包含三种角色:
软件菜单
如下图,我们在访问别的一些管理系统时,经常可以看到类似的菜单。一个菜单可以包含菜单项(菜单项是指不再包含其他内容的菜单条目),也可以包含带有其他菜单项的菜单,因此使用组合模式描述菜单就很恰当,我们的需求是针对一个菜单,打印出其包含的所有菜单以及菜单项的名称。
不管是菜单还是菜单项,都应该继承自统一的接口,这里姑且将这个统一的接口称为菜单组件。
//菜单组件 不管是菜单还是菜单项,都应该继承该类
public abstract class MenuComponent {
protected String name;
protected int level;
//添加菜单
public void add(MenuComponent menuComponent){
throw new UnsupportedOperationException();
}
//移除菜单
public void remove(MenuComponent menuComponent){
throw new UnsupportedOperationException();
}
//获取指定的子菜单
public MenuComponent getChild(int i){
throw new UnsupportedOperationException();
}
//获取菜单名称
public String getName(){
return name;
}
public void print(){
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
这里的MenuComponent定义为抽象类,因为有一些共有的属性和行为要在该类中实现,Menu和MenuItem类就可以只覆盖自己感兴趣的方法,而不用搭理不需要或者不感兴趣的方法,举例来说,Menu类可以包含子菜单,因此需要覆盖add()、remove()、getChild()方法,但是MenuItem就不应该有这些方法。这里给出的默认实现是抛出异常,你也可以根据自己的需要改写默认实现。
public class Menu extends MenuComponent {
private List<MenuComponent> menuComponentList;
public Menu(String name,int level){
this.level = level;
this.name = name;
menuComponentList = new ArrayList<MenuComponent>();
}
@Override
public void add(MenuComponent menuComponent) {
menuComponentList.add(menuComponent);
}
@Override
public void remove(MenuComponent menuComponent) {
menuComponentList.remove(menuComponent);
}
@Override
public MenuComponent getChild(int i) {
return menuComponentList.get(i);
}
@Override
public void print() {
for (int i = 1; i < level; i++) {
System.out.print("--");
}
System.out.println(name);
for (MenuComponent menuComponent : menuComponentList) {
menuComponent.print();
}
}
}
Menu类已经实现了除了getName方法的其他所有方法,因为Menu类具有添加菜单,移除菜单和获取子菜单的功能。
public class MenuItem extends MenuComponent {
public MenuItem(String name,int level) {
this.name = name;
this.level = level;
}
@Override
public void print() {
for (int i = 1; i < level; i++) {
System.out.print("--");
}
System.out.println(name);
}
}
MenuItem是菜单项,不能再有子菜单,所以添加菜单,移除菜单和获取子菜单的功能并不能实现。
在使用组合模式时,根据抽象构件类的定义形式,我们可将组合模式分为透明组合模式和安全组合模式两种形式。
透明组合模式
透明组合模式中,抽象根节点角色中声明了所有用于管理成员对象的方法,比如在示例中 MenuComponent
声明了 add
、remove
、getChild
方法,这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。透明组合模式也是组合模式的标准形式。
透明组合模式的缺点是不够安全,因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的,叶子对象不可能有下一个层次的对象,即不可能包含成员对象,因此为其提供 add()、remove() 等方法是没有意义的,这在编译阶段不会出错,但在运行阶段如果调用这些方法可能会出错(如果没有提供相应的错误处理代码)
安全组合模式
在安全组合模式中,在抽象构件角色中没有声明任何用于管理成员对象的方法,而是在树枝节点 Menu
类中声明并实现这些方法。安全组合模式的缺点是不够透明,因为叶子构件和容器构件具有不同的方法,且容器构件中那些用于管理成员对象的方法没有在抽象构件类中定义,因此客户端不能完全针对抽象编程,必须有区别地对待叶子构件和容器构件。
组合模式正是应树形结构而生,所以组合模式的使用场景就是出现树形结构的地方。比如:文件目录显示,多级目录呈现等树形结构数据的操作。
定义:
运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销,从而提高系统资源的利用率。
结构
享元(Flyweight )模式中存在以下两种状态:
享元模式的主要有以下角色:
【例】俄罗斯方块
下面的图片是众所周知的俄罗斯方块中的一个个方块,如果在俄罗斯方块这个游戏中,每个不同的方块都是一个实例对象,这些对象就要占用很多的内存空间,下面利用享元模式进行实现。
俄罗斯方块有不同的形状,我们可以对这些形状向上抽取出AbstractBox,用来定义共性的属性和行为。
public abstract class AbstractBox {
public abstract String getShape();
public void display(String color) {
System.out.println("方块形状:" + this.getShape() + " 颜色:" + color);
}
}
接下来就是定义不同的形状了,IBox类、LBox类、OBox类等。
public class IBox extends AbstractBox {
@Override
public String getShape() {
return "I";
}
}
public class LBox extends AbstractBox {
@Override
public String getShape() {
return "L";
}
}
public class OBox extends AbstractBox {
@Override
public String getShape() {
return "O";
}
}
提供了一个工厂类(BoxFactory),用来管理享元对象(也就是AbstractBox子类对象),该工厂类对象只需要一个,所以可以使用单例模式。并给工厂类提供一个获取形状的方法。
public class BoxFactory {
private static HashMap<String, AbstractBox> map;
private BoxFactory() {
map = new HashMap<String, AbstractBox>();
AbstractBox iBox = new IBox();
AbstractBox lBox = new LBox();
AbstractBox oBox = new OBox();
map.put("I", iBox);
map.put("L", lBox);
map.put("O", oBox);
}
public static final BoxFactory getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
private static class SingletonHolder {
private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
}
public AbstractBox getBox(String key) {
return map.get(key);
}
}
1,优点
2,缺点:
为了使对象可以共享,需要将享元对象的部分状态外部化,分离内部状态和外部状态,使程序逻辑复杂
3,使用场景:
Integer类使用了享元模式。我们先看下面的例子:
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = 127;
Integer i2 = 127;
System.out.println("i1和i2对象是否是同一个对象?" + (i1 == i2));
Integer i3 = 128;
Integer i4 = 128;
System.out.println("i3和i4对象是否是同一个对象?" + (i3 == i4));
}
}
运行上面代码,结果如下:
为什么第一个输出语句输出的是true,第二个输出语句输出的是false?通过反编译软件进行反编译,代码如下:
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Integer i1 = Integer.valueOf((int)127);
Integer i2 Integer.valueOf((int)127);
System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i1\u548ci2\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u540c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i1 == i2)).toString());
Integer i3 = Integer.valueOf((int)128);
Integer i4 = Integer.valueOf((int)128);
System.out.println((String)new StringBuilder().append((String)"i3\u548ci4\u5bf9\u8c61\u662f\u5426\u662f\u540c\u4e00\u4e2a\u5bf9\u8c61\uff1f").append((boolean)(i3 == i4)).toString());
}
}
上面代码可以看到,直接给Integer类型的变量赋值基本数据类型数据的操作底层使用的是 valueOf()
,所以只需要看该方法即可
public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
private static class IntegerCache {
static final int low = -128;
static final int high;
static final Integer cache[];
static {
int h = 127;
String integerCacheHighPropValue =
sun.misc.VM.getSavedProperty("java.lang.Integer.IntegerCache.high");
if (integerCacheHighPropValue != null) {
try {
int i = parseInt(integerCacheHighPropValue);
i = Math.max(i, 127);
// Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - (-low) -1);
} catch( NumberFormatException nfe) {
}
}
high = h;
cache = new Integer[(high - low) + 1];
int j = low;
for(int k = 0; k < cache.length; k++)
cache[k] = new Integer(j++);
// range [-128, 127] must be interned (JLS7 5.1.7)
assert IntegerCache.high >= 127;
}
private IntegerCache() {}
}
}
可以看到 Integer
默认先创建并缓存 -128 ~ 127
之间数的 Integer
对象,当调用 valueOf
时如果参数在 -128 ~ 127
之间则计算下标并从缓存中返回,否则创建一个新的 Integer
对象。