设计模式--适配器模式

目录

本文的结构如下:

  • 什么是适配器模式
  • 为什么要用该模式
  • 模式的结构
  • 代码示例
  • 优点和缺点
  • 适用环境
  • 模式应用
  • 模式扩展
  • 总结

一、前言

适配器其实在我们的生活中是非常常见的,比如说,有的国家的插座都是三孔的,而我们的手机大部分都是两孔的,是没办法直接把充电器插到插座上,这时我们可以使用一个适配器,适配器本身是三孔的,它可以直接插到三孔的插头上,适配器本身可以提供一个两孔的插座,然后我们的手机充电器就可以插到适配器上了,这样我们原本只能插到两孔上的插头就能用三孔的插座了。

二、什么是适配器模式

适配器模式(Adapter Pattern):将一个接口转换成客户希望的另一个接口,使接口不兼容的那些类可以一起工作,其别名为包装器(Wrapper)。适配器模式既可以作为类结构型模式,也可以作为对象结构型模式。

三、为什么要用该模式

通常情况下,客户端可以通过目标类的接口访问它所提供的服务。有时,现有的类可以满足客户类的功能需要,但是它所提供的接口不一定是客户类所期望的,这可能是因为现有类中方法名与目标类中定义的方法名不一致等原因所导致的。

在这种情况下,现有的接口需要转化为客户类期望的接口,这样保证了对现有类的重用。如果不进行这样的转化,客户类就不能利用现有类所提供的功能,适配器模式可以完成这样的转化。

在适配器模式中可以定义一个包装类,包装不兼容接口的对象,这个包装类指的就是适配器(Adapter),它所包装的对象就是适配者(Adaptee),即被适配的类。

适配器提供客户类需要的接口,适配器的实现就是把客户类的请求转化为对适配者的相应接口的调用。也就是说:当客户类调用适配器的方法时,在适配器类的内部将调用适配者类的方法,而这个过程对客户类是透明的,客户类并不直接访问适配者类。因此,适配器可以使由于接口不兼容而不能交互的类可以一起工作。

四、模式的结构

在适配器模式中,我们通过增加一个新的适配器类来解决接口不兼容的问题,使得原本没有任何关系的类可以协同工作。根据适配器类与适配者类的关系不同,适配器模式可分为对象适配器类适配器两种,在对象适配器模式中,适配器与适配者之间是关联关系在类适配器模式中,适配器与适配者之间是继承(或实现)关系

4.1、对象适配器模式UML

在对象适配器模式结构图中包含如下几个角色:

  • Target(目标抽象类):目标抽象类定义客户所需接口,可以是一个抽象类或接口,也可以是具体类。
  • Adapter(适配器类):适配器可以调用另一个接口,作为一个转换器,对Adaptee和Target进行适配,适配器类是适配器模式的核心,在对象适配器中,它通过实现Target(或者说继承)并关联一个Adaptee对象使二者产生联系。
  • Adaptee(适配者类):适配者即被适配的角色,它定义了一个已经存在的接口,这个接口需要适配,适配者类一般是一个具体类,包含了客户希望使用的业务方法,在某些情况下可能没有适配者类的源代码。

根据对象适配器模式结构图,在对象适配器中,客户端需要调用request()方法,而适配者类Adaptee没有该方法,但是它所提供的specificRequest()方法却是客户端所需要的。为了使客户端能够使用适配者类,需要提供一个包装类Adapter,即适配器类。这个包装类包装了一个适配者的实例,从而将客户端与适配者衔接起来,在适配器的request()方法中调用适配者的specificRequest()方法。因为适配器类与适配者类是关联关系(也可称之为委派关系),所以这种适配器模式称为对象适配器模式。

典型的对象适配器代码:

/**
 * 
 * @author w1992wishes
 * @created @2017年11月6日-下午2:31:12
 *
 */
public interface Target {
    void request();
}

public class Adaptee {
    public void specificRequest() {
        System.out.println("specificRequest");
    }
}

public class Adapter implements Target {

    private Adaptee adaptee;

    public Adapter(Adaptee adaptee) {
        this.adaptee = adaptee;
    }

    @Override
    public void request() {
        adaptee.specificRequest();
    }

}

4.2、类适配器模式UML

类适配器模式结构和对象适配器模式结构相差不大,只是不是通过组合的方式,而是通过继承的方式来实现,在这里Adapter继承Adaptee。

/**
 * 
 * @author w1992wishes
 * @created @2017年11月6日-下午2:31:17
 *
 */
public class Adapter extends Adaptee implements Target {

    public Adapter() {
    }

    @Override
    public void request() {
        specificRequest();
    }
}

五、代码示例

假设有一个MediaPlayer接口和一个实现了MediaPlayer接口的实体类AudioPlayer。默认情况下,AudioPlayer可以播放mp3格式的音频文件。

我们还有另一个接口AdvancedMediaPlayer和实现了AdvancedMediaPlayer接口的实体类。该类可以播放vlc和mp4等格式的文件。

现在想要让AudioPlayer播放其他格式的音频文件。为了实现这个功能,可以使用适配器模式来复用AdvancedMediaPlayer中已有的功能。

5.1、两个目标接口

public interface MediaPlayer {
    public void play(String audioType, String fileName);
}
public interface AdvancedMediaPlayer {
    public void playVlc(String fileName);

    public void playMp4(String fileName);
}

5.2、AdvancedMediaPlayer接口的实体类

VlcPlayer

public class VlcPlayer implements AdvancedMediaPlayer {
    @Override
    public void playVlc(String fileName) {
        System.out.println("Playing vlc file. Name: " + fileName);
    }

    @Override
    public void playMp4(String fileName) {
    }
}

Mp4Player

public class Mp4Player implements AdvancedMediaPlayer {

    @Override
    public void playVlc(String fileName) {
    }

    @Override
    public void playMp4(String fileName) {
        System.out.println("Playing mp4 file. Name: " + fileName);
    }
}

5.3、MediaPlayer接口的适配器类

public class MediaAdapter implements MediaPlayer {

    AdvancedMediaPlayer advancedMusicPlayer;

    public MediaAdapter(String audioType) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            advancedMusicPlayer = new VlcPlayer();
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            advancedMusicPlayer = new Mp4Player();
        }
    }

    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            advancedMusicPlayer.playVlc(fileName);
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            advancedMusicPlayer.playMp4(fileName);
        }
    }
}

5.4、MediaPlayer接口的实体类

public class AudioPlayer implements MediaPlayer {
    MediaAdapter mediaAdapter;

    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {

        // 播放 mp3 音乐文件
        if (audioType.equalsIgnoreCase("mp3")) {
            System.out.println("Playing mp3 file. Name: " + fileName);
        }
        // mediaAdapter 提供了播放其他文件格式的支持
        else if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc") || audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            mediaAdapter = new MediaAdapter(audioType);
            mediaAdapter.play(audioType, fileName);
        } else {
            System.out.println("Invalid media. " + audioType + " format not supported");
        }
    }
}

5.5 AudioPlayer播放不同类型的音频格式

public class AdapterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AudioPlayer audioPlayer = new AudioPlayer();

        audioPlayer.play("mp3", "尽头.mp3");
        audioPlayer.play("mp4", "战狼2.mp4");
        audioPlayer.play("vlc", "高等教育.vlc");
        audioPlayer.play("avi", "羞羞的铁拳.avi");
    }
}

六、优点和缺点

6.1、优点

  • 将目标类和适配者类解耦,通过引入一个适配器类来重用现有的适配者类,而无须修改原有代码。
  • 增加了类的透明性和复用性,将具体的实现封装在适配者类中,对于客户端类来说是透明的,而且提高了适配者的复用性。
  • 灵活性和扩展性都非常好,通过使用配置文件,可以很方便地更换适配器,也可以在不修改原有代码的基础上增加新的适配器类,完全符合“开闭原则”。

类适配器模式还具有如下优点

  • 由于适配器类是适配者类的子类,因此可以在适配器类中置换一些适配者的方法,使得适配器的灵活性更强。

对象适配器模式还具有如下优点:

  • 一个对象适配器可以把多个不同的适配者适配到同一个目标,也就是说,同一个适配器可以把适配者类和它的子类都适配到目标接口。

6.2、缺点

类适配器模式的缺点如下:

  • 对于Java、C#等不支持多重继承的语言,一次最多只能适配一个适配者类,而且目标抽象类只能为抽象类,不能为具体类,其使用有一定的局限性,不能将一个适配者类和它的子类都适配到目标接口。

对象适配器模式的缺点如下:

  • 与类适配器模式相比,要想置换适配者类的方法就不容易。如果一定要置换掉适配者类的一个或多个方法,就只好先做一个适配者类的子类,将适配者类的方法置换掉,然后再把适配者类的子类当做真正的适配者进行适配,实现过程较为复杂。

七、适用环境

在以下情况下可以使用适配器模式:

  • 系统需要使用现有的类,而这些类的接口不符合系统的需要。
  • 想要建立一个可以重复使用的类,用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类,包括一些可能在将来引进的类一起工作。

八、模式应用

Sun公司在1996年公开了Java语言的数据库连接工具JDBC,JDBC使得Java语言程序能够与数据库连接,并使用SQL语言来查询和操作数据。JDBC给出一个客户端通用的抽象接口,每一个具体数据库引擎(如SQL Server、Oracle、MySQL等)的JDBC驱动软件都是一个介于JDBC接口和数据库引擎接口之间的适配器软件。抽象的JDBC接口和各个数据库引擎API之间都需要相应的适配器软件,这就是为各个不同数据库引擎准备的驱动程序。

九、模式扩展

缺省适配器模式
当不需要全部实现接口提供的方法时,可先设计一个抽象类实现接口,并为该接口中每个方法提供一个默认实现(空方法),那么该抽象类的子类可有选择地覆盖父类的某些方法来实现需求,它适用于一个接口不想使用其所有的方法的情况。因此也称为单接口适配器模式。

十、总结

  • 适配器模式用于将一个接口转换成客户希望的另一个接口,适配器模式使接口不兼容的那些类可以一起工作,其别名为包装器。适配器模式既可以作为类结构型模式,也可以作为对象结构型模式。
  • 适配器模式包含四个角色:目标抽象类定义客户要用的特定领域的接口;适配器类可以调用另一个接口,作为一个转换器,对适配者和抽象目标类进行适配,它是适配器模式的核心;适配者类是被适配的角色,它定义了一个已经存在的接口,这个接口需要适配;在客户类中针对目标抽象类进行编程,调用在目标抽象类中定义的业务方法。
  • 在类适配器模式中,适配器类实现了目标抽象类接口并继承了适配者类,并在目标抽象类的实现方法中调用所继承的适配者类的方法;在对象适配器模式中,适配器类继承了目标抽象类并定义了一个适配者类的对象实例,在所继承的目标抽象类方法中调用适配者类的相应业务方法。
  • 适配器模式的主要优点是将目标类和适配者类解耦,增加了类的透明性和复用性,同时系统的灵活性和扩展性都非常好,更换适配器或者增加新的适配器都非常方便,符合“开闭原则”;类适配器模式的缺点是适配器类在很多编程语言中不能同时适配多个适配者类,对象适配器模式的缺点是很难置换适配者类的方法。
  • 适配器模式适用情况包括:系统需要使用现有的类,而这些类的接口不符合系统的需要;想要建立一个可以重复使用的类,用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类一起工作。

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