设计模式学习笔记 - 设计模式与范式 -结构型：4.装饰器模式

概述

前面我们学习了代理模式、桥接模式、装饰器模式，本章再来学习一个比较常用的结构性模式：适配器模式。这个模式相对来说比较简单，应用场景也很具体。

关于适配器模式，有类适配器和对象适配器两种实现方式，以及常见的 5 种常见的应用场景。同时还会通过剖析 sl4j 日志框架，来给你展示这个模式在真实项目中的应用。此外，在本章的最后，还会对代理模式、桥接模式、装饰器模式和适配器模式，这四种结构非常相似的设计模式做简单的对比，对这几节的内容做一个简单的总结。

适配器模式的原理与实现

适配器模式（Adapter Design Pattern），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，通过转换变得可以一起工作。

原理很简单，再看下它的代码实现。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。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。

// 类适配器：基于继承
public interface ITarget {void f1();void f2();void fc();
}public class Adaptee {public void fa() { /*...*/ }public void fb() { /*...*/ }public void fc() { /*...*/ }
}public class Adaptor extends Adaptee implements ITarget {@Overridepublic void f1() {super.fa();}@Overridepublic void f2() {// 重新实现f2()...}// 这里fc()不需要实现，直接继承自Adaptee，这是跟对象适配器最大的不同点
}// 对象适配器：基于组合
public interface ITarget {void f1();void f2();void fc();
}public class Adaptee {public void fa() { /*...*/ }public void fb() { /*...*/ }public void fc() { /*...*/ }
}public class Adaptor implements ITarget {private Adaptee adaptee;public Adaptor(Adaptee adaptee) {this.adaptee = adaptee;}@Overridepublic void f1() {adaptee.fa(); // 委托给Adaptee}@Overridepublic void f2() {// 重新实现f2()...}@Overridepublic void fc() {adaptee.fc();}
}

针对这两种实现方式，在实际开发中，该如何选择呢？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，那推荐使用类适配器，因为 Adaptor 可以复用父类 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同，那推荐使用对象适配器，因为组合结构相对于继承更加灵活。

适配器模式的应用场景

一般来说，适配器模式可以看做是一种 “补偿模式”，用来补救设计的缺陷。应用这种设计模式算是 “无奈之举”。如果在设计初期，就能协调规模接口不兼容的问题，那这种设计模式就没有应用的机会了。

适配器模式的应用场景是 “接口不兼容”。那实际的开发中，什么情况下才会出现接口不兼容呢？

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（比如包含大量的静态方法），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，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。

具体代码如下所示：

public class CD { // 这个类来自外部SDK，无权修改// ...public static void staticFunction1() { /*...*/ }public void uglyNamingFunction2() { /*...*/ }public void toManyParamsFunction3(int paramA, int paramB, ...) { /*...*/ }public void lowPerformanceFunction1() { /*...*/ }
}// 使用适配器模式进行重构
public interface ITarget {void function1();void function2();void function3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper);void function4();
}// 注意：适配器类的命名不一定非得末尾带Adaptor
public class CDAdaptor extends CD implements ITarget {@Overridepublic void function1() {CD.staticFunction1();}@Overridepublic void function2() {super.uglyNamingFunction2();}@Overridepublic void function3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper) {super.toManyParamsFunction3(paramsWrapper.getParamA(), ...);}@Overridepublic void function4() {// reimplement it...}
}

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。

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，将所有系统的接口都适配为统一的接口定义，这样我们就可以复用调用敏感词过滤的代码。

public class ASensitiveWordsFilter { // A敏感词过滤系统提供的接口// text是原始文本，函数输出用***替换敏感词之后的文本public String filterSexyWords(String text) {// ...}public String filterPoliticalWords(String text) {// ...}
}public class BSensitiveWordsFilter { // B敏感词过滤系统提供的接口// text是原始文本，函数输出用***替换敏感词之后的文本public String filter(String text) {// ...}
}public class CSensitiveWordsFilter { // C敏感词过滤系统提供的接口// text是原始文本，函数输出用***替换敏感词之后的文本public String filter(String text, String mask) {// ...}
}// 未使用适配器模式之前的代码：代码的可测试性、扩展性不好
public class RiskManagement {private ASensitiveWordsFilter aFilter = new ASensitiveWordsFilter();private BSensitiveWordsFilter bFilter = new BSensitiveWordsFilter();private CSensitiveWordsFilter cFilter = new CSensitiveWordsFilter();public String filterSensitiveWords(String text) {String maskText = aFilter.filterSexyWords(text);maskText = aFilter.filterPoliticalWords(text);maskText = bFilter.filter(text);maskText = cFilter.filter(text, "***");return maskText;}
}// 使用适配器模式进行改造
public interface ISensitiveWordsFilter {String filter(String text);
}
public class ASensitiveWordsFilterAdaptor implements ISensitiveWordsFilter {private ASensitiveWordsFilter aFilter;@Overridepublic String filter(String text) {String maskText = aFilter.filterSexyWords(text);maskText = aFilter.filterPoliticalWords(text);return maskText;}
}// 省略BSensitiveWordsFilterAdaptor、CASensitiveWordsFilterAdaptor...// 扩展性更好，更加符合开闭原则，如果添加一个新的敏感词过滤系统
// 这个类完全不用动；而且基于接口而非实现编程，代码的可测试性更好public class RiskManagement {private List<ISensitiveWordsFilter> filters = new ArrayList<>();public void addSensitiveWordsFilter(ISensitiveWordsFilter filter) {filters.add(filter);}public String filterSensitiveWords(String text) {String maskText = text;for (ISensitiveWordsFilter filter : filters) {maskText = filter.filter(maskText);}return maskText;}
}

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时，利用适配器模式，可以减少对代码的改动。具体的代码如下所示：

// 外部系统A
public interface IA {// ...void fa();
}public class A implements IA {// ...@Overridepublic void fa() { /*...*/ }
}// 在项目中使用外部系统A
public class Demo {private IA a;public Demo(IA a) {this.a = a;}// ...
}
Demo d = new Demo(new A());// 将外部系统A替换成外部系统B
public class BAdaptor implements IA {private B b;public BAdaptor(B b) {this.b = b;}@Overridepublic void fa() { //...b.fb();}
}
// 借助BAdaptor，Demo的代码中，调用IA接口的地方无需改动，只需要将BAdaptor如下注入到Demo即可
Demo d = new Demo(new BAdaptor(new B()));

4.兼容老版本接口

在做版本升级时，对于要废弃的接口，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的一个应用场景。

JDK 1.0 中包含一个比那里集合容器的类 Enumeration。JDK 2.0 对这个类进行了重构，将它改名为 Iterator 类，并对它的代码实现做了优化。但是考虑到如果将 Enumeration 直接从 JDK 2.0 中删除，那使用 JDK 1.0 的项目如果切换到 JDK 2.0，代码就会编译不通过。为了避免这种情况，必须把项目中所有使用到 Enumeration 的地方，都修改为 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 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的 JDK 的老代码，可以暂时保留 Enumeration，并将其实现替换为直接调用 Iterator。代码如下所示：

public class Collections {// ...public static <T> Enumeration<T> enumeration(final Collection<T> c) {return new Enumeration<T>() {private final Iterator<T> i = c.iterator();public boolean hasMoreElements() {return i.hasNext();}public T nextElement() {return i.next();}};}// ...
}

5.适配不同格式的数据

前面讲过，适配器模式主要用于接口的适配，实际上，它还可以用在不同的数据之间的适配。比如，把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() 也可以看做是一种数据适配器，将数组类型的数据转化为集合容器类型。

List<String> names = Arrays.asList("Larry", "John", "Mike");

剖析适配器模式在 Java 日志中的应用

Java 中有很多的日志框架，在项目开发中，常常用它们来打印日志信息。其中，比较常用的有 log4j、logback、JDK 提供的 JUL（java.util.logging）、Apache 的 JCL（Jakarta Commons Logging）等。

大部分日志框架都提供了相似的功能，比如按照不同级别打印日志等，但它们去并没有实现统一的接口。这主要可能是历史原因，没有一开始就制定接口规范。

如果只是开发一个自己用的项目，那用什么日志框架都可以，随便选一个就好。但是，如果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有那么随意了。

比如，项目中的某个组件使用 log4j 来打印日志，而项目本身使用的是 logback。将组件引入到项目后，我们的项目就相当于有了两套日志打印框架。每种日志打印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 Java 开发工程师，那 sl4j 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，sl4j 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 sl4j 接口规范。sl4j 事先考虑了这个问题，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 sl4j 接口定义。

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 sl4j 提供的接口来编写打印日志的代码，具体使用哪种日期框架实现（log4j、logback、…），是可以动态指定的（使用 Java 的 SPI 技术），只需要将相应的 SDK 导入到项目中即可。