原创

设计模式基础(八)——适配器模式

适配器模式(Adapter Design Pattern),也是一种结构型模式。适配器模式主要用于做适配,即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。

一、基本原理

适配器模式有两种实现方式:类适配器对象适配器。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。

1.1 类适配器

下面的代码中,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 {
  public void f1() {
    super.fa();
  }

  public 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
}

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 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。

1.2 对象适配器

如果 Adaptee 接口很多,而且 Adaptee 和 ITarget 接口定义大部分都不相同,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:

// 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;
  }

  public void f1() {
    adaptee.fa(); //委托给Adaptee
  }

  public void f2() {
    //...重新实现f2()...
  }

  public void fc() {
    adaptee.fc();
  }
}

二、应用场景

一般来说,适配器模式可以看作一种“补偿模式”,用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”。如果在设计初期,我们就能协调规避接口不兼容的问题,那这种模式就没有应用的机会了。

2.1 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封装,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。

public class CD { //这个类来自外部sdk,我们无权修改它的代码
  //...
  public static void staticFunction1() { //... }

  public void uglyNamingFunction2() { //... }

  public void tooManyParamsFunction3(int paramA, int paramB, ...) { //... }

   public void lowPerformanceFunction4() { //... }
}

// 使用适配器模式进行重构
public class ITarget {
  void function1();
  void function2();
  void fucntion3(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 {
  //...
  public void function1() {
     super.staticFunction1();
  }

  public void function2() {
    super.uglyNamingFucntion2();
  }

  public void function3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper) {
     super.tooManyParamsFunction3(paramsWrapper.getParamA(), ...);
  }

  public void function4() {
    //...reimplement it...
  }
}

2.2 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。

举个例子,假设我们需要对文本内容做敏感词过滤,为了提高召回率,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,尽可能多的过滤掉掉敏感词。但是,每个系统提供的过滤接口都是不同的,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,将所有系统的接口适配为统一的接口定义,这样我们可以复用调用敏感词过滤的代码:

// A敏感词过滤系统提供的接口
public class ASensitiveWordsFilter { 
  //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) {
    // ...
  } 
}

// B敏感词过滤系统提供的接口
public class BSensitiveWordsFilter  { 
  public String filter(String text) {
    //...
  }
}

// C敏感词过滤系统提供的接口
public class CSensitiveWordsFilter { 
  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 maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
    maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
    maskedText = bFilter.filter(maskedText);
    maskedText = cFilter.filter(maskedText, "***");
    return maskedText;
  }
}

// 使用适配器模式进行改造
public interface ISensitiveWordsFilter { // 统一接口定义
  String filter(String text);
}

public class ASensitiveWordsFilterAdaptor implements ISensitiveWordsFilter {
  private ASensitiveWordsFilter aFilter;
  public String filter(String text) {
    String maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
    maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
    return maskedText;
  }
}
//...省略BSensitiveWordsFilterAdaptor、CSensitiveWordsFilterAdaptor...

// 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,
// 这个类完全不需要改动;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 maskedText = text;
    for (ISensitiveWordsFilter filter : filters) {
      maskedText = filter.filter(maskedText);
    }
    return maskedText;
  }
}

2.3 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的时候,利用适配器模式,可以减少对代码的改动。具体的代码示例如下所示:

// 外部系统A
public interface IA {
  //...
  void fa();
}
public class A implements IA {
  //...
  public void fa() { //... }
}
// 在我们的项目中,外部系统A的使用示例
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 implemnts IA {
  private B b;
  public BAdaptor(B b) {
    this.b= b;
  }
  public void fa() {
    //...
    b.fb();
  }
}
// 借助BAdaptor,Demo的代码中,调用IA接口的地方都无需改动,
// 只需要将BAdaptor如下注入到Demo即可。
Demo d = new Demo(new BAdaptor(new B()));

2.4 兼容老版本接口

在做版本升级的时候,对于一些要废弃的接口,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模式的一个应用场景。

举个例子,JDK1.0 中包含一个遍历集合容器的类 Enumeration。JDK2.0 对这个类进行了重构,将它改名为 Iterator 类,并且对它的代码实现做了优化。但是考虑到如果将 Enumeration 直接从 JDK2.0 中删除,那使用 JDK1.0 的项目如果切换到 JDK2.0,代码就会编译不通过。为了做到兼容使用低版本 JDK 的老代码,我们可以暂时保留 Enumeration 类,并将其实现替换为直接调用 Itertor。代码示例如下所示:

public class Collections {
  public static Emueration emumeration(final Collection c) {
    return new Enumeration() {
      Iterator i = c.iterator();

      public boolean hasMoreElments() {
        return i.hashNext();
      }

      public Object nextElement() {
        return i.next():
      }
    }
  }
}

2.5 适配不同格式的数据

前面我们讲到,适配器模式主要用于接口的适配,实际上,它还可以用在不同格式的数据之间的适配。比如,把从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() 也可以看作一种数据适配器,将数组类型的数据转化为集合容器类型:

List<String> stooges = Arrays.asList("Larry", "Moe", "Curly");

三、使用示例

Java 中有很多日志框架,比较常用的有 log4j/log4j2、logback,以及 JDK 提供的 JUL(java.util.logging) 。

大部分日志框架都提供了相似的功能,但它们却并没有实现统一的接口。如果我们依赖的某个项目组件使用 log4j 来打印日志,而我们项目本身使用的是 logback,那将组件引入到项目之后,我们的项目就相当于有了两套日志打印框架,每种日志框架都有自己特有的配置方式,这样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。

如果你是做 Java 开发的,那 Slf4j 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。Slf4j 不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 Slf4j 接口定义。具体的代码示例如下所示:

// slf4j统一的接口定义
package org.slf4j;
public interface Logger {
  public boolean isTraceEnabled();
  public void trace(String msg);
  public void trace(String format, Object arg);
  public void trace(String format, Object arg1, Object arg2);
  public void trace(String format, Object[] argArray);
  public void trace(String msg, Throwable t);

  public boolean isDebugEnabled();
  public void debug(String msg);
  public void debug(String format, Object arg);
  public void debug(String format, Object arg1, Object arg2)
  public void debug(String format, Object[] argArray)
  public void debug(String msg, Throwable t);

  //...省略info、warn、error等一堆接口
}

// log4j日志框架的适配器
// Log4jLoggerAdapter实现了LocationAwareLogger接口,
// 其中LocationAwareLogger继承自Logger接口,
// 也就相当于Log4jLoggerAdapter实现了Logger接口。
package org.slf4j.impl;
public final class Log4jLoggerAdapter extends MarkerIgnoringBase
  implements LocationAwareLogger, Serializable {
  final transient org.apache.log4j.Logger logger; // log4j

  public boolean isDebugEnabled() {
    return logger.isDebugEnabled();
  }

  public void debug(String msg) {
    logger.log(FQCN, Level.DEBUG, msg, null);
  }

  public void debug(String format, Object arg) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      FormattingTuple ft = MessageFormatter.format(format, arg);
      logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
    }
  }

  public void debug(String format, Object arg1, Object arg2) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      FormattingTuple ft = MessageFormatter.format(format, arg1, arg2);
      logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
    }
  }

  public void debug(String format, Object[] argArray) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      FormattingTuple ft = MessageFormatter.arrayFormat(format, argArray);
      logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
    }
  }

  public void debug(String msg, Throwable t) {
    logger.log(FQCN, Level.DEBUG, msg, t);
  }
  //...省略一堆接口的实现...
}

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 Slf4j 提供的接口来编写打印日志的代码,具体使用哪种日志框架实现(log4j、logback……),是可以动态地指定的(使用 Java 的 SPI 技术,这里我不多解释,你自行研究吧),只需要将相应的 SDK 导入到项目中即可。

不过,你可能会说,如果一些老的项目没有使用 Slf4j,而是直接使用比如 JCL 来打印日志,那如果想要替换成其他日志框架,比如 log4j,该怎么办呢?实际上,Slf4j 不仅仅提供了从其他日志框架到 Slf4j 的适配器,还提供了反向适配器,也就是从 Slf4j 到其他日志框架的适配。我们可以先将 JCL 切换为 Slf4j,然后再将 Slf4j 切换为 log4j。经过两次适配器的转换,我们就能成功将 log4j 切换为了 logback。

四、总结

适配器模式是用来做适配,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。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。

一般来说,适配器模式可以看作一种“补偿模式”,用来补救设计上的缺陷。应用这种模式算是“无奈之举”,如果在设计初期,我们就能协调规避接口不兼容的问题,那这种模式就没有应用的机会了。

正文到此结束
本文目录