设计模式之适配器模式

本文中涉及到的完整代码存放于以下 GitHub 仓库中 LearningCode

1. 理论部分

适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。适配器模式让那些接口不兼容的类可以一起工作。

适配器模式又称包装器模式（Wrapper Pattern）。

1.1 结构与实现

适配器模式包含以下 3 个角色：

• Target（目标接口）：
  • 职责：定义客户所需的接口。
  • 实现：Target 一般声明为抽象类或接口，也可以是具体类。
• Adapter（适配器类）：
  • 职责：对 Adaptee 的接口与 Target 接口进行适配。
  • 实现：Adapter 通常声明为具体类。
• Adaptee（适配者）：
  • 职责：定义一个已经存在的接口，这个接口需要适配。
  • 实现：Adaptee 通常声明为具体类。

适配器模式存在以下两种实现方式：

• 类适配器
• 对象适配器

1.1.1 类适配器

在类适配器中，Adapter 实现 Target 并继承 Adaptee 类，其 UML 类图如下所示：

当希望 Adapter 可以重定义 Adaptee 的部分行为时，推荐使用类适配器模式。

1.1.2 对象适配器

在对象适配器中，Adapter 通过继承 Target 并关联一个 Adaptee 对象，其 UML 类图如下所示：

当希望一个 Adapter 可以匹配 Adaptee及其子类时，推荐使用对象适配器模式。

在不支持多重继承的语言中，如果面临需要继承多个类的情况下，只能使用对象适配器模式。

1.2 扩展：缺省适配器

缺省适配器模式（Default Adapter Pattern）：当不需要实现一个接口提供的所有方法时，可先设计一个抽象类实现该接口，并为接口中的每个方法提供一个默认实现，那么该抽象类的子类可以选择性地覆盖父类的某些方法来实现需求，它适用于不想使用一个接口中的所有方法的情况，又称为单接口适配器模式。

缺省适配器模式包含以下 3 个角色：

• Target（目标接口）：
  • 职责：声明了大量的方法。
  • 实现：Target 通常声明为一个接口。
• DefaultAdapter（缺省适配器）
  • 职责：实现了 Target 接口，并为接口中的每个方法提供了默认实现。
  • 实现：DefaultAdapter 通常声明为一个抽象类。
• ConcreteClass（具体业务类）：
  • 职责：是 DefaultAdapter 的子类，选择性地重写 DefaultAdapter 中的方法。
  • 实现：ConcreteClass 通常声明为类。

缺省适配器的 UML 类图如下所示：

1.3 扩展：双向适配器

上面介绍的适配器是单向的，只能实现从 Adaptee 到 Target 的转换，无法反向适配；双向适配器则能够同时兼容两个方向，既可将 Adaptee 适配为 Target，也能将 Target 适配为 Adaptee，从而实现两个接口之间的双向透明通信。在双向适配器中，Adapter 实现了 Target 接口与 Adaptee 接口， 同时包含对 Target 和 Adaptee 的引用，Adaptee 可以通过它调用 Target 中的方法，Target 也可以通过它调用 Adaptee 中的方法。

在不支持多重继承的语言中，如果 Adaptee 与 Target 均为抽象类，则无法实现双向适配器。

双向适配器的 UML 类图如下所示：

1.4 扩展：参数化适配器

如果要适配多个无继承关系的 Adaptee，势必会创建很多的适配器子类。为了解决这个问题，需要设计一个 Adapter 能够适配多个无继承关系的 Adaptee，即将适配逻辑的实现委托给外部客户端，由客户端负责提供具体的适配行为。其 UML 类图如下所示：

为了便于理解，这里采用 Java 的函数式接口进行描述。

1.5 优缺点与适用场景

适配器模式具有以下优点：

• 无论是对象适配器模式还是类适配器模式，都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，无须修改原有结构。
• 对于类适配器，可以在适配器类重写适配者的方法，使得适配器的灵活性更强。
• 对于对象适配器，可以对适配者及其子类进行适配。

适配器模式存在以下缺点：

• 对于类适配器，在不支持多重类继承的语言中，如果适配者和目标接口都是抽象类，那么类适配器模式将无法实现，有一定的局限性。
• 对于对象适配器，在适配器中置换适配者的某些方法比较麻烦。

适配器模式适用于以下场景：

• 需要使用一些已经存在类，而这些类的接口不符合系统的需要，甚至没有这些类的源代码。
• 想创建一个可以复用的类，用于和一些彼此之间没有太大关联的类一起工作。

2. 实现部分

以 Java 代码为例，演示适配器模式及其扩展的实现。

2.1 适配器模式的实现

案例介绍：

2.1.1 类适配器

编写目标接口 —— ISensitiveWordsFilter，代码如下所示：

public interface ISensitiveWordsFilter {
    String filter(String text);
}

编写适配者，以 A 系统的过滤系统为例：

public class ASensitiveWordsFilter {
    public String filterObsceneWords(String text) {
        System.out.println("A 敏感词过滤系统：过滤淫秽词语");
        return null;
    }

    public String filterPoliticalWords(String text) {
        System.out.println("A 敏感词过滤系统：过滤涉政词语");
        return null;
    }
}

编写A系统的适配器 —— ASensitiveWordsAdapter：

public class ASensitiveWordsAdapter extends ASensitiveWordsFilter implements ISensitiveWordsFilter {
    @Override
    public String filter(String text) {
        return filterObsceneWords(filterPoliticalWords(text));
    }
}

客户端调用：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 可以使用环境变量或配置文件来优化 ISensitiveWordsFilter 实例的获取
        ISensitiveWordsFilter sensitiveWordsFilter = new ASensitiveWordsAdapter();
        System.out.println(sensitiveWordsFilter.filter(""));
    }
}

完整的 UML 类图如下所示：

2.1.2 对象适配器

编写A系统的适配器 —— ASensitiveWordsAdapter：

public class ASensitiveWordsAdapter implements ISensitiveWordsFilter {
    private final ASensitiveWordsFilter sensitiveWordsFilter;

    public ASensitiveWordsAdapter(ASensitiveWordsFilter sensitiveWordsFilter) {
        this.sensitiveWordsFilter = sensitiveWordsFilter;
    }

    @Override
    public String filter(String text) {
        return sensitiveWordsFilter.filterObsceneWords(sensitiveWordsFilter.filterPoliticalWords(text));
    }
}

客户端调用：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 可以使用环境变量或配置文件来优化 ISensitiveWordsFilter 实例的获取
        ISensitiveWordsFilter sensitiveWordsFilter = new ASensitiveWordsAdapter(
                new ASensitiveWordsFilter()
        );
        System.out.println(sensitiveWordsFilter.filter(""));
    }
}

完整的UML类图如下所示：

2.2 扩展：缺省适配器

案例介绍：某公司正在开发一款软件，软件在使用过程会经常播放动画。该软件的开发人员定义了 AnimationListener 用于定义软件在播放动画的过程中会遇到的各种多种动画状态事件，例如 onAnimationStart()（动画开始）、onAnimationEnd()（动画结束）、 onFrameUpdate(float progress)（每一帧更新时，传入播放进度）等。现在需要为不同的动画效果添加监听：

• 一个淡入淡出的 FadeEffect 只关心 onAnimationStart()（初始化透明度）和 onAnimationEnd()（确保最终透明度）
• 一个进度条动画 ProgressBar 必须监听 onFrameUpdate()（根据进度更新条的长度）

为了便于开发人员使用，请使用缺省适配器模式进行代码设计。

编写 AnimationListener，代码如下：

public interface AnimationListener {
    void onAnimationStart();

    void onAnimationEnd();

    void onAnimationUpdate();
}

编写 AnimationAdapter，实现AnimationListener中声明的方法，代码如下：

public abstract class AnimationAdapter implements AnimationListener{
    @Override
    public void onAnimationStart() {

    }

    @Override
    public void onAnimationEnd() {

    }

    @Override
    public void onAnimationUpdate() {

    }
}

以淡入淡出动画为例，继承AnimationAdapter，编写动画：

public class FadeEffectAnimation extends AnimationAdapter {
    @Override
    public void onAnimationStart() {
        System.out.println("淡入淡出动画: 开始");
    }

    @Override
    public void onAnimationEnd() {
        System.out.println("淡入淡出动画: 结束");
    }
}

客户端调用：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 播放动画，假设动画总计 10 帧
        AnimationListener animationListener = new FadeEffectAnimation();
        animationListener.onAnimationStart();
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            animationListener.onAnimationUpdate();
        }
        animationListener.onAnimationEnd();
    }
}

完整的 UML 类图如下所示：

2.3 扩展：双向适配器

暂时没有找到的合适案例，后面遇到了再编写。

如果各位大佬有比较合适的案例，请在评论区留言或者私信我，十分感谢。

2.4 扩展：参数化适配器

案例与2.1相同，参数适配器的目的是将适配逻辑由Adapter内部转交给了客户端，从而减少子类化。
编写 SensitiveWordsAdapter

import java.util.function.Function;

public class SensitiveWordsAdapter<T> implements ISensitiveWordsFilter{
    private final T t;
    private Function<T, Function<String, String>> filterDelegateGenerator;

    public SensitiveWordsAdapter(T t) {
        this.t = t;
    }

    public void setFilterDelegate(Function<T, Function<String, String>> filterDelegateGenerator) {
        this.filterDelegateGenerator = filterDelegateGenerator;
    }

    @Override
    public String filter(String text) {
        return filterDelegateGenerator.apply(t).apply(text);
    }
}

客户端调用：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SensitiveWordsAdapter<ASensitiveWordsFilter> sensitiveWordsAdapter = new SensitiveWordsAdapter<ASensitiveWordsFilter>(
                new ASensitiveWordsFilter()
        );
        sensitiveWordsAdapter.setFilterDelegate(aSensitiveWordsFilter -> {
            return text -> {
                return aSensitiveWordsFilter.filterObsceneWords(aSensitiveWordsFilter.filterPoliticalWords(text));
            };
        });
        System.out.println(sensitiveWordsAdapter.filter(""));
    }
}

完整的 UML 类图如下所示：

3. 参考资料

学习视频：

1. 设计模式快速入门 —— 图灵星球TuringPlanet —— 适配器模式
2. Java设计模式详解 —— 黑马程序员 —— 适配器模式（P63 ~ P69）
3. Java设计模式 —— 尚硅谷 —— 适配器模式（P60 ~ P65）

学习读物：

1. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》—— Erich Gamma 著 —— 李英军 译 —— 第 4.1 节（P106）
2. 《Java 设计模式》 —— 刘伟 著 —— 第 9 章（P118）
3. 《设计模式之美》—— 王争 著 —— 第 6.5 节（P219）
4. 《设计模式之禅》 —— 第 2 版 —— 秦小波 著 —— 第 19 章（P215）
5. 《图解设计模式》—— 结城浩 著 —— 杨文轩 译 —— 第 2 章（P14）

电子文献：

1. 设计模式教程 —— 菜鸟教程 —— 适配器模式
2. 99+ 种软件模式 —— long2ge —— 适配器模式