概述

设计模式是针对软件开发中经常遇到的一些设计问题，总结出来的一套解决方案或者设计思路。

大部分设计模式要解决的都是代码的可扩展性问题。

对于灵活多变的业务，需要用到设计模式，提升扩展性和可维护性，让代码能适应更多的变化;

设计模式的核心就是，封装变化，隔离可变性

设计模式解决的问题:

创建型设计模式主要解决"对象的创建"问题，创建和使用代码解耦;
结构型设计模式主要解决"类或对象的组合或组装"问题，将不同功能代码解耦;
行为型设计模式主要解决的就是"类或对象之间的交互"问题。将不同的行为代码解耦，具体到观察者模式，它是将观察者和被观察者代码解耦。

设计模式关注重点: 了解它们都能解决哪些问题，掌握典型的应用场景，并且懂得不过度应用。

经典的设计模式有 23 种。随着编程语言的演进，一些设计模式（比如 Singleton）也随之过时，甚至成了反模式，一些则被内置在编程语言中（比如 Iterator），另外还有一些新的模式诞生（比如 Monostate）。

创建型模式主要解决类或对象的组合或组装问题，是从程序的结构上实现松耦合，从而可以扩大整体的类结构，用来解决更大的问题。

结构型设计模式是一组用于解决对象和类之间的组织关系、复杂性和交互问题的设计模式。它们主要关注如何通过类和对象的组合来形成更大的结构，并提供了灵活的方式来实现系统的组件之间的通信和协作。结构型设计模式主要解决以下问题：

对象之间的接口和实现分离：结构型设计模式可以帮助将抽象与实现分离，使得对象之间的接口更加清晰和可扩展。例如，适配器模式可以将不兼容的接口转换为统一的接口，使得不同类之间的交互更加简单。
类之间的关系管理：结构型设计模式提供了一种有效的方式来管理类之间的关系，以确保系统的灵活性和可维护性。例如，装饰器模式允许在运行时动态地为对象添加功能，而不必修改原始类的结构。
对象的组合和组件化：结构型设计模式通过对象的组合和组件化，能够更好地处理系统中的复杂性。例如，组合模式允许将对象组织成树状结构，形成部分-整体的层次结构，以便更容易地处理对象集合。
对象的访问和控制：结构型设计模式提供了一些机制来控制对象的访问和可见性，以及限制对象之间的依赖关系。例如，外观模式可以封装一组复杂子系统的接口，提供简化的接口给客户端使用。
类和对象的灵活性：结构型设计模式通过将类和对象组合起来，提供了更大的灵活性和可扩展性。例如，桥接模式可以将抽象与实现解耦，使得它们可以独立地变化和演化。

结构型设计模式主要关注对象和类之间的组织关系、复杂性和交互问题。它们通过提供灵活的方式来管理对象之间的接口、关系和行为，帮助我们构建更健壮、灵活和可扩展的软件系统。

代理模式：为真实对象提供一个代理，从而控制对真实对象的访问。
适配模式：使原本由于接口不兼容不能一起工作的类可以一起工作。
桥接模式：处理多层继承结构，处理多维度变化的场景，将各个维度设计成独立的继承结构，使各个维度可以独立的扩展在抽象层建立关联。
组合模式：将对象组合成树状结构以表示"部分和整体"层次结构，使得客户可以统一的调用叶子对象和容器对象。
装饰模式：动态地给一个对象添加额外的功能，比继承灵活。
外观模式：为子系统提供统一的调用接口，使得子系统更加容易使用。
享元模式：运用共享技术有效的实现管理大量细粒度对象，节省内存，提高效率。

结构型

常用的有：代理模式、桥接模式、装饰者模式、适配器模式。

不常用的有：门面模式、组合模式、享元模式。

代理模式是解耦功能和非功能代码的类组合，代理类和被代理类实现或继承共同的父类；

桥接模式是从不同的纬度独立发展有各自不同的父类抽象，他们可以相互组合实现复杂关系的实现；

装饰器是对功能的增强，装饰器类和原始类有这共同的父类；

实际上，符合"组合关系"这种代码结构的设计模式有很多，比如之前讲过的代理模式、桥接模式，还有现在的装饰器模式。尽管它们的代码结构很相似，但是每种设计模式的意图是不同的。就拿比较相似的代理模式和装饰器模式来说吧，代理模式中，代理类附加的是跟原始类无关的功能，而在装饰器模式中，装饰器类附加的是跟原始类相关的增强功能。

代理、桥接、装饰器、适配器 4 种设计模式的区别：

代理、桥接、装饰器、适配器，这 4 种模式是比较常用的结构型设计模式。它们的代码结构非常相似。笼统来说，它们都可以称为 Wrapper 模式，也就是通过 Wrapper 类二次封装原始类。

尽管代码结构相似，但这 4 种设计模式的用意完全不同，也就是说要解决的问题、应用场景不同，这也是它们的主要区别。这里我就简单说一下它们之间的区别。

代理模式：

代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同。
桥接模式：

桥接模式的目的是将接口部分和实现部分分离，从而让它们可以较为容易、也相对独立地加以改变。
装饰器模式：

装饰者模式在不改变原始类接口的情况下，对原始类功能进行增强，并且支持多个装饰器的嵌套使用。
适配器模式：

适配器模式是一种事后的补救策略。适配器提供跟原始类不同的接口，而代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口。

适配器是做接口转换，解决的是原接口和目标接口不匹配的问题。

门面模式做接口整合，解决的是多接口调用带来的问题。

结构型设计模式核心就是代码的组合来达到最大的扩展，不同模式根据解决问题不同，实现方式不同叫不同名字，归根结底都是在一个类中注入另一个类进行组合

代理模式。它在不改变原始类（或者叫被代理类）代码的情况下，通过引入代理类来给原始类附加功能。代理模式在平时的开发经常被用到，常用在业务系统中开发一些非功能性需求，比如：监控、统计、鉴权、限流、事务、幂等、日志。

桥接模式有两种理解方式。第一种理解方式是"将抽象和实现解耦，让它们能独立开发"。这种理解方式比较特别，应用场景也不多。另一种理解方式更加简单，类似"组合优于继承"设计原则，这种理解方式更加通用，应用场景比较多。不管是哪种理解方式，它们的代码结构都是相同的，都是一种类之间的组合关系。

适配器模式：

定义：

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。

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。

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；

两种实现方式：

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所示。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。

java 复制代码

// 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
}

// 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();
  }
}

针对这两种实现方式，在实际的开发中，到底该如何选择使用哪一种呢？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，那我们推荐使用类适配器，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。
如果 Adaptee 接口很多，而且 Adaptee 和 ITarget 接口定义大部分都不相同，那我们推荐使用对象适配器，因为组合结构相对于继承更加灵活。

适用场景：

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。

java 复制代码

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 interface 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. 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。

java 复制代码

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
  public String filter(String text) {
    //...
  }
}

public class CSensitiveWordsFilter { // C敏感词过滤系统提供的接口
  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;
  }
}

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。

java 复制代码

// 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()));

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。

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。为了避免这种情况的发生，我们必须把项目中所有使用到 Enumeration 的地方，都修改为使用 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 的升级，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 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：

java 复制代码

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():
      }
    }
  }
}

5. 适配不同格式的数据

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。

java 复制代码

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

剖析适配器模式在 Java 日志中的应用

Java 中有很多日志框架，在项目开发中，我们常常用它们来打印日志信息。其中，比较常用的有 log4j、logback，以及 JDK 提供的 JUL(java.util.logging) 和 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（debug、info、warn、erro......）打印日志等，但它们却并没有实现统一的接口。这主要可能是历史的原因，它不像 JDBC 那样，一开始就制定了数据库操作的接口规范。

比如，项目中用到的某个组件使用 log4j 来打印日志，而我们项目本身使用的是 logback。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。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。

不仅如此，Slf4j 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 Slf4j 接口规范。Slf4j 也事先考虑到了这个问题，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 Slf4j 接口定义。具体的代码示例如下所示：

java 复制代码

// 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 JCL 切换为了 log4j。

结构型设计模式之适配器模式

概述

适配器模式：

定义：

两种实现方式：

适用场景：

1. 封装有缺陷的接口设计

2. 统一多个类的接口设计

3. 替换依赖的外部系统

4. 兼容老版本接口

5. 适配不同格式的数据

剖析适配器模式在 Java 日志中的应用