适配器模式详解：解决接口不兼容问题的灵活设计模式

Nita.2025-01-19 19:16

适配器模式

目录

  • [1 概述](#1 概述)
  • [2 主要角色](#2 主要角色)
  • [3 适配器模式的两种实现方式](#3 适配器模式的两种实现方式)
  • [4 适用场景](#4 适用场景)
  • [5 适配器模式的优缺点](#5 适配器模式的优缺点)
    • [5.1 优点](#5.1 优点)
    • [5.2 缺点](#5.2 缺点)
  • [6 .NET 中的适配器模式案例](#6 .NET 中的适配器模式案例)
    • DataAdapter：
    • [HttpClient 和 HttpMessageHandler：](#HttpClient 和 HttpMessageHandler：)
  • [7 适配器模式与其它模式的区别](#7 适配器模式与其它模式的区别)
  • [8 总结](#8 总结)
  • [9 参考](#9 参考)

1 概述

💡在软件开发中，基本上任何问题都可以通过增加一个中间层来解决。适配器模式其实就是一个中间层。综上，适配器模式起着转化/委托的作用，将一种接口转化为另一种符合需求的接口。^1^

  1. 适配器模式是一种结构型设计模式。结构型设计模式 关注如何组合类和对象以形成更大的结构，旨在简化设计并提高系统的灵活性和可复用性。它分为类结构型模式 （通过继承）和对象结构型模式（通过组合或聚合）。
  2. 适配器模式可以将一个类的接口和另一个类的接口匹配起来，从而使原本因接口不匹配的类可以协同工作，并且无须修改原来的适配者接口和抽象目标类接口。
  3. 在需要集成旧代码、统一接口或处理不同数据源时。通过适配器模式，可以实现代码的复用、解耦和灵活性。在实际开发中，合理使用适配器模式可以显著提高代码的可维护性和扩展性。

2 主要角色

  1. 目标接口（Target）
    • 这是客户端所期待的接口，定义了客户端需要的操作。
  2. 适配器（Adapter）
    • 适配器的主要职责是将现有类的接口转换为目标接口所期望的格式。
    • 适配器充当了目标接口和现有类之间的转换器。它实现了目标接口，并在内部使用现有类的实例来完成实际的操作。
  3. 现有类（Adaptee）
    • 现有类是需要被适配的类，它已经存在并且具有某些有用的功能，但其接口与客户端所期望的目标接口不兼容。

implements uses <<interface>> Target目标 +request() Adapter适配器 -adaptee: Adaptee +request() Adaptee适配者 +specificRequest()

3 适配器模式的两种实现方式

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模式和 类适配器模式两种。

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。

在对象适配器模式中，适配器与适配者之间是关联关系；

在实际开发中，对象适配器模式的使用频率更高。

3.1 类适配器

  • 实现：通过继承现有类（Adaptee）并实现目标接口（Target）来实现适配。适配器与适配者之间是继承（或实现）关系。
  • 优点：可以重写现有类的方法来改变其行为，
  • 缺点：由于继承关系，适配器类会继承现有类的所有方法，可能会导致类的膨胀。并且很多语言并不支持多继承，一个类只能继承一个父类，也就只能适配一个Adaptee。
  • 限制：这种方式在某些编程语言中可能会受到多重继承的限制。

3.1.1 示例

  • Target

    c# 复制代码 
    // 目标接口
public interface IMediaPlayer
{
    void Play(string audioType, string fileName);
}

  • Adaptee

    c# 复制代码 
    // 现有类
public class AdvancedMediaPlayer
{
    public void PlayVlc(string fileName)
    {
        // 播放VLC文件的逻辑
    }

    public void PlayMp4(string fileName)
    {
        // 播放MP4文件的逻辑
    }
}

  • Adapter

    c# 复制代码 
    // 类适配器
public class MediaAdapter : AdvancedMediaPlayer, IMediaPlayer
{
    private string audioType;

    public MediaAdapter(string audioType)
    {
        this.audioType = audioType;
    }

    public void Play(string audioType, string fileName)
    {
        if (audioType.Equals("vlc", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
        {
            PlayVlc(fileName);
        }
        else if (audioType.Equals("mp4", StringComparison.OrdinalIgnoreCase))
        {
            PlayMp4(fileName);
        }
    }
}

  • Client

    c# 复制代码 
     var vlcmediaPlayer = new MediaAdapter("vlc");
 vlcmediaPlayer.Play("SampleVideo.vlc");

 var mp4MediaPlayer = new MediaAdapter("mp4");
 mp4MediaPlayer.Play("SampleVideo.mp4");

3.1.2 Mermaid图

inheritance implements <<Interface>> IMediaPlayer +void Play(string audioType, string fileName) AdvancedMediaPlayer +void PlayVlc(string fileName) +void PlayMp4(string fileName) MediaAdapter -string audioType +MediaAdapter(string audioType) +void Play(string audioType, string fileName)

3.2 对象适配器

  • 实现：通过在适配器类内部持有一个现有类（Adaptee）的实例，并实现目标接口（Target）来实现适配。适配器和现有类是关联关系。
  • 优点：更加灵活，因为它不依赖于继承，可以适配多个不同的现有类；可以很容易地更换现有类的实现；
  • 缺点：无法重写现有类的方法

3.2.1 示例

  • Target

    c# 复制代码 
    // 目标接口
public interface ITarget
{
    void Request();
}

  • Adaptee

    c# 复制代码 
    // 现有类
public class Adaptee
{
    public void SpecificRequest()
    {
        Console.WriteLine("Adaptee.SpecificRequest()");
    }
}

  • Adapter

    c# 复制代码 
    // 对象适配器
public class Adapter : ITarget
{
    private Adaptee adaptee;

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

    public void Request()
    {
        adaptee.SpecificRequest();
    }
}

  • Client

    c# 复制代码 
    var adaptee = new Adaptee();
var objectAdapter = new Adapter(adaptee);
objectAdapter.Request();

3.2.2 MerMaid类图

implements association <<Interface>> ITarget +void Request() Adaptee +void SpecificRequest() Adapter -Adaptee adaptee +Adapter(Adaptee adaptee) +void Request()

3.3 双向适配器模式

  • 目标：双向适配器模式允许两个不兼容的接口相互适配，使得它们可以互相调用对方的方法。
  • 实现：在适配器类中，同时包含对目标类和适配者类的引用，适配者可以通过它调用目标类中的方法，目标类也可以通过它调用适配者类中的方法。
  • 优点：可以实现两个系统的双向兼容
  • 缺点：适配器类的实现可能会比较复杂，需要同时处理两个接口的适配逻辑。
  • 场景：适用于需要双向交互的场景，例如在两个不同的系统或模块之间进行数据交换和通信时，可以让它们无缝地协同工作。

3.3.1 示例

假设有一个智能窗帘和一个智能温控器，

智能窗帘可以通过调用OpenCurtain和CloseCurtain方法来控制开合，

智能温控器可以通过调用IncreaseTemperature和DecreaseTemperature方法来调节温度。

现希望智能窗帘能够根据温度自动开合，同时智能温控器也能根据窗帘的状态调整温度，以实现更智能的家居环境控制。

  • Adaptee

    接口实现
    c# 复制代码 
    // 智能窗帘接口
public interface ISmartCurtain
{
    void OpenCurtain();
    void CloseCurtain();
}

// 智能温控器接口
public interface ISmartThermostat
{
    void IncreaseTemperature();
    void DecreaseTemperature();
}
    具体实现
    c# 复制代码 
    // 智能窗帘实现类
public class SmartCurtain : ISmartCurtain
{
    public void OpenCurtain()
    {
        Console.WriteLine("智能窗帘打开");
    }

    public void CloseCurtain()
    {
        Console.WriteLine("智能窗帘关闭");
    }
}

// 智能温控器实现类
public class SmartThermostat : ISmartThermostat
{
    public void IncreaseTemperature()
    {
        Console.WriteLine("智能温控器升温");
    }

    public void DecreaseTemperature()
    {
        Console.WriteLine("智能温控器降温");
    }
}

  • Adapter

    c# 复制代码 
    public class SmartHomeAdapter : ISmartCurtain, ISmartThermostat
{
    private ISmartCurtain smartCurtain;
    private ISmartThermostat smartThermostat;

    public ISmartCurtain SmartCurtain { set => smartCurtain = value; }
    public ISmartThermostat SmartThermostat { set => smartThermostat = value; }

    public void OpenCurtain()
    {
        Console.Write("根据温度自动 ");
        smartCurtain.OpenCurtain();
        smartThermostat.DecreaseTemperature(); // 窗帘打开时，适当降温
    }

    public void CloseCurtain()
    {
        Console.Write("根据温度自动 ");
        smartCurtain.CloseCurtain();
        smartThermostat.IncreaseTemperature(); // 窗帘关闭时，适当升温
    }

    public void IncreaseTemperature()
    {
        Console.Write("根据窗帘状态自动 ");
        smartThermostat.IncreaseTemperature();
        smartCurtain.CloseCurtain(); // 升温时，关闭窗帘以保持温度
    }

    public void DecreaseTemperature()
    {
        Console.Write("根据窗帘状态自动 ");
        smartThermostat.DecreaseTemperature();
        smartCurtain.OpenCurtain(); // 降温时，打开窗帘以促进空气流通
    }
}

  • Client

    c# 复制代码 
    public class Program
{
    public static void Main()
    {
        ISmartCurtain smartCurtain = new SmartCurtain();
        ISmartThermostat smartThermostat = new SmartThermostat();
        SmartHomeAdapter adapter = new SmartHomeAdapter();
        adapter.SmartCurtain = smartCurtain;
        adapter.SmartThermostat = smartThermostat;

        // 根据温度自动控制窗帘和温控器
        ISmartCurtain curtainAdapter = adapter;
        curtainAdapter.OpenCurtain(); // 根据温度自动打开窗帘并适当降温
        curtainAdapter.CloseCurtain(); // 根据温度自动关闭窗帘并适当升温

        // 根据窗帘状态自动调整温度
        ISmartThermostat thermostatAdapter = adapter;
        thermostatAdapter.IncreaseTemperature(); // 根据窗帘状态自动升温并关闭窗帘
        thermostatAdapter.DecreaseTemperature(); // 根据窗帘状态自动降温并打开窗帘
    }
}

3.3.2 MerMaid 类图

SmartCurtain 1 SmartThermostat 1 <<Interface>> ISmartCurtain +OpenCurtain() +CloseCurtain() <<Interface>> ISmartThermostat +IncreaseTemperature() +DecreaseTemperature() SmartCurtain +OpenCurtain() +CloseCurtain() SmartThermostat +IncreaseTemperature() +DecreaseTemperature() SmartHomeAdapter +OpenCurtain() +CloseCurtain() +IncreaseTemperature() +DecreaseTemperature()

3.4 缺省适配器模式

  • 目标：适用于接口中有多个方法，但客户端只需要使用其中部分方法的情况。
  • 实现：通过创建一个抽象类来实现接口，并为接口中的每个方法提供一个默认的空实现，具体子类只需重写需要使用的方法，而不需要实现接口中的所有方法。
  • 这种模式适用于接口中有多个方法，但大多数方法在某些情况下不需要实现的场景。它可以简化适配器类的实现，避免了实现大量空方法的繁琐。
  • 优点：可以减少代码冗余，提高开发效率
  • 缺点：可能会隐藏一些需要实现的方法，导致子类开发者忘记实现某些重要的方法。

3.4.1 示例

  • Target

    c# 复制代码 
    // 目标接口
public interface IDevice
{
    void PowerOn();
    void PowerOff();
    void Reset();
    void Upgrade();
}

  • Adapter

    c# 复制代码 
    // 缺省适配器
public abstract class DefaultDeviceAdapter : IDevice
{
    public virtual void PowerOn()
    {
        // 默认空实现
    }

    public virtual void PowerOff()
    {
        // 默认空实现
    }

    public virtual void Reset()
    {
        // 默认空实现
    }

    public virtual void Upgrade()
    {
        // 默认空实现
    }
}

// 具体适配器类
public class ConcreteDeviceAdapter : DefaultDeviceAdapter
{
    public override void PowerOn()
    {
        Console.WriteLine("设备开机");
    }

    public override void PowerOff()
    {
        Console.WriteLine("设备关机");
    }
}

  • Client

    c# 复制代码 
    IDevice device = new ConcreteDeviceAdapter();
device.PowerOn();  // 输出：设备开机
device.PowerOff();  // 输出：设备关机

3.4.2 Mermaid类图

implements inheritance <<interface>> IDevice +void PowerOn() +void PowerOff() +void Reset() +void Upgrade() <<abstract>> DefaultDeviceAdapter +virtual void PowerOn() +virtual void PowerOff() +virtual void Reset() +virtual void Upgrade() ConcreteDeviceAdapter +override void PowerOn() +override void PowerOff()

4 适用场景

适配器模式主要用于解决接口不兼容的问题，使得原本无法协同工作的类或系统能够顺利交互。以下是适配器模式适用的主要场景：

  1. 兼容性问题导向
    • 接口不匹配是核心痛点：无论是第三方库、旧代码、外部系统，还是不同硬件设备等，场景中都存在接口不一致的问题。
    • 涉及不同系统或组件的交互：场景都围绕着不同系统、组件或模块之间的协同工作。
  2. 复用与保留需求
    • 对已有资源的复用：在复用旧代码、逐步重构系统等场景中，强调对已有代码或模块的再利用。
    • 保留旧接口兼容性：在接口升级场景中，需要考虑到旧版本客户端的兼容性。适配器可以作为中间层，将新接口的特性适配到旧接口上，确保旧客户端仍能正常调用服务。
  3. 统一与转换功能
    • 统一接口标准：多个类的接口统一、跨平台开发中API接口统一等场景，目的是将分散的、不一致的接口整合为一个统一的标准。这样可以简化系统的调用逻辑，提高代码的可维护性和可扩展性。
    • 数据格式转换：支持多种数据格式的场景中，适配器承担着数据格式转换的任务。

具体场景示例

  1. 集成第三方库或组件：适配器模式用于解决系统与第三方库接口不兼容的问题，如支付网关接口转换。

  2. 复用旧代码：适配器模式允许在不修改旧代码的情况下，将其接口适配到新系统需求，如旧日志记录类适配新接口。

  3. 统一多个类的接口：适配器模式可将多个功能相似但接口不一致的类统一为一致接口，如多种数据库操作接口统一。

  4. 与外部系统交互：适配器模式用于与接口不兼容的外部系统交互，如物联网应用中不同硬件设备协议的转换。

  5. 测试驱动开发（TDD）：适配器模式可模拟不兼容的依赖项行为，如测试中模拟外部服务的行为。

    例如 OrderProcessor，它依赖于一个外部服务 PaymentService 来处理支付。

    PaymentService 是一个第三方服务，它的接口可能比较复杂，或者它的调用可能会产生副作用（如真实的支付操作）。

    在测试 OrderProcessor 时，并不希望真正调用 PaymentService，此时就可以使用适配器模式，写一个Mock测试实现IPaymentService，模拟支持成功的行为，，以便专注于测试 OrderProcessor 的逻辑。

  6. 支持多种数据格式：适配器模式可将不同数据格式转换为统一接口，如从JSON、XML、数据库等数据源读取数据。

  7. 逐步重构系统：适配器模式用于新旧模块接口不一致时的协同工作，如单体应用拆分为微服务时的接口适配。

  8. 跨平台开发：适配器模式用于统一不同平台的API接口，如跨平台文件操作工具的开发。

  9. 硬件抽象：适配器模式用于统一多种硬件设备的接口，如支持多种品牌打印机的驱动系统。

  10. 接口升级：适配器模式用于在接口升级时保留旧接口的兼容性，如API升级时适配旧版本客户端。

5 适配器模式的优缺点

5.1 优点

  1. 提高类的复用性
    • 现有类可以被复用，而不需要修改其源代码。适配器模式通过创建一个新的适配器类来适配现有类，使得现有类可以在不同的系统或模块中被复用。
  2. 降低类之间的耦合度
    • 客户端与现有类之间的耦合度降低。客户端只需要与适配器的目标接口交互，而不需要直接与现有类的接口打交道。这样，即使现有类的实现发生变化，只要适配器的目标接口保持不变，客户端就不需要修改。
  3. 增加系统的灵活性和扩展性
    • 系统可以更容易地添加新的适配器来适配新的现有类，而不需要修改客户端代码。例如，原本只支持手机号登录，现需要支持微信、邮箱、GitHub等多种登录方式，虽然登录形式丰富，但是登录后的处理逻辑可以不必改，只需要引用适配器模式，使其兼容并支持多种登录模式。

5.2 缺点

  1. 增加系统的复杂性
    • 适配器模式会增加系统的类的数量。每个适配器都是一个单独的类，这可能会使系统的结构变得复杂。
  2. 可能会导致性能问题
    • 适配器模式可能会引入额外的性能开销。因为适配器需要在客户端和现有类之间进行转换，这可能会导致一些额外的函数调用和数据转换操作。例如，在一个性能敏感的实时系统中，适配器的转换操作可能会对系统的性能产生影响。如果适配器的实现不够高效，可能会导致系统的响应时间变长，从而影响用户体验。

6 .NET 中的适配器模式案例

6.1 DataAdapter：

  • 在 ADO.NET 中，DataAdapter（如 SqlDataAdapter、OleDbDataAdapter）是一个典型的适配器模式应用。
  • 它将不同数据库（如 SQL Server、Oracle、Access）的操作接口适配到统一的 DataSet 接口。
c# 复制代码 
public void DataAdapterDemoMethod()
{
    string connectionString = "connection_string";
    string query = "SELECT * FROM Customers";

    using (SqlConnection connection = new SqlConnection(connectionString))
    {
        SqlDataAdapter adapter = new SqlDataAdapter(query, connection);
        DataSet dataSet = new DataSet();

        // 填充 DataSet
        adapter.Fill(dataSet, "Customers");

        // 访问 DataSet 中的数据
        foreach (DataRow row in dataSet.Tables["Customers"].Rows)
        {
            Console.WriteLine(row["CustomerName"]);
        }
    }
}

6.2 HttpClient 和HttpMessageHandler：

  • 在 .NET 的 HTTP 客户端库中，HttpClient 使用 HttpMessageHandler 来处理 HTTP 请求。
  • 你可以通过适配器模式自定义 HttpMessageHandler，以适配不同的 HTTP 请求处理逻辑。
c# 复制代码 
using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class CustomHandler : DelegatingHandler
{
    protected override async Task<HttpResponseMessage> SendAsync(HttpRequestMessage request, CancellationToken cancellationToken)
    {
        // 在发送请求之前可以添加自定义逻辑
        Console.WriteLine("Request sent to: " + request.RequestUri);

        // 继续处理请求
        HttpResponseMessage response = await base.SendAsync(request, cancellationToken);

        // 在收到响应之后可以添加自定义逻辑
        Console.WriteLine("Response received with status code: " + response.StatusCode);

        return response;
    }
}

class Program
{
    static async Task Main()
    {
        HttpClient client = new HttpClient(new CustomHandler());

        HttpResponseMessage response = await client.GetAsync("https://jsonplaceholder.typicode.com/posts/1");

        if (response.IsSuccessStatusCode)
        {
            string content = await response.Content.ReadAsStringAsync();
            Console.WriteLine(content);
        }
    }
}

7 适配器模式与其它模式的区别

这一部分等更新了其他设计模式的内容，再进行更新。

8 总结

适配器模式的核心思想是将一个接口转换为另一个接口，使得原本不兼容的接口能够协同工作。它的主要优点是：

  • 解耦: 将客户端代码与具体实现解耦。
  • 复用: 可以复用现有的类或组件，而无需修改其代码。
  • 灵活性: 可以轻松支持新的接口或实现。

适配器模式也不应滥用。如果接口本身设计合理，或者可以通过重构直接统一接口，那么就不需要使用适配器模式。

9 参考

  1. 《设计模式的艺术》------刘伟
  1. 《设计模式就该这样学： 基于经典框架源码和真实业务场景》------谭勇德 ↩︎
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