【JAVA设计模式】适配器模式——类适配器模式详解与案例分析

news2024/9/27 9:19:27

前言

在软件设计中，适配器模式（Adapter Pattern）是一种结构型设计模式，旨在使不兼容的接口能够协同工作。它通过引入一个适配器类，帮助两个接口之间进行适配，使得它们能够互相操作。本文将详细介绍适配器模式的定义、使用场景、实现方式、接口适配器以及其优缺点。

一、适配器模式的定义

适配器模式通过引入一个适配器类，将一个类的接口转换成客户端所期望的另一种接口。适配器模式的核心在于“适配”，它允许原本由于接口不兼容而无法一起工作的类能够协同工作。

主要角色

目标接口（Target）：目标接口是客户端所期望的接口，定义了客户端需要的方法。客户端代码依赖于目标接口而不是具体的实现类，这样可以使系统更加灵活和可扩展。
适配者类（Adaptee）：源接口是现有的接口，它的接口与目标接口不一致。源接口包含了客户端需要的实际功能，但其接口形式无法直接被客户端使用。
适配器类（Adapter）：适配器实现目标接口，并持有源接口的实例（对象适配器）或继承源接口（类适配器）。适配器通过在实现目标接口的方法中调用源接口的方法，将源接口的方法转换成目标接口的方法。

三者之间的关系

客户端依赖目标接口进行编程。
适配器实现了目标接口，并通过组合或继承的方式调用源接口的方法。
适配器将源接口的方法适配成目标接口的方法，从而使得客户端可以无缝地使用源接口的功能。

二、适配器模式的使用场景

适配器模式适用于以下情况：

系统需要使用现有的类，但接口不符合要求：如果你有一个类，它的接口与系统的需求不匹配，可以通过适配器模式进行转换。
需要使用多个现有的类，但接口不一致：如果系统中需要整合多个不兼容的接口，可以通过适配器模式使其兼容。
系统中使用第三方库或框架：当你引入第三方库或框架时，可能会遇到接口不一致的情况，适配器模式可以帮助解决这些问题。

三、适配器模式的实现方式

适配器模式有三种主要的实现方式：类适配器，对象适配器和接口适配器

本文讲解的是类适配器

类适配器

特点

使用继承：类适配器通过继承源类来实现适配功能。
单一适配：由于 Java 中不支持多重继承，类适配器只能适配一个源类。

优缺点

优点

简单实现：
- 由于类适配器通过继承实现，它可以直接访问被适配类（Adaptee）的所有方法。这使得实现适配器时相对简单，不需要额外的委托逻辑。
提高代码的可复用性：
- 适配器模式通过继承实现，使得子类能够继承父类的所有功能，从而提高了代码的复用性。
可以重定义被适配类的一些行为：
- 通过继承，可以在适配器类中重定义被适配类的一些方法，实现更加灵活的适配。

缺点

受限于单继承：
- 类适配器模式在Java等单继承语言中有一个显著的缺点，即一个类只能继承一个父类。这意味着如果适配器类已经有一个父类，就不能再使用类适配器模式来继承另一个类。
高耦合：
- 适配器类和被适配类之间的耦合度较高，因为适配器类直接继承了被适配类的实现。如果被适配类发生变化，适配器类可能也需要进行相应的修改。
不符合“组合优于继承”原则：
- 面向对象设计中，组合优于继承的原则提倡使用组合来代替继承，以降低类之间的耦合度。类适配器模式违背了这一原则，因为它是通过继承来实现适配的。

【例】读卡器

现有一台电脑只能读取SD卡，而要读取TE卡中的内容的话就需要使用到适配器模式。创建一个读卡器，将IE卡中的内容读取出来。

类图如下：

其中：

为适配者类

定义了一个接口 TFCard 接口，有两个方法（读取数据，写数据）。子实现类TFCardImpl重写了接口的两个方法

这一部分为目标接口，主要是SDCard（包含两个方法：读数据，写数据），子实现类为SDcardImpl

Computer只能使用SD卡，所以方法名为readSD()，需要SDcard类型的对象，返回字符串

当我们想用Computer去读取TF卡中的内容，不能直接读取，需要定义适配器类：

我们要让这个适配器类实现目标接口，就要重写SDCard中的两个方法，同时我们要让它去继承TFCardImpl

实现之后这两个方法看似是从SD卡中读数据写数据，但是实际上用的是TF卡中的功能

代码实现：

//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        //读取SD卡中的数据
        String msg = computer.readSD(new SDCardImpl());
        System.out.println(msg);

        System.out.println("==============================");

        //使用该电脑读取TF卡中的数据
        //定义适配器类
        String msg1 = computer.readSD(new SDAdapterTF());
        System.out.println(msg1);
    }
}

//计算机类
public class Computer {

    //从SD卡中读取数据
    public String readSD(SDCard sdCard) {
        if (sdCard == null) {
            throw new NullPointerException("sd card is null");
        }
        return sdCard.readSD();
    }
}

//适配器类
public class SDAdapterTF extends TFCardImpl implements SDCard {

    @Override
    public String readSD() {
        System.out.println("adapter read tf card");
        return readTF();
    }

    @Override
    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("adapter wrete tf card");
        writeTF(msg);
    }
}

public interface SDCard {

    //从SD卡中读取数据
    String readSD();
    //往SD卡中写数据
    void writeSD(String msg);
}

//具体的SD卡
public class SDCardImpl implements SDCard{
    @Override
    public String readSD() {
        String msg = "SDCard read msg : SD";
        return msg;
    }

    @Override
    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("SDCard write msg : " + msg);
    }
}

//适配者类的接口
public interface TFCard {

    //从TF卡中读取数据
    String readTF();

    //往TF卡中写数据
    void writeTF(String msg);

}

//适配者类
public class TFCardImpl implements TFCard{

    @Override
    public String readTF() {
        String msg = "TFCard read msg : TF";
        return msg;
    }

    @Override
    public void writeTF(String msg) {
        System.out.println("TFCard write msg : " + msg);
    }
}