Java 设计模式之适配器模式

模式动机

在软件开发中采用类似于电源适配器的设计和编码技巧被称为适配器模式。

通常情况下，客户端可以通过目标类的接口访问它所提供的服务。有时，现有的类可以满足客户类的功能需要，但是它所提供的接口不一定是客户类所期望的，这可能是因为现有类中方法名与目标类中定义的方法名不一致等原因所导致的。在这种情况下，现有的接口需要转化为客户类期望的接口，这样保证了对现有类的重用。如果不进行这样的转化，客户类就不能利用现有类所提供的功能，适配器模式可以完成这样的转化。

在适配器模式中可以定义一个包装类，包装不兼容接口的对象，这个包装类指的就是适配器(Adapter)，它所包装的对象就是适配者(Adaptee)，即被适配的类。

适配器提供客户类需要的接口，适配器的实现就是把客户类的请求转化为对适配者的相应接口的调用。也就是说：当客户类调用适配器的方法时，在适配器类的内部将调用适配者类的方法，而这个过程对客户类是透明的，客户类并不直接访问适配者类。因此，适配器可以使由于接口不兼容而不能交互的类可以一起工作。这就是适配器模式的模式动机。

适配器模式以对客户透明的方式动态地给一个对象附加上更多的责任，换言之，客户端并不会觉得对象在装饰前和装饰后有什么不同。适配器模式可以在不需要创造更多子类的情况下，将对象的功能加以扩展。这就是适配器模式的模式动机。

模式定义

适配器模式(Adapter Pattern)将一个接口转换成客户希望的另一个接口，使接口不兼容的那些类可以一起工作，其别名为包装器(Wrapper)。

适配器模式既可以作为类结构型模式，也可以作为对象结构型模式。

模式结构

角色组成

适配器模式包含如下角色：

• Target(目标抽象类)：目标抽象类定义客户所需接口，可以是一个抽象类或接口，也可以是具体类。
• Adaptee(适配者类)：适配者即被适配的角色，它定义了一个已经存在的接口，这个接口需要适配，适配者类一般是一个具体类，包含了客户希望使用的业务方法，在某些情况下可能没有适配者类的源代码。
• Adapter(适配器类)：适配器可以调用另一个接口，作为一个转换器，对 Adaptee 和 Target 进行适配，适配器类是适配器模式的核心，在对象适配器中，它通过继承 Target 并关联一个 Adaptee 对象使二者产生联系。

结构图

适配器模式有两种实现：

• 对象适配器
  

• 类适配器
  

时序图

模式实现

对象适配器

首先，是目标抽象类。Target 接口充当目标抽象类，完整代码如下所示：

/**
 * 目标抽象类
 */
interface Target {

    /**
     * 这是适配者类Adapteee没有的方法
     */
    void request();

}

其次，是适配者类。Adaptee 类充当适配者类，完整代码如下所示：

/**
 * 适配者类
 */
public class Adaptee {

    /**
     * 需要适配的方法
     */
    public void specificRequest() {
        System.out.println("需要适配的方法...");
    }
}

然后，是适配器类。Adapter 类充当适配器类，完整代码如下所示：

/**
 * 适配器类
 */
public class Adapter implements Target {

    /**
     * 维持一个对适配者对象的引用
     */
    private Adaptee adaptee;

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

    @Override
    public void request() {
        adaptee.specificRequest(); // 使用委托的方式完成转发调用
    }

}

最后，是客户端场景类，完整代码如下所示：

public class AdapterClient {

    public static void main(String[] args) {
        Adaptee adaptee = new Adaptee();           // 创建适配者对象
        Adapter adapter = new Adapter(adaptee);    // 创建适配器对象
        adapter.request();                         // 使用委托的方式完成转发调用

    }

}

对象的适配器模式是把适配的类的 API 转换成为目标类的 API。Adapter 与 Adaptee 是委派关系，这决定了这个适配器模式是对象的。

类适配器

首先，是目标抽象类。Target 接口充当目标抽象类，完整代码如下所示：

/**
 * 目标抽象类
 */
interface Target {

    /**
     * 这是适配者类Adapteee没有的方法
     */
    void request();

}

其次，是适配者类。Adaptee 类充当适配者类，完整代码如下所示：

/**
 * 适配者类
 */
public class Adaptee {

    /**
     * 需要适配的方法
     */
    public void specificRequest() {
        System.out.println("需要适配的方法...");
    }
}

然后，是适配器类。Adapter 类充当适配器类，完整代码如下所示：

/**
 * 适配器类
 */
public class Adapter extends Adaptee implements Target {

    @Override
    public void request() {
        this.specificRequest();
    }

}

最后，是客户端场景类，完整代码如下所示：

public class AdapterClient {

    public static void main(String[] args) {
        Adapter adapter = new Adapter();           // 创建适配器对象
        adapter.request();                         // 通过 Adapter 类调用所需要的方法从而实现目标

    }

}

类的适配器模式也是把适配的类的 API 转换成为目标类的 API。Adapter 与 Adaptee 是继承关系，这决定了这个适配器模式是类的。

模式分析

• 在适配器模式定义中所提及的接口是指广义的接口，它可以表示一个方法或者方法的集合。
• 在适配器模式中，我们通过增加一个新的适配器类来解决接口不兼容的问题，使得原本没有任何关系的类可以协同工作。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和类适配器两种，在对象适配器模式中，适配器与适配者之间是关联关系；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。在实际开发中，对象适配器的使用频率更高。
• 适配器模式将现有接口转化为客户类所期望的接口，实现了对现有类的复用，它是一种使用频率非常高的设计模式，在软件开发中得以广泛应用，在 Spring 等开源框架、驱动程序设计（如 JDBC 中的数据库驱动程序）中也使用了适配器模式。

优点

无论是对象适配器模式还是类适配器模式都具有如下优点：

• 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。
• 增加了类的透明性和复用性，将具体的业务实现过程封装在适配者类中，对于客户端类而言是透明的，而且提高了适配者的复用性，同一个适配者类可以在多个不同的系统中复用。
• 灵活性和扩展性都非常好，通过使用配置文件，可以很方便地更换适配器，也可以在不修改原有代码的基础上增加新的适配器类，完全符合“开闭原则”。

具体来说，类适配器模式还有如下优点：

• 由于适配器类是适配者类的子类，因此可以在适配器类中置换一些适配者的方法，使得适配器的灵活性更强。

对象适配器模式还有如下优点：

• 一个对象适配器可以把多个不同的适配者适配到同一个目标；
• 可以适配一个适配者的子类，由于适配器和适配者之间是关联关系，根据“里氏代换原则”，适配者的子类也可通过该适配器进行适配。

缺点

类适配器模式的缺点如下：

• 对于 Java、C# 等不支持多重类继承的语言，一次最多只能适配一个适配者类，不能同时适配多个适配者；
• 适配者类不能为最终类，如在 Java 中不能为 final 类，C# 中不能为 sealed 类；
• 在 Java、C# 等语言中，类适配器模式中的目标抽象类只能为接口，不能为类，其使用有一定的局限性。

对象适配器模式的缺点如下：

• 与类适配器模式相比，要在适配器中置换适配者类的某些方法比较麻烦。如果一定要置换掉适配者类的一个或多个方法，可以先做一个适配者类的子类，将适配者类的方法置换掉，然后再把适配者类的子类当做真正的适配者进行适配，实现过程较为复杂。

适用环境

在以下情况下可以考虑使用适配器模式：

• 系统需要使用一些现有的类，而这些类的接口（如方法名）不符合系统的需要，甚至没有这些类的源代码。
• 想创建一个可以重复使用的类，用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类，包括一些可能在将来引进的类一起工作。

模式总结

• 结构型模式描述如何将类或者对象结合在一起形成更大的结构。
• 适配器模式用于将一个接口转换成客户希望的另一个接口，适配器模式使接口不兼容的那些类可以一起工作，其别名为包装器。适配器模式既可以作为类结构型模式，也可以作为对象结构型模式。
• 适配器模式包含四个角色：目标抽象类定义客户要用的特定领域的接口；适配器类可以调用另一个接口，作为一个转换器，对适配者和抽象目标类进行适配，它是适配器模式的核心；适配者类是被适配的角色，它定义了一个已经存在的接口，这个接口需要适配；在客户类中针对目标抽象类进行编程，调用在目标抽象类中定义的业务方法。
• 在类适配器模式中，适配器类实现了目标抽象类接口并继承了适配者类，并在目标抽象类的实现方法中调用所继承的适配者类的方法；在对象适配器模式中，适配器类继承了目标抽象类并定义了一个适配者类的对象实例，在所继承的目标抽象类方法中调用适配者类的相应业务方法。
• 适配器模式的主要优点是将目标类和适配者类解耦，增加了类的透明性和复用性，同时系统的灵活性和扩展性都非常好，更换适配器或者增加新的适配器都非常方便，符合“开闭原则”；类适配器模式的缺点是适配器类在很多编程语言中不能同时适配多个适配者类，对象适配器模式的缺点是很难置换适配者类的方法。
• 适配器模式适用情况包括：系统需要使用现有的类，而这些类的接口不符合系统的需要；想要建立一个可以重复使用的类，用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类一起工作。

致谢

Java Design Pattern