设计模式-（装饰器，适配器，观察者，外观）

news/2025/2/26 18:51:21

装饰器模式

概念：

它允许在不改变对象自身的情况下，动态地给对象添加额外的功能。通过使用装饰器模式，可以在运行时对对象进行扩展，而不需要创建大量的子类

应用：

当你希望在不修改原有类的情况下，给对象添加新的行为或状态时

当你需要在运行时组合多个功能，而不是在编译时就决定好时

当你有很多类需要组合不同的功能时，使用装饰器可以避免创建大量的子类

代码：
// 抽象组件
abstract class Beverage {
    String description = "Unknown Beverage";

    public String getDescription() {
        return description;
    }

    public abstract double cost();
}

// 具体组件
class Coffee extends Beverage {
    public Coffee() {
        description = "Coffee";
    }

    public double cost() {
        return 2.00;
    }
}

// 装饰器抽象类
abstract class CondimentDecorator extends Beverage {
    public abstract String getDescription();
}

// 具体装饰器
class Milk extends CondimentDecorator {
    Beverage beverage;

    public Milk(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Milk";
    }

    public double cost() {
        return 0.50 + beverage.cost();
    }
}

class Sugar extends CondimentDecorator {
    Beverage beverage;

    public Sugar(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    public String getDescription() {
        return beverage.getDescription() + ", Sugar";
    }

    public double cost() {
        return 0.25 + beverage.cost();
    }
}

// 测试装饰器模式
public class CoffeeShop {
    public static void main(String[] args) {
        Beverage beverage = new Coffee();
        System.out.println(beverage.getDescription() + " $" + beverage.cost());

        beverage = new Milk(beverage);
        System.out.println(beverage.getDescription() + " $" + beverage.cost());

        beverage = new Sugar(beverage);
        System.out.println(beverage.getDescription() + " $" + beverage.cost());
    }
}

适配器模式

概念：

用于解决两个不兼容接口之间的兼容性问题。它通过创建一个适配器类，将一个类的接口转换为另一个类期望的接口，从而使原本因接口不匹配而无法一起工作的类可以协同工作，主要有下面两种实现方式：

  1. 类适配器：通过继承目标类和适配者类，实现接口的适配。

  2. 对象适配器：通过组合的方式，将适配者类的对象作为成员变量，实现接口的适配。

应用：

系统扩展：当需要将第三方库或遗留代码集成到当前系统中，但接口不兼容时。

接口适配：当需要将一个类的接口转换为另一个类期望的接口时。

框架整合：当需要将不同框架或模块的接口进行整合时。

代码：
// 目标接口
interface MediaPlayer {
    void play(String audioType, String fileName);
}

// 需要适配的接口1
class VlcPlayer {
    public void playVlc(String fileName) {
        System.out.println("Playing vlc file. Name: " + fileName);
    }
}

// 需要适配的接口2
class Mp4Player {
    public void playMp4(String fileName) {
        System.out.println("Playing mp4 file. Name: " + fileName);
    }
}

// 适配器类（对象适配器）
class MediaAdapter implements MediaPlayer {
    private VlcPlayer vlcPlayer;
    private Mp4Player mp4Player;

    public MediaAdapter(String audioType) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            vlcPlayer = new VlcPlayer();
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            mp4Player = new Mp4Player();
        }
    }

    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            vlcPlayer.playVlc(fileName);
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            mp4Player.playMp4(fileName);
        }
    }
}

// 客户端代码
class AudioPlayer implements MediaPlayer {
    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("mp3")) {
            System.out.println("Playing mp3 file. Name: " + fileName);
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc") || audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            MediaAdapter mediaAdapter = new MediaAdapter(audioType);
            mediaAdapter.play(audioType, fileName);
        } else {
            System.out.println("Invalid media. " + audioType + " format not supported");
        }
    }
}

// 测试代码
public class AdapterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AudioPlayer audioPlayer = new AudioPlayer();

        // 播放MP3文件
        audioPlayer.play("mp3", "beyond the horizon.mp3");

        // 播放VLC文件
        audioPlayer.play("vlc", "youve got to hide your love away.vlc");

        // 播放MP4文件
        audioPlayer.play("mp4", "mind me.mp4");
    }
}

观察者模式

概念：

观察者模式的核心思想是“一对多”的依赖关系。主题（Subject）维护一个观察者列表，当主题状态发生变化时，它会通知所有观察者对象，观察者对象则根据主题的状态变化更新自己的状态。

观察者模式通常涉及以下角色：

  1. Subject（主题/被观察者）：维护一个观察者列表，并提供注册和移除观察者的方法。当主题状态发生变化时，通知所有观察者。

  2. Observer（观察者）：定义了一个更新接口，用于接收主题的通知。

  3. ConcreteSubject（具体主题）：实现主题接口，维护主题的状态，并在状态变化时通知观察者。

  4. ConcreteObserver（具体观察者）：实现观察者接口，根据主题的状态变化更新自己的状态。

应用：

事件驱动系统：当一个事件发生时，需要通知多个订阅者。

用户界面交互：例如，当用户输入数据时，需要更新多个相关的界面组件。

消息发布/订阅系统：当消息发布者发布消息时，所有订阅者都会收到通知。

数据绑定：当数据源发生变化时，所有绑定到该数据源的视图都会自动更新

代码：
// 观察者接口
interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

// 主题接口
interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);
    void removeObserver(Observer o);
    void notifyObservers();
}

// 具体主题类
class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        observers.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    // 模拟天气数据变化
    public void measurementsChanged() {
        notifyObservers();
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        measurementsChanged();
    }
}

// 具体观察者类1
class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private Subject weatherData;

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("Current conditions: " + temperature + "F degrees and " + humidity + "% humidity");
    }
}

// 具体观察者类2
class StatisticsDisplay implements Observer {
    private float maxTemp = 0.0f;
    private float minTemp = 200;
    private float tempSum = 0.0f;
    private int numReadings;
    private Subject weatherData;

    public StatisticsDisplay(Subject weatherData) {
        this.weatherData = weatherData;
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(float temperature, float humidity, float pressure) {
        tempSum += temperature;
        numReadings++;
        if (temperature > maxTemp) {
            maxTemp = temperature;
        }
        if (temperature < minTemp) {
            minTemp = temperature;
        }
        display();
    }

    public void display() {
        System.out.println("Avg/Max/Min temperature = " + (tempSum / numReadings) + "/" + maxTemp + "/" + minTemp);
    }
}

// 测试代码
public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();

        CurrentConditionsDisplay currentDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);

        weatherData.setMeasurements(80, 65, 30.4f);
        weatherData.setMeasurements(82, 70, 29.2f);
        weatherData.setMeasurements(78, 90, 29.2f);
    }
}

外观模式

概念：

提供一个统一的高层接口，将复杂的子系统封装起来，使得客户端可以更简单地与子系统交互。它隐藏了子系统的复杂性，仅暴露一个简化的接口给客户端

应用：

简化复杂子系统的接口：当一个系统由多个子系统组成，且这些子系统的接口复杂时，外观模式可以提供一个简化的接口。

分层架构中的层间交互：在分层架构中，外观模式可以作为每层的入口点，简化层与层之间的依赖关系。

模块整合：在大型系统中，外观模式可以封装多个模块的复杂交互，为外部提供统一的接口。

封装第三方库：当使用复杂的第三方库时，外观模式可以封装其复杂接口，提供更简单的使用方式

代码：
public class TV {
    public void turnOn() {
        System.out.println("电视已打开");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("电视已关闭");
    }
}

public class AirConditioner {
    public void turnOn() {
        System.out.println("空调已打开");
    }

    public void turnOff() {
        System.out.println("空调已关闭");
    }
}

public class Window {
    public void open() {
        System.out.println("窗户已打开");
    }

    public void close() {
        System.out.println("窗户已关闭");
    }
}
public class SmartHomeFacade {
    private TV tv;
    private AirConditioner airConditioner;
    private Window window;

    public SmartHomeFacade() {
        tv = new TV();
        airConditioner = new AirConditioner();
        window = new Window();
    }

    public void turnOnAll() {
        tv.turnOn();
        airConditioner.turnOn();
        window.open();
    }

    public void turnOffAll() {
        tv.turnOff();
        airConditioner.turnOff();
        window.close();
    }
}
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SmartHomeFacade smartHome = new SmartHomeFacade();

        System.out.println("回家，开启家电");
        smartHome.turnOnAll();

        System.out.println("\n离家，关闭家电");
        smartHome.turnOffAll();
    }
}


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