Java适配器模式

Java适配器模式

适配器模式（Adapter Pattern）是Java设计模式中的一种结构型模式，它允许不兼容的接口之间能够协同工作。适配器模式通过将一个类的接口转换成客户端期望的另一个接口，解决了由于接口不兼容而无法直接交互的问题。

介绍

适配器模式的核心思想是充当两个不兼容接口之间的桥梁。它类似于现实生活中的电源适配器，例如将220V电压转换为110V电压，使得不同国家的电器可以正常工作。

在软件开发中，适配器模式常用于以下场景：

• 需要使用现有的类，但其接口与系统要求的接口不匹配
• 需要创建一个可复用的类，该类与不相关或不可预见的类协同工作
• 需要使用几个现有的子类，但通过子类化每个子类来适配它们的接口不切实际

适配器模式有两种主要实现方式：

• 类适配器（通过多重继承实现）
• 对象适配器（通过组合实现）

Java不支持多重继承，因此在Java中通常使用对象适配器。

结构

适配器模式的UML类图如下所示：

classDiagram class Target { <<interface>> +request() } class Adaptee { +specificRequest() } class Adapter { -adaptee: Adaptee +request() } Client --> Target Adapter --|> Target Adapter o-- Adaptee

• Target：客户端期望的接口
• Adaptee：需要被适配的现有类
• Adapter：适配器类，将Adaptee的接口转换为Target接口

代码示例

下面是一个简单的Java适配器模式实现示例：

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

// 被适配的类
class AdvancedMediaPlayer {
    public void playVlc(String fileName) {
        System.out.println("Playing vlc file: " + fileName);
    }
    
    public void playMp4(String fileName) {
        System.out.println("Playing mp4 file: " + fileName);
    }
}

// 适配器类
class MediaAdapter implements MediaPlayer {
    private AdvancedMediaPlayer advancedMusicPlayer;

    public MediaAdapter(String audioType) {
        if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            advancedMusicPlayer = new AdvancedMediaPlayer();
        } else if(audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            advancedMusicPlayer = new AdvancedMediaPlayer();
        }
    }

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

// 客户端代码
public class AudioPlayer implements MediaPlayer {
    private MediaAdapter mediaAdapter;

    @Override
    public void play(String audioType, String fileName) {
        // 内置支持mp3格式
        if(audioType.equalsIgnoreCase("mp3")) {
            System.out.println("Playing mp3 file: " + fileName);
        }
        // 使用适配器支持其他格式
        else if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc") 
                || audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            mediaAdapter = new MediaAdapter(audioType);
            mediaAdapter.play(audioType, fileName);
        }
        else {
            System.out.println("Invalid media type: " + audioType);
        }
    }
}

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

        audioPlayer.play("mp3", "song.mp3");
        audioPlayer.play("mp4", "movie.mp4");
        audioPlayer.play("vlc", "video.vlc");
        audioPlayer.play("avi", "movie.avi");
    }
}

输出结果：

Playing mp3 file: song.mp3
Playing mp4 file: movie.mp4
Playing vlc file: video.vlc
Invalid media type: avi

代码解释： 1. MediaPlayer是目标接口，定义了客户端期望的方法play() 2. AdvancedMediaPlayer是被适配的类，它有特殊的方法playVlc()和playMp4() 3. MediaAdapter是适配器类，它实现了MediaPlayer接口，并在内部使用AdvancedMediaPlayer 4. AudioPlayer是客户端类，它通过适配器间接使用AdvancedMediaPlayer的功能

实际应用场景

适配器模式在Java开发中有许多实际应用：

1. Java I/O流：InputStreamReader和OutputStreamWriter是适配器的典型例子，它们将字节流适配为字符流 2. 集合框架：Arrays.asList()方法将数组适配为List接口 3. GUI开发：将不同的事件监听器适配到统一的接口 4. 遗留系统集成：将旧系统的接口适配到新系统中

优缺点

优点

• 提高了类的复用性，可以复用现有的类而不需要修改其代码
• 增加了类的透明性，客户端通过目标接口与被适配类交互
• 灵活性好，可以动态地增加适配器
• 符合开闭原则，可以在不修改原有代码的基础上增加新的适配器

缺点

• 过多使用适配器会使系统变得复杂，不易整体把握
• 由于Java不支持多重继承，类适配器的实现受到限制
• 某些情况下可能需要多层适配，增加了系统的复杂性

类适配器 vs 对象适配器

虽然Java不支持多重继承，但了解两种适配器的区别有助于理解模式本质：

比较项	类适配器	对象适配器
实现方式	继承被适配类	组合被适配类对象
灵活性	较低（静态关系）	较高（动态关系）
代码量	较少	较多
覆盖方法	可以覆盖被适配类方法	不能覆盖被适配类方法
适用性	适用于单一被适配类	适用于多个被适配类

数学表示

适配器模式可以形式化表示为：

设：

• $T$ 为目标接口
• $A$ 为被适配类
• $f_A$ 为被适配类的方法
• $f_T$ 为目标接口方法

则适配器 $D$ 满足： $D(f_T)=f_A$

即适配器将目标接口的方法调用转换为对被适配类方法的调用。

总结

适配器模式是一种非常有用的设计模式，特别是在需要集成不兼容接口的系统时。它通过创建一个中间层（适配器）来解决接口不匹配问题，而不需要修改现有代码。理解并正确使用适配器模式可以帮助开发者构建更加灵活和可维护的系统。

在实际开发中，应当根据具体需求选择合适的适配器类型（类适配器或对象适配器），并注意不要过度使用适配器模式，以免增加系统不必要的复杂性。