——探索設(shè)計(jì)模式系列之十五
Terrylee
，2006年5月
摘要：結(jié)構(gòu)型模式，顧名思義討論的是類和對(duì)象的結(jié)構(gòu)，它采用繼承機(jī)制來組合接口或?qū)崿F(xiàn)（類結(jié)構(gòu)型模式），或者通過組合一些對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)新的功能（對(duì)象結(jié)構(gòu)型模式）。這些結(jié)構(gòu)型模式，它們?cè)谀承┓矫婢哂泻艽蟮南嗨菩裕屑?xì)推敲，側(cè)重點(diǎn)卻各有不同。本文試圖對(duì)這幾種結(jié)構(gòu)型模式做一個(gè)簡(jiǎn)單的小結(jié)。
主要內(nèi)容
1
．結(jié)構(gòu)型模式概述
2
．結(jié)構(gòu)型模式區(qū)別與比較
3
．對(duì)變化的封裝
結(jié)構(gòu)型模式概述
結(jié)構(gòu)型模式，顧名思義討論的是類和對(duì)象的結(jié)構(gòu)，它采用繼承機(jī)制來組合接口或?qū)崿F(xiàn)（類結(jié)構(gòu)型模式），或者通過組合一些對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)新的功能（對(duì)象結(jié)構(gòu)型模式）。這些結(jié)構(gòu)型模式，它們?cè)谀承┓矫婢哂泻艽蟮南嗨菩裕屑?xì)推敲，側(cè)重點(diǎn)卻各有不同。
Adapter
模式通過類的繼承或者對(duì)象的組合側(cè)重于轉(zhuǎn)換已有的接口；
Bridge
模式通過將抽象和實(shí)現(xiàn)相分離，讓它們可以分別獨(dú)立的變化，它強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)沿著多個(gè)方向的變化；
Decorator
模式采用對(duì)象組合而非繼承的手法，實(shí)現(xiàn)了在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展對(duì)象功能的能力，它強(qiáng)調(diào)的是擴(kuò)展接口；
Composite
模式模糊了簡(jiǎn)單元素和復(fù)雜元素的概念，它強(qiáng)調(diào)的是一種類層次式的結(jié)構(gòu)；
Fa?ade
模式將復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)部子系統(tǒng)與客戶程序之間的依賴解耦，它側(cè)重于簡(jiǎn)化接口，更多的是一種架構(gòu)模式；
Flyweight
模式解決的是由于大量的細(xì)粒度對(duì)象所造成的內(nèi)存開銷的問題，它與
Fa?ade
模式恰好相反，關(guān)注的重點(diǎn)是細(xì)小的對(duì)象；
Proxy
模式為其他對(duì)象提供一種代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問，它注重于增加間接層來簡(jiǎn)化復(fù)雜的問題。
結(jié)構(gòu)型模式區(qū)別與比較
1
．橋接模式與裝飾模式
這兩個(gè)模式在一定程度上都是為了減少子類的數(shù)目，避免出現(xiàn)復(fù)雜的繼承關(guān)系。但是它們解決的方法卻各有不同，裝飾模式把子類中比基類中多出來的部分放到單獨(dú)的類里面，以適應(yīng)新功能增加的需要，當(dāng)我們把描述新功能的類封裝到基類的對(duì)象里面時(shí)，就得到了所需要的子類對(duì)象，這些描述新功能的類通過組合可以實(shí)現(xiàn)很多的功能組合，裝飾模式的簡(jiǎn)略圖如下：
圖1 裝飾模式簡(jiǎn)略圖
橋接模式則把原來的基類的實(shí)現(xiàn)化細(xì)節(jié)抽象出來，在構(gòu)造到一個(gè)實(shí)現(xiàn)化的結(jié)構(gòu)中，然后再把原來的基類改造成一個(gè)抽象化的等級(jí)結(jié)構(gòu)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在多個(gè)維度上的獨(dú)立變化，橋接模式的簡(jiǎn)略圖如下：
圖2 橋接模式簡(jiǎn)略圖
2
．外觀模式和代理模式
外觀模式和代理模式解決問題的側(cè)重點(diǎn)不同，但是它們解決問題的手法卻是一樣的，即都是引入了間接層的手法，這也是我們軟件系統(tǒng)中經(jīng)常用的一種手法。外觀模式雖然側(cè)重于簡(jiǎn)化接口，但是在某些情況下，外觀模式也可以兼任代理模式的責(zé)任，例如外觀對(duì)象有可能是另一個(gè)位于另一個(gè)地址空間對(duì)象的遠(yuǎn)程代理，這時(shí)候我們可以叫做外觀代理模式，或者代理外觀模式。它們的類簡(jiǎn)略圖如下：
圖3 代理模式簡(jiǎn)略圖
圖4 外觀模式簡(jiǎn)略圖
3
．適配器模式
適配器模式重在轉(zhuǎn)換接口，它能夠使原本不能在一起工作的兩個(gè)類一起工作，所以經(jīng)常用在類庫(kù)復(fù)用，代碼遷移等方面，有一種亡羊補(bǔ)牢的味道。類適配器和對(duì)象適配器可以根據(jù)具體實(shí)際情況來選用，但一般情況建議使用對(duì)象適配器模式，如下圖所示，左邊是類適配器模式，右邊是對(duì)象適配器模式：
圖5 適配器模式簡(jiǎn)略圖
對(duì)變化的封裝
如何應(yīng)對(duì)變化，是軟件開發(fā)的一個(gè)永恒的主題，也許我們不能夠杜絕變化的發(fā)生，但至少我們可以通過一些手段讓變化降到最低。“找到系統(tǒng)可變的因素，將之封裝起來”，通常就叫做對(duì)變化的封裝。關(guān)于這個(gè)問題的解釋在《
Java
與模式》中講的很清晰，抽象化與實(shí)現(xiàn)化的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，也就是“開
-
閉”原則在類層次上的最簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，如下圖所示：
圖6
在這個(gè)繼承結(jié)構(gòu)中，第一層是抽象化，它封裝了抽象的業(yè)務(wù)邏輯，這是系統(tǒng)中不變的部分；第二層是實(shí)現(xiàn)化，它是具體的業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，封裝了系統(tǒng)中變化的部分，這個(gè)實(shí)現(xiàn)允許實(shí)現(xiàn)化角色多態(tài)性的變化：
圖7
也就是說，客戶端依賴的是業(yè)務(wù)邏輯的抽象化類型的對(duì)象，而與抽象化的具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)，不在乎它到底是“實(shí)現(xiàn)化”，“實(shí)現(xiàn)化
2
”還是“實(shí)現(xiàn)化
3
”，如下圖所示：
圖8
每一種繼承關(guān)系都封裝了一個(gè)變化因素，而一個(gè)繼承關(guān)系不應(yīng)當(dāng)處理兩個(gè)變化因素，換言之，這種簡(jiǎn)單繼承關(guān)系不能處理抽象化與實(shí)現(xiàn)化都變化的情況，如下圖所示：
圖9
上圖中的兩個(gè)變化因素應(yīng)當(dāng)是獨(dú)立的，可以在不影響另一者的情況下獨(dú)立的變化，如下面這兩個(gè)等級(jí)結(jié)構(gòu)分別封裝了自己的變化因素，由于每一個(gè)變化因素都是可以通過靜態(tài)關(guān)系表達(dá)的，因此分別使用繼承關(guān)系實(shí)現(xiàn)，如下圖：
圖10
在抽象化和實(shí)現(xiàn)化之間的聯(lián)系怎么辦呢？好的設(shè)計(jì)只有一個(gè)，不好的設(shè)計(jì)卻有很多中，下面這種設(shè)計(jì)就是繼續(xù)使用繼承進(jìn)行靜態(tài)關(guān)系設(shè)計(jì)的類圖：
圖11
這樣的設(shè)計(jì)其實(shí)存在著很多的問題，首先出現(xiàn)的是多重的繼承關(guān)系，隨著具體實(shí)現(xiàn)化的增多，子類的繼承關(guān)系會(huì)變得異常復(fù)雜；其次如果出現(xiàn)新的抽象化修正或者新的具體實(shí)現(xiàn)角色，就只好重新修改現(xiàn)有系統(tǒng)中的靜態(tài)關(guān)系，以適應(yīng)新的角色，這就違背了開放
-
封閉原則。正確是設(shè)計(jì)應(yīng)該是使用兩個(gè)獨(dú)立的等級(jí)結(jié)構(gòu)封裝兩個(gè)獨(dú)立的變化因素，并在它們之間使用聚合關(guān)系，以達(dá)到功能復(fù)用的目的，這就回到了我們的橋接模式上，如下圖所示：
圖12
從另一個(gè)角度講，一個(gè)好的設(shè)計(jì)通常沒有多于兩層的繼承等級(jí)結(jié)構(gòu)，或者說，如果出現(xiàn)兩個(gè)以上的變化因素，就需要找出哪一個(gè)因素是靜態(tài)的，可以使用靜態(tài)關(guān)系，哪一個(gè)是動(dòng)態(tài)的，必須使用聚合關(guān)系。
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》
參考資料
Erich Gamma
等，《設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)》，機(jī)械工業(yè)出版社
Robert C.Martin
，《敏捷軟件開發(fā)：原則、模式與實(shí)踐》，清華大學(xué)出版社
閻宏，《
Java
與模式》，電子工業(yè)出版社
Alan Shalloway James R. Trott
，《
Design Patterns Explained
》，中國(guó)電力出版社
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