适配器模式和外观模式

基本概念

适配器模式

结构型设计模式，将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。适配器让原本接口不兼容的类可以合作。它通过中间层（适配器）实现不同接口的转换，类似于现实中的电源适配器（如Type-C转USB接口）

核心结构：

目标接口（Target）：客户端期望的接口；
适配者（``Adaptee`）：需要被转换的接口，现有接口与目标接口不兼容；
适配器（Adapter）：连接目标接口和适配者的中间层，实现接口转换。

两种实现方式

对象适配器（推荐）：通过组合（聚合）适配者实现接口转换，符合OOP组合复用原则；
类适配器：通过继承适配者实现接口转换（Java中因单继承限制较少使用），不必重新实现整个被适配者，需要时也可覆盖被适配者的行为。

外观模式

结构型设计模式，为子系统的一组接口提供了一个统一的接口。外观模式定义了一个更高级别的接口，使得子系统更容易使用。

核心结构

外观类（Facade）：提供简单统一的接口，封装子系统的复杂交互。
子系统类（Subsystem Classes）：实现系统的核心功能，彼此可能有复杂的交互。
客户端（Client）：通过外观类访问子系统功能。

示例说明

场景一：设计一个音频播放器系统，需要支持播放MP3格式（已有接口）和WAV格式（新接口），但播放器仅支持MP3接口。

定义目标接口（Target）


// 目标接口 播放器期望的接口（支持MP3播放）
public interface MediaPlayer {
    void playMp3(String fileName);
}

定义适配者（``Adaptee`）


// 目标接口：播放器期望的接口（支持MP3播放）
public interface MediaPlayer {
    void playMp3(String fileName);
}


// 适配者实现类
public class WavPlayer implements AdvancedMediaPlayer {
    @Override
    public void playWav(String fileName) {
        System.out.println("播放WAV文件：" + fileName);
    }

    @Override
    public void playMp4(String fileName) {
        // 未实现
    }
}

实现适配器（Adapter）对象适配器：将WavPlayer适配到MediaPlayer接口


public class MediaAdapter implements MediaPlayer {
    private AdvancedMediaPlayer advancedPlayer;

    // 通过构造函数传入适配者对象（组合方式）
    public MediaAdapter(AdvancedMediaPlayer advancedPlayer) {
        this.advancedPlayer = advancedPlayer;
    }

    @Override
    public void playMp3(String fileName) {
        // 若目标是MP3，直接调用原接口
        System.out.println("MP3播放由原接口处理");
    }

    @Override
    public void playWav(String fileName) {
        // 转换接口：将playWav请求转发给适配者
        advancedPlayer.playWav(fileName);
    }
}

调用方使用, 播放器实现类（使用目标接口）


public class AudioPlayer implements MediaPlayer {
    private MediaAdapter mediaAdapter;

    @Override
    public void playMp3(String fileName) {
        System.out.println("播放MP3文件：" + fileName);
    }

    @Override
    public void playWav(String fileName) {
        // 当需要播放WAV时，创建适配器处理
        if (mediaAdapter == null) {
            mediaAdapter = new MediaAdapter(new WavPlayer());
        }
        mediaAdapter.playWav(fileName);
    }
}

测试验证：


// 客户端调用
public static void main(String[] args) {
    AudioPlayer player = new AudioPlayer();
    player.playMp3("music.mp3");        // 直接调用目标接口
    player.playWav("sound.wav");        // 通过适配器转换接口
}


执行结果
播放MP3文件：music.mp3
播放WAV文件：sound.wav

客户端使用适配器的做法如下：

客户通过使用目标接口，调用适配器的方法，对适配器做出请求。
适配器使用被适配接口，把请求翻译成被适配者上的一个或多个调用。
客户收到调用结果，但根本不知道是适配在进行转译工作。

其类图如下：

对象适配器
类适配器

场景二：电脑开机过程涉及电源、CPU、内存、硬盘等多个组件的协同工作，使用外观模式可以将复杂流程封装为简单接口。

定义电脑组件


// 子系统组件：电源
class Power {
    public void on() {
        System.out.println("电源已开启");
    }
    
    public void off() {
        System.out.println("电源已关闭");
    }
}

// 子系统组件：CPU
class CPU {
    public void start() {
        System.out.println("CPU初始化中...");
    }
    
    public void stop() {
        System.out.println("CPU停止运行");
    }
}

// 子系统组件：内存
class Memory {
    public void load() {
        System.out.println("加载系统到内存...");
    }
    
    public void release() {
        System.out.println("释放内存资源");
    }
}

// 子系统组件：硬盘
class HardDisk {
    public void read() {
        System.out.println("从硬盘读取系统数据...");
    }
}

定义电脑外观类


// 外观类：电脑
class ComputerFacade {
    private Power power;
    private CPU cpu;
    private Memory memory;
    private HardDisk hardDisk;
    
    public ComputerFacade() {
        power = new Power();
        cpu = new CPU();
        memory = new Memory();
        hardDisk = new HardDisk();
    }
    
    // 封装复杂的开机流程
    public void powerOn() {
        power.on();
        cpu.start();
        memory.load();
        hardDisk.read();
        System.out.println("电脑开机完成！");
    }
    
    // 封装复杂的关机流程
    public void powerOff() {
        cpu.stop();
        memory.release();
        power.off();
        System.out.println("电脑关机完成！");
    }
}

测试验证


// 客户端测试
public class FacadePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 通过外观类操作电脑，无需了解内部组件细节
        ComputerFacade computer = new ComputerFacade();
        computer.powerOn();  // 一键开机
        System.out.println("========");
        computer.powerOff(); // 一键关机
    }
}

使用外观模式，我们创建一个类，这个类把属于某些子系统的一套复杂的类简化和统一。和许多模式不同，外观模式相当直接了当，没有难以理解的抽象，但这并不会让它的作用减弱；外观模式让我们避免客户端和子系统之间的紧耦合。
类图如下：

还涉及到一新的面相对象原则：【最少知识原则｜墨忒耳法则】，只和你的密友谈话。
如何实现只和你的密友谈话，该原则提供类一个指南：对于任何对象，从该对象的任何方法，只调用属于以下范围的方法：

对象自身
作为参数传递给方法的类
该方法创建或实例化的任何对象
对象的任何组件


// 不遵守原则： 从气象站获取了Thermometer对象，调用了该对象的方法
public float getTemp() {
  Thermometer thermometer = station.getThermometer();
  return thermometer.getTemperature();
}

// 遵守原则： 给station添加了一个方法，向温度器发起请求，减少依赖的类数量
public float getTemp(){
  return station.getTemperature();
}

总结

适配器模式

优点

耦合性低：客户端与适配者解耦，无需修改原有代码；
复用性强：适配者可被多个适配器复用，拓展新接口成本低；
开闭原则：适配器封装变化，无需修改目标接口和适配者，可以新增适配器实现扩展；

缺点

多层封装开销：过多适配器可能增加系统复杂度；
接口转换限制：无法转换适配者未提供的方法（仅能适配现有接口），实现适配器的接口和需要支持的接口大小成正比，若过大是否可以考虑重写客户端的接口调用，或者直接封装一个类，在类中封装所有变化；

使用场景

系统兼容：新旧系统接口不兼容时，通过适配器过渡；
第三方库集成：集成外部库时，将其接口转换为系统兼容的格式；
接口统一：将多个不同接口统一为标准接口（如Java的Enumeration转Iterator）；

在JDK中的应用

java.io.InputStreamReader：将InputStream（字节流）适配为Reader（字符流）；
java.util.Arrays.asList()：将数组适配为List接口；
Servlet中的适配器：HttpServletAdapter将标准Servlet适配为HttpServlet接口；

外观模式

优点

简化接口：为复杂子系统提供统一入口，客户端无需了解内部细节；
降低耦合：客户端与子系统解耦，子系统内部变化不影响客户端；
层次分明：分离了高层接口和底层实现，符合“最少知识法则”；
保护子系统：外观类可以控制对底层组件的访问，避免客户端直接操作导致混乱；

缺点

复杂度增加：应用“最少知识原则”会导致需要编写更多的“包装者”类来处理对其他组件的调用，导致系统复杂度和开发成本的增加，运行时性能下降；

使用场景

复杂系统的简化接口：如软件框架为用户提供简化的API（如Spring框架对底层技术的封装）；
新旧系统兼容：为旧系统提供新的统一接口，便于新功能集成；
模块解耦：作为模块间的接口，降低模块间的依赖；
分布式系统：为分布式服务提供统一的调用入口；

区别

适配器模式：适配器模式转换接口格式，外观模式简化接口复杂度，外观和适配器都可以包装多个类，但外观的意图是简化，而适配器的意图是转化接口为不同的接口；
中介者模式：中介者模式处理组件间的交互，外观模式封装子系统为单一接口；
单例模式：外观类通常设计为单例，确保全局唯一入口；