【设计模式】结构型-适配器模式

前言

在软件开发中，经常会遇到需要将一个类的接口转换成另一个类的接口的情况。这可能是因为新旧系统之间的接口不兼容，或者是因为需要使用的第三方库的接口与当前系统的接口不匹配。为了解决这类问题，设计模式中的适配器模式应运而生。

一、不兼容的接口

假设场景：你购买了一台最新款的笔记本电脑，但是它只有 USB-C 接口。你有一些旧的 USB 设备，比如鼠标和键盘，它们都是标准的 USB 接口。现在的问题是，你无法直接将这些 USB 设备连接到只有 USB-C 接口的笔记本电脑上。

// 代表标准 USB 接口的类
class StandardUSB {
    public void connect() {
        System.out.println("连接标准 USB 接口");
    }
}

// 代表 USB-C 接口的类
class USBC {
    public void connect() {
        System.out.println("连接 USB-C 接口");
    }
}

// 客户端尝试使用标准 USB 设备连接到 USB-C 接口
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        StandardUSB standardUSB = new StandardUSB();
        USBC usbc = new USBC();

        // 这里会出现问题，因为我们不能直接将标准 USB 设备连接到 USB-C 接口
        // standardUSB.connect(); // 假设这是连接到 USB-C 接口的尝试，但实际上是不可能的
        // usbc.connect(); // 这是 USB-C 设备的连接，与标准 USB 设备不兼容
    }
}

二、适配器模式

适配器模式是一种常见的设计模式，属于结构型设计模式之一。它用于将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以协同工作。适配器模式主要解决软件系统中存在的接口不兼容的问题。

适配器模式的特点：

兼容性提升：主要用于解决接口不兼容的问题。当需要使用的接口与现有接口不匹配时，适配器模式允许客户端通过适配器访问目标类，从而提升了系统的兼容性。
松耦合：适配器模式使得客户端与目标类之间的耦合度降低。客户端只需要针对适配器进行编程，而不需要直接与目标类交互，这样可以减少系统的依赖性。
复用性增强：适配器模式可以重用已有的类，而不需要修改其代码。通过创建适配器，可以将现有的类集成到新的环境中，从而提升代码的复用性。

三、适配器模式的核心组成部分

适配器模式的核心组成包括以下几个要素：

目标接口（Target）：目标接口是客户端所期待的接口，也是客户端代码调用的接口。适配器模式通过适配器将适配者的接口转换成目标接口，使得客户端可以统一调用目标接口来使用适配者的功能。目标接口定义了客户端需要使用的一组方法或行为。
适配者类（Adaptee）：适配者类是需要被适配的类，其接口与目标接口不兼容。适配者类通常是已经存在的、具有一定功能的类，但其接口可能与当前系统的接口要求不一致，导致无法直接被客户端使用。
适配器（Adapter）：适配器是适配器模式的核心组件，其作用是将适配者的接口转换成目标接口。适配器可以通过类适配器模式或对象适配器模式来实现。在类适配器模式中，适配器类继承适配者类，并实现目标接口，通过重写目标接口的方法来调用适配者类的方法。在对象适配器模式中，适配器类包含适配者类的实例，并实现目标接口，通过调用适配者类实例的方法来实现目标接口的方法。

在这里插入图片描述

这个类图描述了适配器模式中的核心组件之间的关系。在类图中：

Target 表示目标接口，其中定义了客户端需要调用的 request() 方法。
Adapter 类表示适配器，其中包含了一个私有成员 adaptee，用于持有适配者类的实例。Adapter 类实现了 Target 接口，并通过调用 Adaptee 接口的方法来实现 Target 接口的方法。
Adaptee 接口表示适配者类，其中定义了适配者类具有的 specificRequest() 方法。Adapter 类与 Adaptee 接口之间的关系表示适配器通过调用适配者类的方法来实现目标接口的方法。

四、运用适配器模式

场景假设：你有一台只有 USB-C 接口的笔记本电脑，但你需要连接标准 USB 接口的设备，如鼠标和键盘。

定义目标接口： 首先，我们定义一个目标接口 USBTarget，它包含了笔记本电脑中需要使用的 USB 连接方法。

// 目标 USB 接口
interface USBTarget {
    void connectUSB();
}

// 标准 USB 设备类
class StandardUSBDevice {
    public void connectStandardUSB() {
        System.out.println("连接标准 USB 接口");
    }
}

// USB-C 接口类
class USBCPort {
    public void connectUSBC() {
        System.out.println("连接 USB-C 接口");
    }
}

创建适配器类： 然后，我们创建一个适配器类 USBToUSBCAdapter，该类实现了目标接口 USBTarget。

// USB 到 USB-C 适配器类
class USBToUSBCAdapter implements USBTarget {
    private StandardUSBDevice standardUSBDevice;

    public USBToUSBCAdapter(StandardUSBDevice standardUSBDevice) {
        this.standardUSBDevice = standardUSBDevice;
    }

    @Override
    public void connectUSB() {
        // 适配器内部调用标准 USB 设备的连接方法
        standardUSBDevice.connectStandardUSB();
        System.out.println("通过适配器连接到 USB-C 接口");
    }
}

调用适配器： 最后，我们在系统中使用适配器类来连接标准 USB 设备，而不是直接尝试将其插入 USB-C 接口。

	// 客户端代码
	public class Client {
	    public static void main(String[] args) {
	        // 创建标准 USB 设备实例
	        StandardUSBDevice standardUSB = new StandardUSBDevice();
	        // 创建适配器实例，传入标准 USB 设备
	        USBToUSBCAdapter adapter = new USBToUSBCAdapter(standardUSB);
	        // 通过适配器连接设备
	        adapter.connectUSB();
	    }
	}

在上面的示例中：

目标（Target）：这是客户端期望使用的接口。在我们的例子中，USBTarget 接口就是目标接口，它定义了笔记本电脑需要的 USB 连接方法，即 connectUSB()。
适配器（Adapter）：适配器实现了目标接口，并持有一个被适配者的引用。在例子中，USBToUSBCAdapter 类就是适配器，它实现了 USBTarget 接口，并在内部通过持有 StandardUSBDevice 的引用来调用正确的方法。
被适配者（Adaptee）：这是已经存在的、需要被适配的类，它的接口与目标接口不兼容。在我们的例子中，StandardUSBDevice 类就是被适配者，它有一个 connectStandardUSB() 方法，这个方法与目标接口不匹配。

通过这种方式，适配器模式允许客户端通过目标接口与被适配者进行交互，即使它们的接口不直接兼容。适配器负责转换接口调用，使得客户端可以无缝地使用被适配者的功能。

五、适配器模式的应用场景

适配器模式适用于以下几种场景：

集成新旧系统：当系统需要集成使用旧版本的接口或者已有的类库，但新系统的接口与旧系统不兼容时，适配器模式可以用来创建一个适配器，使新系统能够与旧系统进行通信。
使用第三方库：当需要使用第三方库提供的接口，但其接口与当前系统的接口不匹配时，可以使用适配器模式来创建一个适配器，以便让系统与第三方库进行集成。
系统升级：在对系统进行升级或者重构时，有时候会改变原有的接口或者类结构，而旧的客户端代码可能仍然依赖于旧接口。适配器模式可以用来在新接口和旧接口之间进行适配，使得旧的客户端代码能够继续工作。
类库复用：当系统需要重用一个已有的类库，但该类库的接口与系统所期望的接口不匹配时，可以使用适配器模式创建一个适配器，将该类库适配到系统中，从而实现代码的复用。
统一接口：当系统中存在多个类似但接口不同的类时，可以使用适配器模式创建统一的接口，使得客户端可以通过统一的接口与这些类进行交互，而不需要关心具体的实现细节。