【设计模式】3W 学习法全面解析 7 大结构型模式：Java 实战 + 开源框架应用

3W 学习法总结结构型模式（附 Java 代码实战及开源框架应用）

结构型模式 主要关注 类与对象的组合，确保不同组件之间能够高效协作，提高系统的灵活性和可维护性。本文采用 3W 学习法（What、Why、How），深入分析 七大结构型模式（适配器、桥接、装饰器、组合、外观、享元、代理），并结合 Java 代码实战 及 开源框架中的应用，帮助你高效掌握这些模式的实战技巧。

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1. 适配器模式（Adapter）

✅ What：适配器模式是什么？

适配器模式 通过 转换接口 使原本不兼容的类能够一起工作。

🤔 Why：为什么要使用适配器模式？

• 解决接口不兼容问题，让新旧代码无缝衔接。
• 复用已有代码，避免修改原始代码。

🚀 How：如何实现适配器模式？（Java 代码实战）

// 目标接口
interface Target {
    void request();
}

// 需要适配的类
class Adaptee {
    void specificRequest() {
        System.out.println("Adaptee 特定请求");
    }
}

// 适配器
class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee = new Adaptee();

    public void request() {
        adaptee.specificRequest();
    }
}

// 客户端调用
public class AdapterDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Target target = new Adapter();
        target.request(); // 输出: Adaptee 特定请求
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• Spring HandlerAdapter：适配不同类型的 Controller（如 RequestMappingHandlerAdapter）。
• java.io.InputStreamReader：将 InputStream 适配为 Reader。

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2. 桥接模式（Bridge）

✅ What：桥接模式是什么？

桥接模式 通过 分离抽象部分和实现部分，让它们可以独立变化。

🤔 Why：为什么要使用桥接模式？

• 降低耦合：抽象和实现独立演化，不受对方影响。
• 增强扩展性：适用于 多个维度变化 的场景。

🚀 How：如何实现桥接模式？（Java 代码实战）

// 实现接口
interface Implementor {
    void operationImpl();
}

// 具体实现A
class ConcreteImplementorA implements Implementor {
    public void operationImpl() {
        System.out.println("具体实现A的操作");
    }
}

// 抽象类
abstract class Abstraction {
    protected Implementor implementor;

    public Abstraction(Implementor implementor) {
        this.implementor = implementor;
    }

    abstract void operation();
}

// 具体抽象类
class RefinedAbstraction extends Abstraction {
    public RefinedAbstraction(Implementor implementor) {
        super(implementor);
    }

    public void operation() {
        implementor.operationImpl();
    }
}

// 客户端调用
public class BridgeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Implementor impl = new ConcreteImplementorA();
        Abstraction abstraction = new RefinedAbstraction(impl);
        abstraction.operation(); // 输出: 具体实现A的操作
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• JDBC 驱动：java.sql.DriverManager 通过桥接不同数据库的驱动。
• Slf4j + Logback/Log4j：日志框架使用桥接模式适配不同日志实现。

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3. 装饰器模式（Decorator）

✅ What：装饰器模式是什么？

装饰器模式 通过 动态添加新功能，而不修改原有对象。

🤔 Why：为什么要使用装饰器模式？

• 符合开闭原则：可扩展对象功能，避免修改原始代码。
• 支持功能叠加：适用于 多个额外行为 组合的场景。

🚀 How：如何实现装饰器模式？（Java 代码实战）

// 抽象组件
interface Component {
    void operation();
}

// 具体组件
class ConcreteComponent implements Component {
    public void operation() {
        System.out.println("基本功能");
    }
}

// 装饰器
abstract class Decorator implements Component {
    protected Component component;

    public Decorator(Component component) {
        this.component = component;
    }

    public void operation() {
        component.operation();
    }
}

// 具体装饰器A
class ConcreteDecoratorA extends Decorator {
    public ConcreteDecoratorA(Component component) {
        super(component);
    }

    public void operation() {
        super.operation();
        System.out.println("附加功能A");
    }
}

// 客户端调用
public class DecoratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Component component = new ConcreteDecoratorA(new ConcreteComponent());
        component.operation();
        // 输出:
        // 基本功能
        // 附加功能A
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• Spring BeanPostProcessor：可动态增强 Bean 的功能。
• BufferedInputStream：装饰 InputStream，提供缓冲能力。

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4. 组合模式（Composite）

✅ What：组合模式是什么？

组合模式 允许 树形结构的对象 统一处理。

🤔 Why：为什么要使用组合模式？

• 统一对象处理方式：无论是单个对象还是组合对象，均可一致调用。
• 适用于层级结构：如 文件系统、组织架构 等。

🚀 How：如何实现组合模式？（Java 代码实战）

// 抽象组件
interface Component {
    void operation();
}

// 叶子节点
class Leaf implements Component {
    public void operation() {
        System.out.println("执行叶子节点操作");
    }
}

// 组合节点
class Composite implements Component {
    private List<Component> children = new ArrayList<>();

    public void add(Component component) {
        children.add(component);
    }

    public void operation() {
        for (Component child : children) {
            child.operation();
        }
    }
}

// 客户端调用
public class CompositeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Composite root = new Composite();
        root.add(new Leaf());
        root.add(new Leaf());

        Composite branch = new Composite();
        branch.add(new Leaf());
        root.add(branch);

        root.operation();
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• Spring Security：权限规则采用组合模式组织权限节点。
• GUI 组件：Swing 的 JComponent 使用组合模式。

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确实，结构型模式共有 7 种，前面只介绍了 4 种，缺少了 外观模式（Facade）、享元模式（Flyweight）、代理模式（Proxy）。下面继续补充它们的 3W 学习法解析、Java 实战代码及在开源框架中的应用。

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5. 外观模式（Facade）

✅ What：外观模式是什么？

外观模式（Facade） 通过 提供一个统一的接口，简化子系统的复杂操作，降低系统耦合性。

🤔 Why：为什么要使用外观模式？

• 降低复杂性，隐藏子系统细节，使调用者只需与一个简单接口交互。
• 解耦代码，避免高层代码直接依赖多个复杂子系统。

🚀 How：如何实现外观模式？（Java 代码实战）

// 子系统A
class SubsystemA {
    void operationA() {
        System.out.println("子系统 A 操作");
    }
}

// 子系统B
class SubsystemB {
    void operationB() {
        System.out.println("子系统 B 操作");
    }
}

// 外观类（Facade）
class Facade {
    private SubsystemA subsystemA = new SubsystemA();
    private SubsystemB subsystemB = new SubsystemB();

    void operation() {
        subsystemA.operationA();
        subsystemB.operationB();
    }
}

// 客户端调用
public class FacadeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Facade facade = new Facade();
        facade.operation();
        // 输出:
        // 子系统 A 操作
        // 子系统 B 操作
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• Spring JdbcTemplate：封装了数据库操作，简化 JDBC 使用。
• HttpClient：简化底层 HTTP 请求的复杂性。

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6. 享元模式（Flyweight）

✅ What：享元模式是什么？

享元模式（Flyweight） 通过 共享对象 来减少内存占用，提高性能。

🤔 Why：为什么要使用享元模式？

• 减少内存开销，适用于 大量相似对象 场景。
• 提升系统性能，避免重复创建对象。

🚀 How：如何实现享元模式？（Java 代码实战）

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

// 享元接口
interface Flyweight {
    void operation(String extrinsicState);
}

// 具体享元
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
    private final String intrinsicState;

    ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    public void operation(String extrinsicState) {
        System.out.println("享元对象：" + intrinsicState + "，外部状态：" + extrinsicState);
    }
}

// 享元工厂
class FlyweightFactory {
    private static final Map<String, Flyweight> pool = new HashMap<>();

    static Flyweight getFlyweight(String key) {
        if (!pool.containsKey(key)) {
            pool.put(key, new ConcreteFlyweight(key));
        }
        return pool.get(key);
    }
}

// 客户端调用
public class FlyweightDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Flyweight fw1 = FlyweightFactory.getFlyweight("A");
        Flyweight fw2 = FlyweightFactory.getFlyweight("A");
        Flyweight fw3 = FlyweightFactory.getFlyweight("B");

        fw1.operation("X");
        fw2.operation("Y");
        fw3.operation("Z");

        System.out.println(fw1 == fw2); // 输出: true（共享同一个对象）
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• Integer.valueOf(int)：JDK 享元模式，缓存 -128 ~ 127 的 Integer 对象。
• 线程池（Thread Pool）：复用线程对象，减少资源消耗。

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7. 代理模式（Proxy）

✅ What：代理模式是什么？

代理模式（Proxy） 通过 控制访问目标对象，增加额外行为（如权限控制、懒加载、缓存等）。

🤔 Why：为什么要使用代理模式？

• 增强功能（如日志、事务、权限）。
• 控制对象访问（如远程代理、虚拟代理）。

🚀 How：如何实现代理模式？（Java 代码实战）

静态代理

// 接口
interface Service {
    void operation();
}

// 真实对象
class RealService implements Service {
    public void operation() {
        System.out.println("真实业务逻辑");
    }
}

// 代理类
class ProxyService implements Service {
    private RealService realService = new RealService();

    public void operation() {
        System.out.println("前置增强逻辑");
        realService.operation();
        System.out.println("后置增强逻辑");
    }
}

// 客户端调用
public class StaticProxyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Service service = new ProxyService();
        service.operation();
        // 输出:
        // 前置增强逻辑
        // 真实业务逻辑
        // 后置增强逻辑
    }
}

动态代理（JDK 动态代理）

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

// 动态代理处理器
class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {
    private Object target;

    DynamicProxyHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("前置增强逻辑");
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("后置增强逻辑");
        return result;
    }
}

// 客户端调用
public class DynamicProxyDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Service realService = new RealService();
        Service proxy = (Service) Proxy.newProxyInstance(
            realService.getClass().getClassLoader(),
            realService.getClass().getInterfaces(),
            new DynamicProxyHandler(realService)
        );

        proxy.operation();
        // 输出:
        // 前置增强逻辑
        // 真实业务逻辑
        // 后置增强逻辑
    }
}

📌 在开源框架中的应用：

• Spring AOP：代理模式增强 Bean 功能，如事务、日志、权限控制。
• MyBatis Mapper：动态代理生成 SQL 查询接口的实现类。

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总结

设计模式	主要作用	适用场景
适配器模式	让不兼容的接口协同工作	HandlerAdapter、InputStreamReader
桥接模式	分离抽象和实现，解耦	JDBC 驱动、日志框架
装饰器模式	动态增强对象功能	BufferedInputStream、BeanPostProcessor
组合模式	统一树形结构处理	Spring Security 权限管理、GUI 组件
外观模式	简化系统调用	JdbcTemplate、HttpClient
享元模式	共享对象减少内存消耗	Integer.valueOf(int)、线程池
代理模式	控制访问目标对象，增强功能	AOP、MyBatis 动态代理

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