23种设计模式(常见)

 一. 设计模式 ——可复用面向对象软件的基础

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设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。

本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之设计模式，我们会以理论与实践相结合的方式来进行学习，学好设计模式，做一个优秀的软件工程师！

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23种模式java实现源码及收集五年的开发资料下载地址：  http://pan.baidu.com/share/home?uk=4076915866&view=share

一、设计模式的分类

总体设计模式分为三大类：

创建型模式，共5种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共7种：代理模式、桥接模式、适配器模式、装饰器模式、外观模式、享元模式、组合模式。

行为型模式，共11种：观察者模式、策略模式、模板方法模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

其实还有两类：并发型模式和线程池模式。用一个图片来整体描述一下：

 

二、设计模式的六大原则

总原则：开闭原则（Open Close Principle）

开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，需要使用接口和抽象类。

1、单一职责原则

不要存在多于一个导致类变更的原因，也就是说每个类应该实现单一的职责，如若不然，就应该把类拆分。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。

5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

为什么叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。

6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

三、Java的23中设计模式

     详细介绍Java中23种设计模式的概念，应用场景等情况，并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。

11、工厂方法模式（Factory Method）

 工厂方法模式分三种：

 工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。

在以下三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象。第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数会选用第三种静态工厂方法模式。

1、普通工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。关系图：

 

举例：（举一个发送邮件和短信的例子）

首先，创建二者的共同接口：

  1. public interface Sender {  
  2.     public void Send();  
  3. }  

其次，创建实现类：

  1. public class MailSender implements Sender {  
  2.     @Override  
  3.     public void Send() {  
  4.         System.out.println("this is mailsender!");  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class SmsSender implements Sender {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public void Send() {  
  5.         System.out.println("this is sms sender!");  
  6.     }  
  7. }  

最后，建工厂类：

  1. public class SendFactory {  
  2.     public Sender produce(String type) {  
  3.         if ("mail".equals(type)) {  
  4.             return new MailSender();  
  5.         } else if ("sms".equals(type)) {  
  6.             return new SmsSender();  
  7.         } else {  
  8.             System.out.println("请输入正确的类型!");  
  9.             return null;  
  10.         }  
  11.     }  
  12. }  
  1. public class FactoryTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         SendFactory factory = new SendFactory();  
  4.         Sender sender = factory.produce("sms");  
  5.         sender.Send();  
  6.     }  
  7. }  

输出：this is sms sender!

2、多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。关系图：

将上面的代码做下修改，改动下SendFactory类就行，如下：

public class SendFactory {  
            public Sender produceMail(){  
  1.         return new MailSender();  
  2.     }  
  3.     public Sender produceSms(){  
  4.         return new SmsSender();  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class FactoryTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         SendFactory factory = new SendFactory();  
  4.         Sender sender = factory.produceMail();  
  5.         sender.Send();  
  6.     }  
  7. }  

输出：this is mailsender!

3、静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

  1. public class SendFactory {  
  2.     public static Sender produceMail(){  
  3.         return new MailSender();  
  4.     }  
  5.     public static Sender produceSms(){  
  6.         return new SmsSender();  
  7.     }  
  8. }  
  1. public class FactoryTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {      
  3.         Sender sender = SendFactory.produceMail();  
  4.         sender.Send();  
  5.     }  
  6. }  

输出：this is mailsender!

12、抽象工厂模式（Abstract Factory）

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。因为抽象工厂不太好理解，先看看图，然后就代码，就比较容易理解。

其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能：发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

请看例子：

  1. public interface Sender {  
  2.     public void Send();  
  3. }  

两个实现类：

  1. public class MailSender implements Sender {  
  2.     @Override  
  3.     public void Send() {  
  4.         System.out.println("this is mailsender!");  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class SmsSender implements Sender {  
  2.     @Override  
  3.     public void Send() {  
  4.         System.out.println("this is sms sender!");  
  5.     }  
  6. }  

两个工厂类：

  1. public class SendMailFactory implements Provider {  
  2.     @Override  
  3.     public Sender produce(){  
  4.         return new MailSender();  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class SendSmsFactory implements Provider{  
  2.     @Override  
  3.     public Sender produce() {  
  4.         return new SmsSender();  
  5.     }  
  6. }  

在提供一个接口：

  1. public interface Provider {  
  2.     public Sender produce();  
  3. }  
  1. public class Test {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Provider provider = new SendMailFactory();  
  4.         Sender sender = provider.produce();  
  5.         sender.Send();  
  6.     }  
  7. }  

13、单例模式（Singleton）

单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

2、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

单例类：

  1. public class Singleton {  
  2.     /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */  
  3.     private static Singleton instance = null;  
  4.     /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
  5.     private Singleton() {  
  6.     }  
  7.     /* 静态工程方法，创建实例 */  
  8.     public static Singleton getInstance() {  
  9.         if (instance == null) {  
  10.             instance = new Singleton();  
  11.         }  
  12.         return instance;  
  13.     }  
  14.     /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
  15.     public Object readResolve() {  
  16.         return instance;  
  17.     }  
  18. }  

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

  1. public static synchronized Singleton getInstance() {  
  2.         if (instance == null) {  
  3.             instance = new Singleton();  
  4.         }  
  5.         return instance;  
  6.     }  

但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

  1. public static Singleton getInstance() {  
  2.         if (instance == null) {  
  3.             synchronized (instance) {  
  4.                 if (instance == null) {  
  5.                     instance = new Singleton();  
  6.                 }  
  7.             }  
  8.         }  
  9.         return instance;  
  10.     }  

似乎解决了之前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：

a>A、B线程同时进入了第一个if判断

b>A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();

c>由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。

d>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

  1. private static class SingletonFactory{           
  2.         private static Singleton instance = new Singleton();           
  3.     }           
  4.     public static Singleton getInstance(){           
  5.         return SingletonFactory.instance;           
  6.     }   

实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式：

  1. public class Singleton {  
  2.     /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
  3.     private Singleton() {  
  4.     }  
  5.     /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
  6.     private static class SingletonFactory {  
  7.         private static Singleton instance = new Singleton();  
  8.     }  
  9.     /* 获取实例 */  
  10.     public static Singleton getInstance() {  
  11.         return SingletonFactory.instance;  
  12.     }  
  13.     /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
  14.     public Object readResolve() {  
  15.         return getInstance();  
  16.     }  
  17. }  

其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建加synchronized关键字，也是可以的：

  1. public class SingletonTest {  
  2.     private static SingletonTest instance = null;  
  3.     private SingletonTest() {  
  4.     }   
  5.     private static synchronized void syncInit() {  
  6.         if (instance == null) {  
  7.             instance = new SingletonTest();  
  8.         }  
  9.     }  
  10.     public static SingletonTest getInstance() {  
  11.         if (instance == null) {  
  12.             syncInit();  
  13.         }  
  14.         return instance;  
  15.     }  
  16. }  

考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。

补充：采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

  1. public class SingletonTest {  
  2.     private static SingletonTest instance = null;  
  3.     private Vector properties = null;  
  4.     public Vector getProperties() {  
  5.         return properties;  
  6.     }  
  7.     private SingletonTest() {  
  8.     }  
  9.     private static synchronized void syncInit() {  
  10.         if (instance == null) {  
  11.             instance = new SingletonTest();  
  12.         }  
  13.     }  
  14.     public static SingletonTest getInstance() {  
  15.         if (instance == null) {  
  16.             syncInit();  
  17.         }  
  18.         return instance;  
  19.     }  
  20.     public void updateProperties() {  
  21.         SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
  22.         properties = shadow.getProperties();  
  23.     }  
  24. }  

通过单例模式的学习告诉我们：

1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。

2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者突然想到另一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）

其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。

再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。

最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，所以，二者有很大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现一样，其实生活中很多事情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！

14、建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来得到的。我们看一下代码：还和前面一样，一个Sender接口，两个实现类MailSender和SmsSender。最后，建造者类如下：

  1. public class Builder {  
  2.     private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  
  3.     public void produceMailSender(int count){  
  4.         for(int i=0; i<count; i++){  
  5.             list.add(new MailSender());  
  6.         }  
  7.     }  
  8.     public void produceSmsSender(int count){  
  9.         for(int i=0; i<count; i++){  
  10.             list.add(new SmsSender());  
  11.         }  
  12.     }  
  13. }  
  1. public class Test {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Builder builder = new Builder();  
  4.         builder.produceMailSender(10);  
  5.     }  
  6. }  

从这点看出，建造者模式将很多功能集成到一个类里，这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工程模式的区别就是：工厂模式关注的是创建单个产品，而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。因此，是选择工厂模式还是建造者模式，依实际情况而定。

二. 结构性模式：

上篇讲完了5种创建型模式，讲下7种结构型模式：适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。其中对象的适配器模式是各种模式的起源，看下面的图：

 21.适配器模式  将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。

主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。首先类的适配器模式，看类图：

总结三种适配器模式应用场景：

类的适配器模式：当希望将一个类转换成满足另一个新接口的类时，可以使用类的适配器模式，创建一个新类，继承原有的类，实现新的接口即可。

对象的适配器模式：当希望将一个对象转换成满足另一个新接口的对象时，可以创建一个Wrapper类，持有原类的一个实例，在Wrapper类的方法中，调用实例的方法就行。

接口的适配器模式：当不希望实现一个接口中所有的方法时，可以创建一个抽象类Wrapper，实现所有方法，我们写别的类的时候，继承抽象类即可。

核心思想就是：有一个Source类，拥有一个方法，待适配，目标接口时Targetable，通过Adapter类，将Source的功能扩展到Targetable里，看代码：

  1. public class Source {  
  2.     public void method1() {  
  3.         System.out.println("this is original method!");  
  4.     }  
  5. }  

         public interface Targetable {  

  1.     /* 与原类中的方法相同 */  
  2.     public void method1();  
  3.     /* 新类的方法 */  
  4.     public void method2();  
  5. }  

       public class Adapter extends Source implements Targetable {  

  1.     @Override  
  2.     public void method2() {  
  3.         System.out.println("this is the targetable method!");  
  4.     }  
  5. }  

Adapter类继承Source类，实现Targetable接口，下面是测试类：

  1. public class AdapterTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Targetable target = new Adapter();  
  4.         target.method1();  
  5.         target.method2();  
  6.     }  
  7. }  

输出：

this is original method!
this is the targetable method!

这样Targetable接口的实现类就具有了Source类的功能。

对象的适配器模式

基本思路和类的适配器模式相同，只是将Adapter类作修改，这次不继承Source类，而是持有Source类的实例，以达到解决兼容性的问题。看图：

只需要修改Adapter类的源码即可：

  1. public class Wrapper implements Targetable {  
  2.     private Source source;  
  3.     public Wrapper(Source source){  
  4.         super();  
  5.         this.source = source;  
  6.     }  
  7.     @Override  
  8.     public void method2() {  
  9.         System.out.println("this is the targetable method!");  
  10.     }  
  11.     @Override  
  12.     public void method1() {  
  13.         source.method1();  
  14.     }  
  15. }  
  1. public class AdapterTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Source source = new Source();  
  4.         Targetable target = new Wrapper(source);  
  5.         target.method1();  
  6.         target.method2();  
  7.     }  
  8. }  

输出与第一种一样，只是适配的方法不同而已。

第三种适配器模式是接口的适配器模式，场景：有时一个接口中有多个抽象方法，当写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是需要的，有时只需要某一些，为解决这个问题，引入接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。看一下类图：

这个很好理解，在实际开发中，我们也常会遇到这种接口中定义了太多的方法，以致于有时我们在一些实现类中并不是都需要。看代码：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method1();  
  3.     public void method2();  
  4. }  

抽象类Wrapper2：

  1. public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{    
  2.     public void method1(){}  
  3.     public void method2(){}  
  4. }  

  　　public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  

  1.     public void method1(){  
  2.         System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  
  3.     }  
  4. }  
  1. public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  
  2.     public void method2(){  
  3.         System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  
  4.     }  
  5. }  
  1. public class WrapperTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  
  4.         Sourceable source2 = new SourceSub2();      
  5.         source1.method1();  
  6.         source1.method2();  
  7.         source2.method1();  
  8.         source2.method2();  
  9.     }  
  10. }  

测试输出：

the sourceable interface's first Sub1!
the sourceable interface's second Sub2!

达到了我们的效果！

22、代理模式（Proxy）

其实每个模式名称就表明了该模式的作用，代理模式就是多一个代理类出来，替原对象进行一些操作，比如我们在租房子的时候回去找中介，为什么呢？因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面，希望找一个更熟悉的人去帮你做，此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司，我们需要请律师，因为律师在法律方面有专长，可以替我们进行操作，表达我们的想法。

关系图：

代理模式的应用场景：

如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进，此时有两种办法：

1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放，对修改关闭”的原则。

2、就是采用一个代理类调用原有的方法，且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

使用代理模式，可以将功能划分的更加清晰，有助于后期维护！

根据上文的阐述，代理模式就比较容易的理解了，我们看下代码：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method();  
  3. }  
  1. public class Source implements Sourceable {  
  2.     @Override  
  3.     public void method() {  
  4.         System.out.println("the original method!");  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class Proxy implements Sourceable {  
  2.     private Source source;  
  3.     public Proxy(){  
  4.         super();  
  5.         this.source = new Source();  
  6.     }  
  7.     @Override  
  8.     public void method() {  
  9.         before();  
  10.         source.method();  
  11.         atfer();  
  12.     }  
  13.     private void atfer() {  
  14.         System.out.println("after proxy!");  
  15.     }  
  16.     private void before() {  
  17.         System.out.println("before proxy!");  
  18.     }  
  19. }  
  1. public class ProxyTest {   
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Sourceable source = new Proxy();  
  4.         source.method();  
  5.     }   
  6. }  

输出：

before proxy!
the original method!
after proxy!

23、桥接模式（Bridge）

桥接模式就是把事物和其具体实现分开，使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是：将抽象化与实现化解耦，使得二者可以独立变化，像常用的JDBC桥DriverManager一样，JDBC进行连接数据库的时候，在各个数据库之间进行切换，基本不需要动太多的代码，甚至丝毫不用动，原因就是JDBC提供统一接口，每个数据库提供各自的实现，用一个叫做数据库驱动的程序来桥接就行了。看看关系图：

先定义接口：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method();  
  3. }  

分别定义两个实现类：

  1. public class SourceSub1 implements Sourceable {  
  2.     @Override  
  3.     public void method() {  
  4.         System.out.println("this is the first sub!");  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class SourceSub2 implements Sourceable {  
  2.     @Override  
  3.     public void method() {  
  4.         System.out.println("this is the second sub!");  
  5.     }  
  6. }  

定义一个桥，持有Sourceable的一个实例：

  1. public abstract class Bridge {  
  2.     private Sourceable source;  
  3.   
  4.     public void method(){  
  5.         source.method();  
  6.     }  
  7.     public Sourceable getSource() {  
  8.         return source;  
  9.     }  
  10.     public void setSource(Sourceable source) {  
  11.         this.source = source;  
  12.     }  
  13. }  
  1. public class MyBridge extends Bridge {  
  2.     public void method(){  
  3.         getSource().method();  
  4.     }  
  5. }  
  1. public class BridgeTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Bridge bridge = new MyBridge();  
  4.         /*调用第一个对象*/  
  5.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  
  6.         bridge.setSource(source1);  
  7.         bridge.method();  
  8.         /*调用第二个对象*/  
  9.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  
  10.         bridge.setSource(source2);  
  11.         bridge.method();  
  12.     }  
  13. }  

output：

this is the first sub!
this is the second sub!

这样，就通过对Bridge类的调用，实现了对接口Sourceable的实现类SourceSub1和SourceSub2的调用。接下来我再画个图，因为这个图是我们JDBC连接的原理，有数据库学习基础的，一结合就都懂了。

24、外观模式（Facade）

外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的，像spring一样，可以将类和类之间的关系配置到配置文件中，而外观模式就是将他们的关系放在一个Facade类中，降低了类类之间的耦合度，该模式中没有涉及到接口，看下类图：（我们以一个计算机的启动过程为例）

如果我们没有Computer类，那么，CPU、Memory、Disk他们之间将会相互持有实例，产生关系，这样会造成严重的依赖，修改一个类，可能会带来其他类的修改，这不是我们想要看到的，有了Computer类，他们之间的关系被放在了Computer类里，这样就起到了解耦的作用，这就是外观模式！

先看下实现类：

  1. public class CPU {  
  2.     public void startup(){  
  3.         System.out.println("cpu startup!");  
  4.     }  
  5.     public void shutdown(){  
  6.         System.out.println("cpu shutdown!");  
  7.     }  
  8. }  
  1. public class Memory {  
  2.     public void startup(){  
  3.         System.out.println("memory startup!");  
  4.     }  
  5.     public void shutdown(){  
  6.         System.out.println("memory shutdown!");  
  7.     }  
  8. }  
  1. public class Disk {  
  2.     public void startup(){  
  3.         System.out.println("disk startup!");  
  4.     }  
  5.     public void shutdown(){  
  6.         System.out.println("disk shutdown!");  
  7.     }  
  8. }  
  1. public class Computer {  
  2.     private CPU cpu;  
  3.     private Memory memory;  
  4.     private Disk disk;  
  5.       
  6.     public Computer(){  
  7.         cpu = new CPU();  
  8.         memory = new Memory();  
  9.         disk = new Disk();  
  10.     }  
  11.     public void startup(){  
  12.         System.out.println("start the computer!");  
  13.         cpu.startup();  
  14.         memory.startup();  
  15.         disk.startup();  
  16.         System.out.println("start computer finished!");  
  17.     }  
  18.     public void shutdown(){  
  19.         System.out.println("begin to close the computer!");  
  20.         cpu.shutdown();  
  21.         memory.shutdown();  
  22.         disk.shutdown();  
  23.         System.out.println("computer closed!");  
  24.     }  
  25. }  

User类如下：

  1. public class User {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         Computer computer = new Computer();  
  4.         computer.startup();  
  5.         computer.shutdown();  
  6.     }  
  7. }  

输出：

start the computer!
cpu startup!
memory startup!
disk startup!
start computer finished!
begin to close the computer!
cpu shutdown!
memory shutdown!
disk shutdown!
computer closed!

25、装饰模式（Decorator）

顾名思义，装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例，关系图如下：

装饰器模式的应用场景：

1、需要扩展一个类的功能。

2、动态的为一个对象增加功能，而且还能动态撤销。（继承不能做到这一点，继承的功能是静态的，不能动态增删。）

缺点：产生过多相似的对象，不易排错！

Source类是被装饰类，Decorator类是一个装饰类，可以为Source类动态的添加一些功能，代码如下：

  1. public interface Sourceable {  
  2.     public void method();  
  3. }  
  1. public class Source implements Sourceable {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public void method() {  
  5.         System.out.println("the original method!");  
  6.     }  
  7. }  

      public class Decorator implements Sourceable {  

  1.     private Sourceable source;  
  2.     public Decorator(Sourceable source){  
  3.         super();  
  4.         this.source = source;  
  5.     }  
  6.     @Override  
  7.     public void method() {  
  8.         System.out.println("before decorator!");  
  9.         source.method();  
  10.         System.out.println("after decorator!");  
  11.     }  
  12. }  
  1. public class DecoratorTest {  
  2.   
  3.     public static void main(String[] args) {  
  4.         Sourceable source = new Source();  
  5.         Sourceable obj = new Decorator(source);  
  6.         obj.method();  
  7.     }  
  8. }  

输出：

before decorator!
the original method!
after decorator!

27、享元模式（Flyweight）

享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。

FlyWeightFactory负责创建和管理享元单元，当一个客户端请求时，工厂需要检查当前对象池中是否有符合条件的对象，如果有，就返回已经存在的对象，如果没有，则创建一个新对象，FlyWeight是超类。一提到共享池，我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池，想想每个连接的特点，我们不难总结出：适用于作共享的一些个对象，他们有一些共有的属性，就拿数据库连接池来说，url、driverClassName、username、password及dbname，这些属性对于每个连接来说都是一样的，所以就适合用享元模式来处理，建一个工厂类，将上述类似属性作为内部数据，其它的作为外部数据，在方法调用时，当做参数传进来，这样就节省了空间，减少了实例的数量。

通过连接池的管理，实现了数据库连接的共享，不需要每一次都重新创建连接，节省了数据库重新创建的开销，提升了系统的性能！

看个例子：

看下数据库连接池的代码：

  1. public class ConnectionPool {  
  2.     private Vector<Connection> pool;  
  3.     /*公有属性*/  
  4.     private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
  5.     private String username = "root";  
  6.     private String password = "root";  
  7.     private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  
  8.   
  9.     private int poolSize = 100;  
  10.     private static ConnectionPool instance = null;  
  11.     Connection conn = null;  
  12.     /*构造方法，做一些初始化工作*/  
  13.     private ConnectionPool() {  
  14.         pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
  15.         for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
  16.             try {  
  17.                 Class.forName(driverClassName);  
  18.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
  19.                 pool.add(conn);  
  20.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
  21.                 e.printStackTrace();  
  22.             } catch (SQLException e) {  
  23.             }  }  }  
  24.     /* 返回连接到连接池 */  
  25.     public synchronized void release() {  
  26.         pool.add(conn);  
  27.     }  
  28.     /* 返回连接池中的一个数据库连接 */  
  29.     public synchronized Connection getConnection() {  
  30.         if (pool.size() > 0) {  
  31.             Connection conn = pool.get(0);  
  32.             pool.remove(conn);  
  33.             return conn;  
  34.         } else {  
  35.             return null;  
  36.         }  
  37.     }  
  38. }  
三. 11种行为型模式

本章是关于设计模式的最后一讲，会讲到第三种设计模式——行为型模式，共11种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

先来张图，看看这11中模式的关系：

第一类：通过父类与子类的关系进行实现。第二类：两个类之间。第三类：类的状态。第四类：通过中间类

31、策略模式（strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数，关系图如下：

策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。

图中ICalculator提供同意的方法，AbstractCalculator是辅助类，提供辅助方法，接下来，依次实现下每个类：

首先统一接口：

  1. public interface ICalculator {  
  2.     public int calculate(String exp);  
  3. }  

辅助类：

　　　　public abstract class AbstractCalculator {  

  1.     public int[] split(String exp,String opt){  
  2.         String array[] = exp.split(opt);  
  3.         int arrayInt[] = new int[2];  
  4.         arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  
  5.         arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  
  6.         return arrayInt;  
  7.     }  
  8. }  

三个实现类：

  1. public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
  2.     @Override  
  3.     public int calculate(String exp) {  
  4.         int arrayInt[] = split(exp,"\\+");  
  5.         return arrayInt[0]+arrayInt[1];  
  6.     }  
  7. }  

       public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator {  

  1.     @Override  
  2.     public int calculate(String exp) {  
  3.         int arrayInt[] = split(exp,"-");  
  4.         return arrayInt[0]-arrayInt[1];  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class Multiply extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
  2.   
  3.     @Override  
  4.     public int calculate(String exp) {  
  5.         int arrayInt[] = split(exp,"\\*");  
  6.         return arrayInt[0]*arrayInt[1];  
  7.     }  
  8. }  
  1. public class StrategyTest {   
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         String exp = "2+8";  
  4.         ICalculator cal = new Plus();  
  5.         int result = cal.calculate(exp);  
  6.         System.out.println(result);  
  7.     }  
  8. }  

输出：10

32、模板方法模式（Template Method）

解释一下模板方法模式，就是指：一个抽象类中，有一个主方法，再定义1...n个方法，可以是抽象的，也可以是实际的方法，定义一个类，继承该抽象类，重写抽象方法，通过调用抽象类，实现对子类的调用，先看个关系图：

就是在AbstractCalculator类中定义一个主方法calculate，calculate()调用spilt()等，Plus和Minus分别继承AbstractCalculator类，通过对AbstractCalculator的调用实现对子类的调用，看下面的例子：

  1. public abstract class AbstractCalculator {  
  2.     /*主方法，实现对本类其它方法的调用*/  
  3.     public final int calculate(String exp,String opt){  
  4.         int array[] = split(exp,opt);  
  5.         return calculate(array[0],array[1]);  
  6.     }      
  7.     /*被子类重写的方法*/  
  8.     abstract public int calculate(int num1,int num2);  
  9.     public int[] split(String exp,String opt){  
  10.         String array[] = exp.split(opt);  
  11.         int arrayInt[] = new int[2];  
  12.         arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  
  13.         arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  
  14.         return arrayInt;  
  15.     }  
  16. }  
  1. public class Plus extends AbstractCalculator {  
  2.     @Override  
  3.     public int calculate(int num1,int num2) {  
  4.         return num1 + num2;  
  5.     }  
  6. }  
  1. public class StrategyTest {  
  2.     public static void main(String[] args) {  
  3.         String exp = "8+8";  
  4.         AbstractCalculator cal = new Plus();  
  5.         int result = cal.calculate(exp, "\\+");  
  6.         System.out.println(result);  
  7.     }  
  8. }  

我跟踪下这个小程序的执行过程：首先将exp和"\\+"做参数，调用AbstractCalculator类里的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)里调用同类的split()，之后再调用calculate(int ,int)方法，从这个方法进入到子类中，执行完return num1 + num2后，将值返回到AbstractCalculator类，赋给result，打印出来。正好验证了我们开头的思路。

33、观察者模式（Observer）

包括这个模式在内的接下来的四个模式，都是类和类之间的关系，不涉及到继承，学的时候应该记得归纳，记得本文最开始的那个图。

观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和RSS订阅，当我们浏览一些博客或wiki时，经常会看到RSS图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。关系图：

我解释下这些类的作用：MySubject类就是我们的主对象，Observer1和Observer2是依赖于MySubject的对象，当MySubject变化时，Observer1和Observer2必然变化。AbstractSubject类中定义着需要监控的对象列表，可以对其进行修改：增加或删除被监控对象，且当MySubject变化时，负责通知在列表内存在的对象。我们看实现代码：

一个Observer接口：

  1. public interface Observer {  
  2.     public void update();  
  3. }  

两个实现类：

  1. public class Observer1 implements Observer {  
  2.     @Override  
  3.     public void update() {  
  4.         System.out.println("observer1 has received!");  
  5.     }  
  6. }  

　　public class Observer2 implements Observer {  

  1.     @Override  
  2.     public void update() {  
  3.         System.out.println("observer2 has received!");  
  4.     }  
  5. }  

Subject接口及实现类：

  1. public interface Subject {   
  2.     /*增加观察者*/  
  3.     public void add(Observer observer);  
  4.     /*删除观察者*/  
  5.     public void del(Observer observer);  
  6.     /*通知所有的观察者*/  
  7.     public void notifyObservers();  
  8.     /*自身的操作*/  
  9.     public void operation();  
  10. }  

      public abstract class AbstractSubject implements Subject {  

  1.     private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>();  
  2.     @Override  
  3.     public void add(Observer observer) {  
  4.         vector.add(observer);  
  5.     }  
  6.     @Override  
  7.     public void del(Observer observer) {  
  8.         vector.remove(observer);  
  9.     }  
  10.     @Override  
  11.     public void notifyObservers() {  
  12.         Enumeration<Observer> enumo = vector.elements();  
  13.         while(enumo.hasMoreElements()){  
  14.             enumo.nextElement().update();  
  15.         }  
  16.     }  
  17. }  
  1. public class MySubject extends AbstractSubject {  
  2.     @Override  
  3.     public void operation() {  
  4.         System.out.println("update self!");  
  5.         notifyObservers();  
  6.     }  
  7. }  

          public class ObserverTest {  

  1.     public static void main(String[] args) {  
  2.         Subject sub = new MySubject();  
  3.         sub.add(new Observer1());  
  4.         sub.add(new Observer2());  
  5.         sub.operation();  
  6.     }  
  7. }  

输出：

update self!
observer1 has received!
observer2 has received!

这些东西，只是有些抽象，建议读者：根据关系图，新建项目，自己写代码（或者参考我的代码）,按照总体思路走一遍，这样才能体会它的思想，理解起来容易！ 

34、责任链模式（Chain of Responsibility）
有多个对象，每个对象持有对下一个对象的引用，这样就会形成一条链，请求在这条链上传递，直到某一对象决定处理该请求。但是发出者并不清楚最终那个对象会处理该请求，所以，责任链模式可以实现，在隐瞒客户端的情况下，对系统进行动态的调整。关系图：

 

此处强调一点就是，链接上的请求可以是一条链，可以是一个树，还可以是一个环，模式本身不约束这个，需要我们自己去实现，同时，在一个时刻，命令只允许由一个对象传给另一个对象，而不允许传给多个对象。

Abstracthandler类提供了get和set方法，方便MyHandle类设置和修改引用对象，MyHandle类是核心，实例化后生成一系列相互持有的对象，构成一条链。

　　public interface Handler {  

         public void operator();  

         }  

  1. public abstract class AbstractHandler {  
  2.     private Handler handler;  
  3.     public Handler getHandler() {  
  4.         return handler;  
  5.     }  
  6.     public void setHandler(Handler handler) {  
  7.         this.handler = handler;  
  8.     }  
  9. }  

　　public class MyHandler extends AbstractHandler implements Handler {  

  1.     private String name;  
  2.     public MyHandler(String name) {  
  3.         this.name = name;  
  4.     }  
  5.     @Override  
  6.     public void operator() {  
  7.         System.out.println(name+"deal!");  
  8.         if(getHandler()!=null){  
  9.             getHandler().operator();  
  10.         }  
  11.     }  
  12. }  

　　public class Test {  

  1.     public static void main(String[] args) {  
  2.         MyHandler h1 = new MyHandler("h1");  
  3.         MyHandler h2 = new MyHandler("h2");  
  4.         MyHandler h3 = new MyHandler("h3");  
  5.         h1.setHandler(h2);  
  6.         h2.setHandler(h3);  
  7.         h1.operator();  
  8.     }  
  9. }  

输出：

h1deal!
h2deal!
h3deal! 

posted on 2022-04-26 16:41  左手指月  阅读(4174)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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