大话设计模式
1.接口有两种定义:
(1)对外的API.
(2)interface的声明.
关于接口的设计模式:
(1)定制服务模式:通过把每个服务都设为一个接口,这样可以粒度化每个服务。
如果需要某个特定的服务的组合,则只需要直接扩展细粒度的接口即可。
interface InternetService{ public void connect(); public void disconnect(); } interface MailService{ public void send(); public void receive(); } interface VirusService{ public void begin(); public void end(); } class InternetServiceImpl implements InternetService{ public void connect(){ System.out.println("开始连接网络..."); } public void disconnect(){ System.out.println("开始关闭网络..."); } } class MailServiceImpl implements MailService{ public void send(){ System.out.println("开始发送邮件..."); } public void receive(){ System.out.println("开始接收邮件..."); } } class VirusServiceImpl implements VirusService{ public void begin(){ System.out.println("开始检查病毒..."); } public void end(){ System.out.println("检查病毒完毕..."); } } interface Menu1 extends InternetService,MailService{ } interface Menu2 extends InternetService,VirusService{ } class Menu1Impl implements Menu1{ private InternetService is; private MailService ms; public Menu1Impl(InternetService is,MailService ms){ this.is = is; this.ms = ms; } public void connect(){ is.connect(); } public void disconnect(){ is.disconnect(); } public void send(){ ms.send(); } public void receive(){ ms.receive(); } } class Menu2Impl implements Menu2{ private InternetService is; private VirusService vs; public Menu2Impl(InternetService is,VirusService vs){ this.is = is; this.vs = vs; } public void connect(){ is.connect(); } public void disconnect(){ is.disconnect(); } public void begin(){ vs.begin(); } public void end(){ vs.end(); } } public class ServiceDemo{ public static void main(String args[]){ InternetService is = new InternetServiceImpl(); MailService ms = new MailServiceImpl(); VirusService vs = new VirusServiceImpl(); Menu1Impl m1 = new Menu1Impl(is,ms); Menu2Impl m2 = new Menu2Impl(is,vs); System.out.println("检测menu1的功能中......"); m1.connect(); m1.disconnect(); m1.send(); m1.receive(); System.out.println("检测menu2的功能中......"); m2.connect(); m2.disconnect(); m2.begin(); m2.end(); } }
2.适配器设计模式
适配器是两个接口的中间过度,比如电脑必须要保证电压在15V,而电源的电压是220V,则需要一个适配器将220V转换成15V,因此适配器就是接口的转换作用。
interface Source{ public int add(int a,int b); } class SourceImpl implements Source{ public int add(int a,int b){ return a+b; } } interface Target{ public int addOne(int a); } class TargetImpl implements Target{ private Source s ; public TargetImpl(Source s){ this.s = s; } public int addOne(int a){ return s.add(a,1); } } public class AdapterDemo{ public static void main(String args[]){ Source s = new SourceImpl(); Target t = new TargetImpl(s); System.out.println("2+1="+t.addOne(2)); } }
3.默认适配器模式
在java.awt.event包中,有许多接口,比如WindowEvent接口,比如此接口中有5个函数,如果要实现这个接口,必须要全部实现这些方法,如果我们只需要这个接口中的1个方法即可,但是其他的函数也必须实现,所以我们需要一个适配器,适配器中空实现接口,因此如果扩展适配器,则只要实现所需的方法即可。
4.标识类型接口模式
这个接口没有任何需要实现的方法,接口的意义只是标识作用,如果一个类实现了这个接口,只是说明这个类是某个类型的。
比如Serializable接口就是典型的标识类型接口。
5.常量接口模式
在接口中只有public static final 常量。
6.代理模式
拥有委托类、代理类、第三方。
注意:委托类和代理类实现同一个接口。
代理类帮助委托类处理一些无用的或者轻易解决的问题。
委托类是最终决定的类。
interface A{ public boolean isAgree(int num); } class Source implements A{ private int deadLine = 1000; public int getDeadLine(){ return deadLine; } public boolean isAgree(int num){ if(num>deadLine+100) return true; else return false; } } class Proxy implements A{ private Source s; public Proxy(Source s){ this.s = s; } public boolean isAgree(int num){ if(num<s.getDeadLine()){ return false; } return s.isAgree(num); } } class Target{ private Proxy p; public Target(Proxy p){ this.p = p; } public boolean isGet(int num){ return p.isAgree(num); } } public class ProxyDemo{ public static void main(String args[]){ Source s = new Source(); Proxy p = new Proxy(s); Target t = new Target(p); System.out.println(t.isGet(800)); System.out.println(t.isGet(1200)); } }
7.单例
本文继续介绍23种设计模式系列之单例模式。
概念:
java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式的写法有好几种,这里主要介绍三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。
单例模式有以下特点:
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之,选择单例模式就是为了避免不一致状态,避免政出多头。
一、懒汉式单例
//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己 public class Singleton { private Singleton() {} private static Singleton single=null; //静态工厂方法 public static Singleton getInstance() { if (single == null) { single = new Singleton(); } return single; } }
(事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。此问题在此处不做讨论,姑且掩耳盗铃地认为反射机制不存在。)
但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下三种方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全,如果你第一次接触单例模式,对线程安全不是很了解,可以先跳过下面这三小条,去看饿汉式单例,等看完后面再回头考虑线程安全的问题:
1、在getInstance方法上加同步
public static synchronized Singleton getInstance() { if (single == null) { single = new Singleton(); } return single; }
2、双重检查锁定
public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; }
3、静态内部类
public class Singleton { private static class LazyHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return LazyHolder.INSTANCE; } }
这种比上面1、2都好一些,既实现了线程安全,又避免了同步带来的性能影响。
二、饿汉式单例
//饿汉式单例类.在类初始化时,已经自行实例化 public class Singleton1 { private Singleton1() {} private static final Singleton1 single = new Singleton1(); //静态工厂方法 public static Singleton1 getInstance() { return single; } }
三、登记式单例(可忽略)
//类似Spring里面的方法,将类名注册,下次从里面直接获取。 public class Singleton3 { private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>(); static{ Singleton3 single = new Singleton3(); map.put(single.getClass().getName(), single); } //保护的默认构造子 protected Singleton3(){} //静态工厂方法,返还此类惟一的实例 public static Singleton3 getInstance(String name) { if(name == null) { name = Singleton3.class.getName(); System.out.println("name == null"+"--->name="+name); } if(map.get(name) == null) { try { map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance()); } catch (InstantiationException e) { e.printStackTrace(); } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } } return map.get(name); } //一个示意性的商业方法 public String about() { return "Hello, I am RegSingleton."; } public static void main(String[] args) { Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null); System.out.println(single3.about()); } }
登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个Map(登记薄)中,对于已经登记过的实例,则从Map直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。
这里我对登记式单例标记了可忽略,我的理解来说,首先它用的比较少,另外其实内部实现还是用的饿汉式单例,因为其中的static方法块,它的单例在类被装载的时候就被实例化了。
饿汉式和懒汉式区别
从名字上来说,饿汉和懒汉,
饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,
而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。
另外从以下两点再区分以下这两种方式:
1、线程安全:
饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,
懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全有几种写法,分别是上面的1、2、3,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能:
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成,
而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。
至于1、2、3这三种实现又有些区别,
第1种,在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟99%的情况下是不需要同步的,
第2种,在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种,利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗,所以一般我倾向于使用这一种。
什么是线程安全?
如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题,那就是线程安全的。
应用
以下是一个单例类使用的例子,以懒汉式为例,这里为了保证线程安全,使用了双重检查锁定的方式:
public class TestSingleton { String name = null; private TestSingleton() { } private static volatile TestSingleton instance = null; public static TestSingleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (TestSingleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new TestSingleton(); } } } return instance; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public void printInfo() { System.out.println("the name is " + name); } }
可以看到里面加了volatile关键字来声明单例对象,既然synchronized已经起到了多线程下原子性、有序性、可见性的作用,为什么还要加volatile呢,原因已经在下面评论中提到,
还有疑问可参考http://www.iteye.com/topic/652440
和http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html
public class TMain { public static void main(String[] args){ TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance(); ts1.setName("jason"); TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance(); ts2.setName("0539"); ts1.printInfo(); ts2.printInfo(); if(ts1 == ts2){ System.out.println("创建的是同一个实例"); }else{ System.out.println("创建的不是同一个实例"); } } }
运行结果:
结论:由结果可以得知单例模式为一个面向对象的应用程序提供了对象惟一的访问点,不管它实现何种功能,整个应用程序都会同享一个实例对象。
对于单例模式的几种实现方式,知道饿汉式和懒汉式的区别,线程安全,资源加载的时机,还有懒汉式为了实现线程安全的3种方式的细微差别。
8.观察者模式
在阎宏博士的《JAVA与模式》一书中开头是这样描述观察者(Observer)模式的:
观察者模式是对象的行为模式,又叫发布-订阅(Publish/Subscribe)模式、模型-视图(Model/View)模式、源-监听器(Source/Listener)模式或从属者(Dependents)模式。
观察者模式定义了一种一对多的依赖关系,让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态上发生变化时,会通知所有观察者对象,使它们能够自动更新自己。
观察者模式的结构
一个软件系统里面包含了各种对象,就像一片欣欣向荣的森林充满了各种生物一样。在一片森林中,各种生物彼此依赖和约束,形成一个个生物链。一种生物的状态变化会造成其他一些生物的相应行动,每一个生物都处于别的生物的互动之中。
同样,一个软件系统常常要求在某一个对象的状态发生变化的时候,某些其他的对象做出相应的改变。做到这一点的设计方案有很多,但是为了使系统能够易于复用,应该选择低耦合度的设计方案。减少对象之间的耦合有利于系统的复用,但是同时设计师需要使这些低耦合度的对象之间能够维持行动的协调一致,保证高度的协作。观察者模式是满足这一要求的各种设计方案中最重要的一种。
下面以一个简单的示意性实现为例,讨论观察者模式的结构。
观察者模式所涉及的角色有:
● 抽象主题(Subject)角色:抽象主题角色把所有对观察者对象的引用保存在一个聚集(比如ArrayList对象)里,每个主题都可以有任何数量的观察者。抽象主题提供一个接口,可以增加和删除观察者对象,抽象主题角色又叫做抽象被观察者(Observable)角色。
● 具体主题(ConcreteSubject)角色:将有关状态存入具体观察者对象;在具体主题的内部状态改变时,给所有登记过的观察者发出通知。具体主题角色又叫做具体被观察者(Concrete Observable)角色。
● 抽象观察者(Observer)角色:为所有的具体观察者定义一个接口,在得到主题的通知时更新自己,这个接口叫做更新接口。
● 具体观察者(ConcreteObserver)角色:存储与主题的状态自恰的状态。具体观察者角色实现抽象观察者角色所要求的更新接口,以便使本身的状态与主题的状态 像协调。如果需要,具体观察者角色可以保持一个指向具体主题对象的引用。
源代码
抽象主题角色类
public abstract class Subject {
/**
* 用来保存注册的观察者对象
*/
private List<Observer> list = new ArrayList<Observer>();
/**
* 注册观察者对象
* @param observer 观察者对象
*/
public void attach(Observer observer){
list.add(observer);
System.out.println("Attached an observer");
}
/**
* 删除观察者对象
* @param observer 观察者对象
*/
public void detach(Observer observer){
list.remove(observer);
}
/**
* 通知所有注册的观察者对象
*/
public void nodifyObservers(String newState){
for(Observer observer : list){
observer.update(newState);
}
}
}
具体主题角色类
public class ConcreteSubject extends Subject{
private String state;
public String getState() {
return state;
}
public void change(String newState){
state = newState;
System.out.println("主题状态为:" + state);
//状态发生改变,通知各个观察者
this.nodifyObservers(state);
}
}
抽象观察者角色类
public interface Observer {
/**
* 更新接口
* @param state 更新的状态
*/
public void update(String state);
}
具体观察者角色类
public class ConcreteObserver implements Observer {
//观察者的状态
private String observerState;
@Override
public void update(String state) {
/**
* 更新观察者的状态,使其与目标的状态保持一致
*/
observerState = state;
System.out.println("状态为:"+observerState);
}
}
客户端类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建主题对象
ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
//创建观察者对象
Observer observer = new ConcreteObserver();
//将观察者对象登记到主题对象上
subject.attach(observer);
//改变主题对象的状态
subject.change("new state");
}
}
运行结果如下
在运行时,这个客户端首先创建了具体主题类的实例,以及一个观察者对象。然后,它调用主题对象的attach()方法,将这个观察者对象向主题对象登记,也就是将它加入到主题对象的聚集中去。
这时,客户端调用主题的change()方法,改变了主题对象的内部状态。主题对象在状态发生变化时,调用超类的notifyObservers()方法,通知所有登记过的观察者对象。
推模型和拉模型
在观察者模式中,又分为推模型和拉模型两种方式。
● 推模型
主题对象向观察者推送主题的详细信息,不管观察者是否需要,推送的信息通常是主题对象的全部或部分数据。
● 拉模型
主题对象在通知观察者的时候,只传递少量信息。如果观察者需要更具体的信息,由观察者主动到主题对象中获取,相当于是观察者从主题对象中拉数据。一般这种模型的实现中,会把主题对象自身通过update()方法传递给观察者,这样在观察者需要获取数据的时候,就可以通过这个引用来获取了。
根据上面的描述,发现前面的例子就是典型的推模型,下面给出一个拉模型的实例。
拉模型的抽象观察者类
拉模型通常都是把主题对象当做参数传递。
public interface Observer {
/**
* 更新接口
* @param subject 传入主题对象,方面获取相应的主题对象的状态
*/
public void update(Subject subject);
}
拉模型的具体观察者类
public class ConcreteObserver implements Observer {
//观察者的状态
private String observerState;
@Override
public void update(Subject subject) {
/**
* 更新观察者的状态,使其与目标的状态保持一致
*/
observerState = ((ConcreteSubject)subject).getState();
System.out.println("观察者状态为:"+observerState);
}
}
拉模型的抽象主题类
拉模型的抽象主题类主要的改变是nodifyObservers()方法。在循环通知观察者的时候,也就是循环调用观察者的update()方法的时候,传入的参数不同了。
public abstract class Subject {
/**
* 用来保存注册的观察者对象
*/
private List<Observer> list = new ArrayList<Observer>();
/**
* 注册观察者对象
* @param observer 观察者对象
*/
public void attach(Observer observer){
list.add(observer);
System.out.println("Attached an observer");
}
/**
* 删除观察者对象
* @param observer 观察者对象
*/
public void detach(Observer observer){
list.remove(observer);
}
/**
* 通知所有注册的观察者对象
*/
public void nodifyObservers(){
for(Observer observer : list){
observer.update(this);
}
}
}
拉模型的具体主题类
跟推模型相比,有一点变化,就是调用通知观察者的方法的时候,不需要传入参数了。
public class ConcreteSubject extends Subject{
private String state;
public String getState() {
return state;
}
public void change(String newState){
state = newState;
System.out.println("主题状态为:" + state);
//状态发生改变,通知各个观察者
this.nodifyObservers();
}
}
两种模式的比较
■ 推模型是假定主题对象知道观察者需要的数据;而拉模型是主题对象不知道观察者具体需要什么数据,没有办法的情况下,干脆把自身传递给观察者,让观察者自己去按需要取值。
■ 推模型可能会使得观察者对象难以复用,因为观察者的update()方法是按需要定义的参数,可能无法兼顾没有考虑到的使用情况。这就意味着出现新情况的时候,就可能提供新的update()方法,或者是干脆重新实现观察者;而拉模型就不会造成这样的情况,因为拉模型下,update()方法的参数是主题对象本身,这基本上是主题对象能传递的最大数据集合了,基本上可以适应各种情况的需要。
JAVA提供的对观察者模式的支持
在JAVA语言的java.util库里面,提供了一个Observable类以及一个Observer接口,构成JAVA语言对观察者模式的支持。
Observer接口
这个接口只定义了一个方法,即update()方法,当被观察者对象的状态发生变化时,被观察者对象的notifyObservers()方法就会调用这一方法。
public interface Observer {
void update(Observable o, Object arg);
}
Observable类
被观察者类都是java.util.Observable类的子类。java.util.Observable提供公开的方法支持观察者对象,这些方法中有两个对Observable的子类非常重要:一个是setChanged(),另一个是notifyObservers()。第一方法setChanged()被调用之后会设置一个内部标记变量,代表被观察者对象的状态发生了变化。第二个是notifyObservers(),这个方法被调用时,会调用所有登记过的观察者对象的update()方法,使这些观察者对象可以更新自己。
public class Observable {
private boolean changed = false;
private Vector obs;
/** Construct an Observable with zero Observers. */
public Observable() {
obs = new Vector();
}
/**
* 将一个观察者添加到观察者聚集上面
*/
public synchronized void addObserver(Observer o) {
if (o == null)
throw new NullPointerException();
if (!obs.contains(o)) {
obs.addElement(o);
}
}
/**
* 将一个观察者从观察者聚集上删除
*/
public synchronized void deleteObserver(Observer o) {
obs.removeElement(o);
}
public void notifyObservers() {
notifyObservers(null);
}
/**
* 如果本对象有变化(那时hasChanged 方法会返回true)
* 调用本方法通知所有登记的观察者,即调用它们的update()方法
* 传入this和arg作为参数
*/
public void notifyObservers(Object arg) {
Object[] arrLocal;
synchronized (this) {
if (!changed)
return;
arrLocal = obs.toArray();
clearChanged();
}
for (int i = arrLocal.length-1; i>=0; i--)
((Observer)arrLocal[i]).update(this, arg);
}
/**
* 将观察者聚集清空
*/
public synchronized void deleteObservers() {
obs.removeAllElements();
}
/**
* 将“已变化”设置为true
*/
protected synchronized void setChanged() {
changed = true;
}
/**
* 将“已变化”重置为false
*/
protected synchronized void clearChanged() {
changed = false;
}
/**
* 检测本对象是否已变化
*/
public synchronized boolean hasChanged() {
return changed;
}
/**
* Returns the number of observers of this <tt>Observable</tt> object.
*
* @return the number of observers of this object.
*/
public synchronized int countObservers() {
return obs.size();
}
}
这个类代表一个被观察者对象,有时称之为主题对象。一个被观察者对象可以有数个观察者对象,每个观察者对象都是实现Observer接口的对象。在被观察者发生变化时,会调用Observable的notifyObservers()方法,此方法调用所有的具体观察者的update()方法,从而使所有的观察者都被通知更新自己。
怎样使用JAVA对观察者模式的支持
这里给出一个非常简单的例子,说明怎样使用JAVA所提供的对观察者模式的支持。在这个例子中,被观察对象叫做Watched;而观察者对象叫做Watcher。Watched对象继承自java.util.Observable类;而Watcher对象实现了java.util.Observer接口。另外有一个Test类扮演客户端角色。
源代码
被观察者Watched类源代码
public class Watched extends Observable{
private String data = "";
public String getData() {
return data;
}
public void setData(String data) {
if(!this.data.equals(data)){
this.data = data;
setChanged();
}
notifyObservers();
}
}
观察者类源代码
public class Watcher implements Observer{
public Watcher(Observable o){
o.addObserver(this);
}
@Override
public void update(Observable o, Object arg) {
System.out.println("状态发生改变:" + ((Watched)o).getData());
}
}
8.工厂(简单工厂和抽象工厂)
抽象工厂模式代码
产品类:
//发动机以及型号 public interface Engine { } public class EngineA extends Engine{ public EngineA(){ System.out.println("制造-->EngineA"); } } public class EngineBextends Engine{ public EngineB(){ System.out.println("制造-->EngineB"); } } //空调以及型号 public interface Aircondition { } public class AirconditionA extends Aircondition{ public AirconditionA(){ System.out.println("制造-->AirconditionA"); } } public class AirconditionB extends Aircondition{ public AirconditionB(){ System.out.println("制造-->AirconditionB"); } }
创建工厂类:
//创建工厂的接口 public interface AbstractFactory { //制造发动机 public Engine createEngine(); //制造空调 public Aircondition createAircondition(); } //为宝马320系列生产配件 public class FactoryBMW320 implements AbstractFactory{ @Override public Engine createEngine() { return new EngineA(); } @Override public Aircondition createAircondition() { return new AirconditionA(); } } //宝马523系列 public class FactoryBMW523 implements AbstractFactory { @Override public Engine createEngine() { return new EngineB(); } @Override public Aircondition createAircondition() { return new AirconditionB(); } }
客户:
public class Customer { public static void main(String[] args){ //生产宝马320系列配件 FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320(); factoryBMW320.createEngine(); factoryBMW320.createAircondition(); //生产宝马523系列配件 FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523(); factoryBMW320.createEngine(); factoryBMW320.createAircondition(); } }
关于抽象工厂模式与工厂方法模式的区别,这里就不说了,感觉多看几遍例子就能理解,还有很多提到的产品族、等级结构等概念,说了反而更难理解。