设计模式(五)

装饰者模式

星巴克咖啡订单项目

星巴克咖啡订单项目（咖啡馆）：

咖啡种类/单品咖啡：Espresso(意大利浓咖啡)、ShortBlack、LongBlack(美式咖啡)、Decaf(无因咖啡)
调料：Milk、Soy(豆浆)、Chocolate
要求在扩展新的咖啡种类时，具有良好的扩展性、改动方便、维护方便
使用OO的来计算不同种类咖啡的费用: 客户可以点单品咖啡，也可以单品咖啡+调料组合。
Drink 是一个抽象类，表示饮料，des就是对咖啡的描述, 比如咖啡的名字，cost() 方法就是计算费用，Drink 类中做成一个抽象方法.
Decaf 就是单品咖啡，继承Drink, 并实现cost
Espress && Milk 就是单品咖啡+调料，这个组合很多
问题：这样设计，会有很多类，当我们增加一个单品咖啡，或者一个新的调料，类的数量就会倍增，就会出现类爆炸

装饰者模式原理

装饰者模式：动态的将新功能附加到对象上。在对象功能扩展方面，它比继承更有弹性，装饰者模式也体现了开闭原则(ocp)。这里提到的动态的将新功能附加到对象和ocp原则，在后面的应用实例上会以代码的形式体现。

装饰者模式就像打包一个快递

主体：比如：陶瓷、衣服 (Component) // 被装饰者；包装：比如：报纸填充、塑料泡沫、纸板、木板(Decorator) 。Component 主体：比如类似前面的Drink，ConcreteComponent和Decorator ConcreteComponent：具体的主体，比如前面的各个单品咖啡。Decorator: 装饰者，比如各调料.。Component与ConcreteComponent之间，如果 ConcreteComponent类很多,还可以设计一个缓冲层，将共有的部分提取出来，抽象层一个类。

//抽象类
public abstract class Drink {
    private String des;//描述
    private float price;//价格

    public String getDes() {
        return des;
    }

    public void setDes(String des) {
        this.des = des;
    }

    public float getPrice() {
        return price;
    }

    public void setPrice(float price) {
        this.price = price;
    }

    public abstract float cost();//计算价格
}
//被装饰者
public abstract class Coffee extends Drink{

    @Override
    public float cost() {
        return super.getPrice();
    }
}
public class Espresso extends Coffee {
    public Espresso() {
        setDes("意大利咖啡");
        setPrice(6.0f);
    }
}
public class LongBlack extends Coffee {
    public LongBlack() {
        setDes("美式咖啡");
        setPrice(5.0f);
    }
}
public class ShortBlack extends Coffee {
    public ShortBlack() {
        setDes("ShortBlack");
        setPrice(4.0f);
    }
}
//装饰者
public class Decorator extends Drink{
    //聚合Drink
    private Drink drink;

    public Decorator(Drink drink) {
        this.drink = drink;
    }

    @Override
    public float cost() {
        return getPrice() + drink.cost();
    }

    @Override
    public String getDes() {
        return super.getDes() + "&&" + drink.getDes();
    }
}
public class Milk extends Decorator {
    public Milk(Drink drink) {
        super(drink);
        setDes("牛奶");
        setPrice(2.0f);
    }
}
public class Soy extends Decorator {
    public Soy(Drink drink) {
        super(drink);
        setDes("豆浆");
        setPrice(1.5f);
    }
}
public class Chocolate extends Decorator {
    public Chocolate(Drink drink) {
        super(drink);
        setDes("巧克力");
        setPrice(3.0f);
    }

}
//客户端测试
Drink drink = new Espresso();
System.out.println("drink价格: " + drink.cost());
System.out.println("drink描述:" + drink.getDes());

drink = new Milk(drink);
System.out.println("drink价格: " + drink.cost());
System.out.println("drink描述:" + drink.getDes());

drink = new Chocolate(drink);
System.out.println("drink价格: " + drink.cost());
System.out.println("drink描述:" + drink.getDes());

drink = new Chocolate(drink);
System.out.println("drink价格: " + drink.cost());
System.out.println("drink描述:" + drink.getDes());

在JDK源码中使用

Java的IO结构，FilterInputStream就是一个装饰者

InputStream//是一个抽象类，即Component
FilterInputStream extends InputStream { //是一个装饰者类Decorator protected volatile InputStream in //被装饰的对象 DataInputStream extends FilterInputStream implements DataInput { //FilterInputStream子类

组合模式

学校院系展示需求

编写程序展示一个学校院系结构：需求是这样，要在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系。如图：

传统方案解决学校院系展示

传统方案解决学校院系展示存在的问题分析

将学院看做是学校的子类，系是学院的子类，这样实际上是站在组织大小来进行分层次的
实际上我们的要求是：在一个页面中展示出学校的院系组成，一个学校有多个学院，一个学院有多个系，因此这种方案，不能很好实现的管理的操作，比如对学院、系的添加，删除，遍历等
解决方案：把学校、院、系都看做是组织结构，他们之间没有继承的关系，而是一个树形结构，可以更好的实现管理操作。 => 组合模式

组合模式基本介绍

组合模式（Composite Pattern），又叫部分整体模式，它创建了对象组的树形结构，将对象组合成树状结构以表示“整体-部分”的层次关系。
组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。
这种类型的设计模式属于结构型模式。
组合模式使得用户对单个对象和组合对象的访问具有一致性，即：组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象

Component :这是组合中对象声明接口，在适当情况下，实现所有类共有的接口默认行为,用于访问和管理Component 子部件, Component 可以是抽象类或者接口。Leaf : 在组合中表示叶子节点，叶子节点没有子节点。

解决的问题

组合模式解决这样的问题，当我们的要处理的对象可以生成一颗树形结构，而我们要对树上的节点和叶子进行操作时，它能够提供一致的方式，而不用考虑它是节点还是叶子，对应的示意图

代码实现

//抽象类Component
public abstract class OrganizationComponent {
    private String name;
    private String desc;

    public OrganizationComponent(String name, String desc) {
        this.name = name;
        this.desc = desc;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getDesc() {
        return desc;
    }

    public void setDesc(String desc) {
        this.desc = desc;
    }

    //增
    public void add(OrganizationComponent o){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    //删
    public void remove(OrganizationComponent o){
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
    //遍历
    public abstract void list();
}
//非叶子节点Composite
//大学
public class University extends OrganizationComponent {
    private List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<>();
    public University(String name, String desc) {
        super(name, desc);
    }

    @Override
    public void add(OrganizationComponent o) {
        organizationComponents.add(o);
    }

    @Override
    public void remove(OrganizationComponent o) {
        organizationComponents.remove(o);
    }

    @Override
    public void list() {
        System.out.println("--------"+getName()+"--------");
        for(OrganizationComponent o : organizationComponents){
            o.list();
        }
    }
}
//学院
public class College extends OrganizationComponent {
    private List<OrganizationComponent> organizationComponents = new ArrayList<>();
    public College(String name, String desc) {
        super(name, desc);
    }

    @Override
    public void add(OrganizationComponent o) {
        organizationComponents.add(o);
    }

    @Override
    public void remove(OrganizationComponent o) {
        organizationComponents.remove(o);
    }

    @Override
    public void list() {
        System.out.println("----" + getName() + "----");
        for(OrganizationComponent o : organizationComponents){
            o.list();
        }
    }
}
//叶子节点，专业
public class Department extends OrganizationComponent {
    public Department(String name, String desc) {
        super(name, desc);
    }
    @Override
    public void list() {
        System.out.println(getName() + " " + getDesc());
    }
}

组合模式的注意事项和细节

简化客户端操作。客户端只需要面对一致的对象而不用考虑整体部分或者节点叶子的问题。
具有较强的扩展性。当我们要更改组合对象时，我们只需要调整内部的层次关系，客户端不用做出任何改动.
方便创建出复杂的层次结构。客户端不用理会组合里面的组成细节，容易添加节点或者叶子从而创建出复杂的树形结构
需要遍历组织机构，或者处理的对象具有树形结构时, 非常适合使用组合模式.
要求较高的抽象性，如果节点和叶子有很多差异性的话，比如很多方法和属性都不一样，不适合使用组合模式

外观模式

影院管理项目

组建一个家庭影院： DVD播放器、投影仪、自动屏幕、环绕立体声、爆米花机,要求完成使用家庭影院的功能，其过程为：

• 直接用遥控器：统筹各设备开关

• 开爆米花机

• 放下屏幕

• 开投影仪

• 开音响

• 开DVD，选dvd

• 去拿爆米花

• 调暗灯光

• 播放

• 观影结束后，关闭各种设备

传统方式解决影院管理

传统方式解决影院管理问题分析

在ClientTest 的main方法中，创建各个子系统的对象，并直接去调用子系统(对象)相关方法，会造成调用过程混乱，没有清晰的过程
不利于在ClientTest 中，去维护对子系统的操作
解决思路：定义一个高层接口，给子系统中的一组接口提供一个一致的界面(比如在高层接口提供四个方法 ready, play, pause, end )，用来访问子系统中的一群接口
也就是说就是通过定义一个一致的接口(界面类)，用以屏蔽内部子系统的细节，使得调用端只需跟这个接口发生调用，而无需关心这个子系统的内部细节 => 外观模式

代码演示

//子系统模块
public class DVDPlayer {
    private DVDPlayer(){};
    private static final DVDPlayer instance = new DVDPlayer();
    public static DVDPlayer getInstance(){
        return instance;
    }

    //开
    public void on(){
        System.out.println("dvd on");
    }
    //关
    public void off(){
        System.out.println("dvd off");
    }
    //播放
    public void play(){
        System.out.println("dvd is playing");
    }
    //暂停
    public void pause(){
        System.out.println("dvd pause");
    }
}
public class Popcorn {
    private Popcorn(){};
    private static final Popcorn instance = new Popcorn();
    public static Popcorn getInstance(){
        return instance;
    }
    public void on(){
        System.out.println("popcorn on");
    }
    public void off(){
        System.out.println("popcorn off");
    }
    public void pop(){
        System.out.println("popcorn pop");
    }
}
public class Projector {
    private Projector(){};
    private static final Projector instance = new Projector();
    public static Projector getInstance(){
        return instance;
    }
    public void on(){
        System.out.println("projector on");
    }
    public void off(){
        System.out.println("projector off");
    }
    public void focus(){
        System.out.println("projector focus");
    }
}
public class Screen {
    private Screen(){};
    private static final Screen instance = new Screen();
    public static Screen getInstance(){
        return instance;
    }
    public void down(){
        System.out.println("screen down");
    }
    public void up(){
        System.out.println("screen up");
    }
}
public class Stereo {
    private Stereo(){};
    private static final Stereo instance = new Stereo();
    public static Stereo getInstance(){
        return instance;
    }
    public void on(){
        System.out.println("stereo on");
    }
    public void off(){
        System.out.println("stereo off");
    }
    public void up(){
        System.out.println("stereo up");
    }
}
public class TheaterLight {
    private TheaterLight(){};
    private static final TheaterLight instance = new TheaterLight();
    public static TheaterLight getInstance(){
        return instance;
    }
    public void off(){
        System.out.println("theaterLight off");
    }
    public void on(){
        System.out.println("theaterLight on");
    }
    public void dim(){
        System.out.println("theaterLight dim");
    }
    public void bright(){
        System.out.println("theaterLight bright");
    }
}
//外观类
public class HomeTheaterFacade {
    private DVDPlayer dvdPlayer;
    private Popcorn popcorn;
    private Projector projector;
    private Screen screen;
    private Stereo stereo;
    private TheaterLight theaterLight;

    public HomeTheaterFacade() {
        dvdPlayer = DVDPlayer.getInstance();
        popcorn = Popcorn.getInstance();
        projector = Projector.getInstance();
        screen = Screen.getInstance();
        stereo = Stereo.getInstance();
        theaterLight = TheaterLight.getInstance();
    }

    public void ready(){
        dvdPlayer.on();
        popcorn.on();
        popcorn.pop();
        projector.on();
        screen.down();
        stereo.on();
        theaterLight.dim();
    }
    public void play(){
        projector.focus();
        dvdPlayer.play();
    }
    public void pause(){
        dvdPlayer.pause();
        theaterLight.bright();
    }

    public void end(){
        theaterLight.bright();
        stereo.off();
        screen.up();
        projector.off();
        popcorn.off();
        dvdPlayer.off();
    }
}
//客户端
HomeTheaterFacade homeTheaterFacade = new HomeTheaterFacade();
homeTheaterFacade.ready();
homeTheaterFacade.play();
homeTheaterFacade.end();

基本介绍

外观模式（Facade），也叫“过程模式：外观模式为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。外观模式通过定义一个一致的接口，用以屏蔽内部子系统的细节，使得调用端只需跟这个接口发生调用，而无需关心这个子系统的内部细节。

外观模式的注意事项和细节

外观模式对外屏蔽了子系统的细节，因此外观模式降低了客户端对子系统使用的复杂性
外观模式对客户端与子系统的耦合关系，让子系统内部的模块更易维护和扩展
通过合理的使用外观模式，可以帮我们更好的划分访问的层次
当系统需要进行分层设计时，可以考虑使用Facade模式
在维护一个遗留的大型系统时，可能这个系统已经变得非常难以维护和扩展，此时可以考虑为新系统开发一个Facade类，来提供遗留系统的比较清晰简单的接口，让新系统与Facade类交互，提高复用性
不能过多的或者不合理的使用外观模式，使用外观模式好，还是直接调用模块好。要以让系统有层次，利于维护为目的。

享元模式

展示网站项目需求

小型的外包项目，给客户A做一个产品展示网站，客户A的朋友感觉效果不错，也希望做这样的产品展示网站，但是要求都有些不同：

有客户要求以新闻的形式发布
有客户人要求以博客的形式发布
有客户希望以微信公众号的形式发布

传统解决方法

传统方案解决网站展现项目-问题分析

需要的网站结构相似度很高，而且都不是高访问量网站，如果分成多个虚拟空间来处理，相当于一个相同网站的实例对象很多，造成服务器的资源浪费
解决思路：整合到一个网站中，共享其相关的代码和数据，对于硬盘、内存、CPU、数据库空间等服务器资源都可以达成共享，减少服务器资源
对于代码来说，由于是一份实例，维护和扩展都更加容易
上面的解决思路就可以使用享元模式来解决

享元模式基本介绍

享元模式（Flyweight Pattern)也叫蝇量模式: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。常用于系统底层开发，解决系统的性能问题。像数据库连接池，里面都是创建好的连接对象，在这些连接对象中有我们需要的则直接拿来用，避免重新创建，如果没有我们需要的，则创建一个。享元模式能够解决重复对象的内存浪费的问题，当系统中有大量相似对象，需要缓冲池时。不需总是创建新对象，可以从缓冲池里拿。这样可以降低系统内存，同时提高效率。享元模式经典的应用场景就是池技术了，String常量池、数据库连接池、缓冲池等等都是享元模式的应用，享元模式是池技术的重要实现方式。

享元模式的原理类图

FlyWeight 是抽象的享元角色, 他是产品的抽象类, 同时定义出对象的外部状态和内部状态(后面介绍) 的接口或实现
ConcreteFlyWeight 是具体的享元角色，是具体的产品类，实现抽象角色定义相关业务
UnSharedConcreteFlyWeight 是不可共享的角色，一般不会出现在享元工厂
FlyweightFactory是享元工厂

内部状态和外部状态

比如围棋、五子棋、跳棋，它们都有大量的棋子对象，围棋和五子棋只有黑白两色，跳棋颜色多一点，所以棋子颜色就是棋子的内部状态；而各个棋子之间的差别就是位置的不同，当我们落子后，落子颜色是定的，但位置是变化的，所以棋子坐标就是棋子的外部状态

享元模式提出了两个要求：细粒度和共享对象。这里就涉及到内部状态和外部状态了，即将对象的信息分为两个部分：内部状态和外部状态

内部状态指对象共享出来的信息，存储在享元对象内部且不会随环境的改变而改变

外部状态指对象得以依赖的一个标记，是随环境改变而改变的、不可共享的状态。

举个例子：围棋理论上有361个空位可以放棋子，每盘棋都有可能有两三百个棋子对象产生，因为内存空间有限，一台服务器很难支持更多的玩家玩围棋游戏，如果用享元模式来处理棋子，那么棋子对象就可以减少到只有两个实例，这样就很好的解决了对象的开销问题。

代码实现

//享元模式中的抽象类
public abstract class WebSite {
    //使用网站
    public abstract void use(User user);
}
//外部状态，不同的使用者
public class User {
    private String name;

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//具体网站类型
public class ConcreteWebSite extends WebSite {
    private String type;//网站类型内部状态

    public ConcreteWebSite(String type) {
        this.type = type;
    }

    @Override
    public void use(User user) {//User使用者外部状态
        System.out.println("网站类型: " + type + "正在使用... 使用者:" + user.getName());
    }
}
//享元工厂
public class FlyweightFactory {
    //使用容器存储所有不同类型的网站，池
    private HashMap<String,ConcreteWebSite> pool = new HashMap<>();
    public WebSite getWebSite(String type){
        if(!pool.containsKey(type)){
            //当没有包含该网站类型的时候创建网站类型并放入池中
            pool.put(type,new ConcreteWebSite(type));
        }
        return pool.get(type);
    }

    public int getWebSiteCount(){
        return pool.size();
    }
}
//client
FlyweightFactory flyweightFactory = new FlyweightFactory();
WebSite webSite1 = flyweightFactory.getWebSite("网站");
webSite1.use(new User("tom"));
WebSite website2 = flyweightFactory.getWebSite("博客");
website2.use(new User("jack"));
website2.use(new User("smith"));
System.out.println(flyweightFactory.getWebSiteCount());

注意事项

在享元模式这样理解，“享”就表示共享，“元”表示对象
系统中有大量对象，这些对象消耗大量内存，并且对象的状态大部分可以外部化时，我们就可以考虑选用享元模式
用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象，用HashMap/HashTable存储
享元模式大大减少了对象的创建，降低了程序内存的占用，提高效率
享元模式提高了系统的复杂度。需要分离出内部状态和外部状态，而外部状态具有固化特性，不应该随着内部状态的改变而改变，这是我们使用享元模式需要注意的地方.
使用享元模式时，注意划分内部状态和外部状态，并且需要有一个工厂类加以控制。
享元模式经典的应用场景是需要缓冲池的场景，比如 String常量池、数据库连接池。

posted @ 2021-11-03 19:19 无涯子wyz 阅读(86) 评论(0) 收藏举报

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设计模式(五)

装饰者模式

星巴克咖啡订单项目

装饰者模式原理

在JDK源码中使用

组合模式

学校院系展示需求

传统方案解决学校院系展示

传统方案解决学校院系展示存在的问题分析

组合模式基本介绍

解决的问题

代码实现

组合模式的注意事项和细节

外观模式

影院管理项目

传统方式解决影院管理

传统方式解决影院管理问题分析

代码演示

基本介绍

外观模式的注意事项和细节

享元模式

展示网站项目需求

传统解决方法

传统方案解决网站展现项目-问题分析

享元模式基本介绍

享元模式的原理类图

内部状态和外部状态

代码实现

注意事项

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