23种设计模式全解析-上

一、设计模式的分类

总体来说设计模式分为三大类:

创建型模式,共五种: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,共七种:适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式,共十一种: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。

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:

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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,而是要扩展原有代码,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,我们需要使用接口和抽象类等,后面的具体设计中我们会提到这点。

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、里氏替换原则(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

历史替换原则中,子类对父类的方法尽量不要重写和重载。因为父类代表了定义好的结构,通过这个规范的接口与外界交互,子类不应该随便破坏它。

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

这个是开闭原则的基础,具体内容:面向接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。写代码时用到具体类时,不与具体类交互,而与具体类的上层接口交互。

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

这个原则的意思是:每个接口中不存在子类用不到却必须实现的方法,如果不然,就要将接口拆分。使用多个隔离的接口,比使用单个接口(多个接口方法集合到一个的接口)要好。

5、迪米特法则(最少知道原则)(Demeter Principle)

就是说:一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说无论被依赖的类多么复杂,都应该将逻辑封装在方法的内部,通过public方法提供给外部。这样当被依赖的类变化时,才能最小的影响该类。

最少知道原则的另一个表达方式是:只与直接的朋友通信。类之间只要有耦合关系,就叫朋友关系。耦合分为依赖、关联、聚合、组合等。我们称出现为成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接朋友。局部变量、临时变量则不是直接的朋友。我们要求陌生的类不要作为局部变量出现在类中。

6、合成复用原则(Composite Reuse Principle)

原则是尽量首先使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。

三、Java的23中设计模式

A、创建模式

从这一块开始,我们详细介绍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。

首先,简单工厂模式不属于23中涉及模式,简单工厂一般分为:普通简单工厂、多方法简单工厂、静态方法简单工厂。

0、简单工厂模式

简单工厂模式模式分为三种:

01、普通

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。首先看下关系图:

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举例如下:(我们举一个发送邮件和短信的例子)

首先,创建二者的共同接口:

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public interface Sender {  
public void Send();
}

其次,创建实现类:

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public class MailSender implements Sender {  
@Override
public void Send() {
System.out.println("this is mailsender!");
}
}
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public class SmsSender implements Sender {  

@Override
public void Send() {
System.out.println("this is sms sender!");
}
}

最后,建工厂类:

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public class SendFactory {  

public Sender produce(String type) {
if ("mail".equals(type)) {
return new MailSender();
} else if ("sms".equals(type)) {
return new SmsSender();
} else {
System.out.println("请输入正确的类型!");
return null;
}
}
}

我们来测试下:

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public class FactoryTest {  

public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produce("sms");
sender.Send();
}
}

输出:this is sms sender!

02、多个方法

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:

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将上面的代码做下修改,改动下SendFactory类就行,如下:

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public class SendFactory {  
public Sender produceMail(){
return new MailSender();
}

public Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}

测试类如下:

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public class FactoryTest {  

public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produceMail();
sender.Send();
}
}

输出:this is mailsender!

03、多个静态方法

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。

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public class SendFactory {  

public static Sender produceMail(){
return new MailSender();
}

public static Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}


public class FactoryTest {

public static void main(String[] args) {
Sender sender = SendFactory.produceMail();
sender.Send();
}
}

输出:this is mailsender!

总体来说,工厂模式适合:凡是出现了大量的产品需要创建,并且具有共同的接口时,可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中,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,大多数情况下,我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

1、工厂方法模式(Factory Method)

简单工厂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?就用到工厂方法模式,创建一个工厂接口和创建多个工厂实现类,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。

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请看例子:

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public interface Sender {  
public void Send();
}

两个实现类:

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public class MailSender implements Sender {  
@Override
public void Send() {
System.out.println("this is mailsender!");
}
}

public class SmsSender implements Sender {

@Override
public void Send() {
System.out.println("this is sms sender!");
}
}

两个工厂类:

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public class SendMailFactory implements Provider {  

@Override
public Sender produce(){
return new MailSender();
}
}

public class SendSmsFactory implements Provider{

@Override
public Sender produce() {
return new SmsSender();
}
}

在提供一个接口:

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public interface Provider {  
public Sender produce();
}

测试类:

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public class Test {  

public static void main(String[] args) {
Provider provider = new SendMailFactory();
Sender sender = provider.produce();
sender.Send();
}
}

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!

2、抽象工厂模式

工厂方法模式和抽象工厂模式不好分清楚,他们的区别如下:

工厂方法模式:

一个抽象产品类,可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类,可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。

抽象工厂模式:

多个抽象产品类,每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类,可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例,也就是创建的是一个产品线下的多个产品。

区别:

工厂方法模式只有一个抽象产品类,而抽象工厂模式有多个。

工厂方法模式的具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例,而抽象工厂模式可以创建多个。

工厂方法创建 “一种” 产品,他的着重点在于”怎么创建”,也就是说如果你开发,你的大量代码很可能围绕着这种产品的构造,初始化这些细节上面。也因为如此,类似的产品之间有很多可以复用的特征,所以会和模版方法相随。

抽象工厂需要创建一些列产品,着重点在于”创建哪些”产品上,也就是说,如果你开发,你的主要任务是划分不同差异的产品线,并且尽量保持每条产品线接口一致,从而可以从同一个抽象工厂继承。

对于java来说,你能见到的大部分抽象工厂模式都是这样的:
—它的里面是一堆工厂方法,每个工厂方法返回某种类型的对象。

比如说工厂可以生产鼠标和键盘。那么抽象工厂的实现类(它的某个具体子类)的对象都可以生产鼠标和键盘,但可能工厂A生产的是罗技的键盘和鼠标,工厂B是微软的。

这样A和B就是工厂,对应于抽象工厂;
每个工厂生产的鼠标和键盘就是产品,对应于工厂方法;

用了工厂方法模式,你替换生成键盘的工厂方法,就可以把键盘从罗技换到微软。但是用了抽象工厂模式,你只要换家工厂,就可以同时替换鼠标和键盘一套。如果你要的产品有几十个,当然用抽象工厂模式一次替换全部最方便(这个工厂会替你用相应的工厂方法)

所以说抽象工厂就像工厂,而工厂方法则像是工厂的一种产品生产线

3、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。

首先我们写一个简单的单例类:

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public class Singleton {  

/* 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 */
private static Singleton instance = null;

/* 私有构造方法,防止被实例化 */
private Singleton() {
}

/* 静态工程方法,创建实例 */
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}

/* 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 */
public Object readResolve() {
return instance;
}
}

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:

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public static synchronized Singleton getInstance() {  
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}

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:

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public static Singleton getInstance() {  
if (instance == null) {
synchronized (instance) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}

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:

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private static class SingletonFactory{           
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonFactory.instance;
}

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:

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public class Singleton {  

/* 私有构造方法,防止被实例化 */
private Singleton() {
}

/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
private static class SingletonFactory {
private static Singleton instance = new Singleton();
}

/* 获取实例 */
public static Singleton getInstance() {
return SingletonFactory.instance;
}

/* 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 */
public Object readResolve() {
return getInstance();
}
}

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:

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public class SingletonTest {  

private static SingletonTest instance = null;

private SingletonTest() {
}

private static synchronized void syncInit() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonTest();
}
}

public static SingletonTest getInstance() {
if (instance == null) {
syncInit();
}
return instance;
}
}

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

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public class SingletonTest {  

private static SingletonTest instance = null;
private Vector properties = null;

public Vector getProperties() {
return properties;
}

private SingletonTest() {
}

private static synchronized void syncInit() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonTest();
}
}

public static SingletonTest getInstance() {
if (instance == null) {
syncInit();
}
return instance;
}

public void updateProperties() {
SingletonTest shadow = new SingletonTest();
properties = shadow.getProperties();
}
}

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!

4、建造者模式(Builder)

5、原型模式(Prototype)

原型模式虽然是创建型的模式,但是与工程模式没有关系,从名字即可看出,该模式的思想就是将一个对象作为原型,对其进行复制、克隆,产生一个和原对象类似的新对象。本小结会通过对象的复制,进行讲解。在Java中,复制对象是通过clone()实现的,先创建一个原型类:

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public class Prototype implements Cloneable {  

public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}
}

很简单,一个原型类,只需要实现Cloneable接口,覆写clone方法,此处clone方法可以改成任意的名称,因为Cloneable接口是个空接口,你可以任意定义实现类的方法名,如cloneA或者cloneB,因为此处的重点是super.clone()这句话,super.clone()调用的是Object的clone()方法,而在Object类中,clone()是native的,具体怎么实现,我会在另一篇文章中,关于解读Java中本地方法的调用,此处不再深究。在这儿,我将结合对象的浅复制和深复制来说一下,首先需要了解对象深、浅复制的概念:

浅复制:将一个对象复制后,基本数据类型的变量都会重新创建,而引用类型,指向的还是原对象所指向的。

深复制:将一个对象复制后,不论是基本数据类型还有引用类型,都是重新创建的。简单来说,就是深复制进行了完全彻底的复制,而浅复制不彻底。

此处,写一个深浅复制的例子:

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public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  

private static final long serialVersionUID = 1L;
private String string;

private SerializableObject obj;

/* 浅复制 */
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}

/* 深复制 */
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {

/* 写入当前对象的二进制流 */
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);

/* 读出二进制流产生的新对象 */
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}

public String getString() {
return string;
}

public void setString(String string) {
this.string = string;
}

public SerializableObject getObj() {
return obj;
}

public void setObj(SerializableObject obj) {
this.obj = obj;
}

}

class SerializableObject implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
}

要实现深复制,需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入,再写出二进制数据对应的对象。

B、结构模式(7种)

我们接着讨论设计模式,上篇文章我讲完了5种创建型模式,这章开始,我将讲下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,我们看下面的图:

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6、适配器模式

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。

01、类的适配器模式

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

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public class Source {  

public void method1() {
System.out.println("this is original method!");
}
}

public interface Targetable {

/* 与原类中的方法相同 */
public void method1();

/* 新类的方法 */
public void method2();
}

public class Adapter extends Source implements Targetable {

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

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

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public class AdapterTest {  

public static void main(String[] args) {
Targetable target = new Adapter();
target.method1();
target.method2();
}
}

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。

02、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:

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只需要修改Adapter类的源码即可:

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public class Wrapper implements Targetable {  

private Source source;

public Wrapper(Source source){
super();
this.source = source;
}
@Override
public void method2() {
System.out.println("this is the targetable method!");
}

@Override
public void method1() {
source.method1();
}
}

测试类:

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public class AdapterTest {  

public static void main(String[] args) {
Source source = new Source();
Targetable target = new Wrapper(source);
target.method1();
target.method2();
}
}

输出与第一种一样,只是适配的方法不同而已。

03、接口的适配器模式

第三种适配器模式是接口的适配器模式,接口的适配器是这样的:有时我们写的一个接口中有多个抽象方法,当我们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我们需要的,有时只需要某一些,此处为了解决这个问题,我们引入了接口的适配器模式,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,所以我们写一个类,继承该抽象类,重写我们需要的方法就行。看一下类图:

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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:

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public interface Sourceable {  

public void method1();
public void method2();
}

抽象类Wrapper2:

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public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  

public void method1(){}
public void method2(){}
}

public class SourceSub1 extends Wrapper2 {
public void method1(){
System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");
}
}

public class SourceSub2 extends Wrapper2 {
public void method2(){
System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");
}
}

public class WrapperTest {

public static void main(String[] args) {
Sourceable source1 = new SourceSub1();
Sourceable source2 = new SourceSub2();

source1.method1();
source1.method2();
source2.method1();
source2.method2();
}
}

测试输出:

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

达到了我们的效果!

讲了这么多,总结一下三种适配器模式的应用场景:

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。

7、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:

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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:

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public interface Sourceable {  
public void method();
}

public class Source implements Sourceable {

@Override
public void method() {
System.out.println("the original method!");
}
}

public class Decorator implements Sourceable {

private Sourceable source;

public Decorator(Sourceable source){
super();
this.source = source;
}
@Override
public void method() {
System.out.println("before decorator!");
source.method();
System.out.println("after decorator!");
}
}

测试类:

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public class DecoratorTest {  

public static void main(String[] args) {
Sourceable source = new Source();
Sourceable obj = new Decorator(source);
obj.method();
}
}

输出:

before decorator!
the original method!
after decorator!

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!

8、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。先来看看关系图:

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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:

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public interface Sourceable {  
public void method();
}

public class Source implements Sourceable {

@Override
public void method() {
System.out.println("the original method!");
}
}

public class Proxy implements Sourceable {

private Source source;
public Proxy(){
super();
this.source = new Source();
}
@Override
public void method() {
before();
source.method();
atfer();
}
private void atfer() {
System.out.println("after proxy!");
}
private void before() {
System.out.println("before proxy!");
}
}

测试类:

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public class ProxyTest {  

public static void main(String[] args) {
Sourceable source = new Proxy();
source.method();
}

}

输出:

before proxy!
the original method!
after proxy!

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!

9、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)

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我们先看下实现类:

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public class CPU {  

public void startup(){
System.out.println("cpu startup!");
}

public void shutdown(){
System.out.println("cpu shutdown!");
}
}

public class Memory {

public void startup(){
System.out.println("memory startup!");
}

public void shutdown(){
System.out.println("memory shutdown!");
}
}

public class Disk {

public void startup(){
System.out.println("disk startup!");
}

public void shutdown(){
System.out.println("disk shutdown!");
}
}

public class Computer {
private CPU cpu;
private Memory memory;
private Disk disk;

public Computer(){
cpu = new CPU();
memory = new Memory();
disk = new Disk();
}

public void startup(){
System.out.println("start the computer!");
cpu.startup();
memory.startup();
disk.startup();
System.out.println("start computer finished!");
}

public void shutdown(){
System.out.println("begin to close the computer!");
cpu.shutdown();
memory.shutdown();
disk.shutdown();
System.out.println("computer closed!");
}
}

User类如下:

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public class User {  

public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer();
computer.startup();
computer.shutdown();
}
}

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!

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!

10、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,像我们常用的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。我们来看看关系图:

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实现代码:

先定义接口:

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public interface Sourceable {  
public void method();
}

分别定义两个实现类:

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public class SourceSub1 implements Sourceable {  

@Override
public void method() {
System.out.println("this is the first sub!");
}
}

public class SourceSub2 implements Sourceable {

@Override
public void method() {
System.out.println("this is the second sub!");
}
}

定义一个桥,持有Sourceable的一个实例:

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public abstract class Bridge {  
private Sourceable source;

public void method(){
source.method();
}

public Sourceable getSource() {
return source;
}

public void setSource(Sourceable source) {
this.source = source;
}
}

public class MyBridge extends Bridge {
public void method(){
getSource().method();
}
}

测试类:

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public class BridgeTest {  

public static void main(String[] args) {

Bridge bridge = new MyBridge();

/*调用第一个对象*/
Sourceable source1 = new SourceSub1();
bridge.setSource(source1);
bridge.method();

/*调用第二个对象*/
Sourceable source2 = new SourceSub2();
bridge.setSource(source2);
bridge.method();
}
}

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,大家就应该明白了,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。

11、组合模式(Composite)

组合模式有时又叫部分-整体模式在处理类似树形结构的问题时比较方便,看看关系图:

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直接来看代码:

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public class TreeNode {  

private String name;
private TreeNode parent;
private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();

public TreeNode(String name){
this.name = name;
}

public String getName() {
return name;
}

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

public TreeNode getParent() {
return parent;
}

public void setParent(TreeNode parent) {
this.parent = parent;
}

//添加孩子节点
public void add(TreeNode node){
children.add(node);
}

//删除孩子节点
public void remove(TreeNode node){
children.remove(node);
}

//取得孩子节点
public Enumeration<TreeNode> getChildren(){
return children.elements();
}
}


public class Tree {

TreeNode root = null;

public Tree(String name) {
root = new TreeNode(name);
}

public static void main(String[] args) {
Tree tree = new Tree("A");
TreeNode nodeB = new TreeNode("B");
TreeNode nodeC = new TreeNode("C");

nodeB.add(nodeC);
tree.root.add(nodeB);
System.out.println("build the tree finished!");
}
}

使用场景:将多个对象组合在一起进行操作,常用于表示树形结构中,例如二叉树,数等。

12、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。

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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。

看个例子:

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看下数据库连接池的代码:

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public class ConnectionPool {  

private Vector<Connection> pool;

/*公有属性*/
private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
private String username = "root";
private String password = "root";
private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";

private int poolSize = 100;
private static ConnectionPool instance = null;
Connection conn = null;

/*构造方法,做一些初始化工作*/
private ConnectionPool() {
pool = new Vector<Connection>(poolSize);

for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
try {
Class.forName(driverClassName);
conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
pool.add(conn);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

/* 返回连接到连接池 */
public synchronized void release() {
pool.add(conn);
}

/* 返回连接池中的一个数据库连接 */
public synchronized Connection getConnection() {
if (pool.size() > 0) {
Connection conn = pool.get(0);
pool.remove(conn);
return conn;
} else {
return null;
}
}
}

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!

23种设计模式全解析-上就介绍到这边了,明天再给大家介绍剩下的11种设计模式,敬请期待哦~

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