23種設計模式

一、設計模式的分類

總體來說設計模式分爲三大類:

創建型模式,共五種:工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。

結構型模式,共七種:適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。

行爲型模式,共十一種:策略模式、模板方法模式、觀察者模式、疊代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。

其實還有兩類:並發型模式和線程池模式。用一個圖片來整體描述一下:

23種設計模式

 

二、設計模式的六大原則

1、開閉原則(Open Close Principle)

開閉原則就是說對擴展開放,對修改關閉。在程序需要進行拓展的時候,不能去修改原有的代碼,實現一個熱插拔的效果。所以一句話概括就是:爲了使程序的擴展性好,易于維護和升級。想要達到這樣的效果,我們需要使用接口和抽象類,後面的具體設計中我們會提到這點。

2、裏氏代換原則(Liskov Substitution Principle)

裏氏代換原則(Liskov Substitution Principle LSP)面向對象設計的基本原則之一。 裏氏代換原則中說,任何基類可以出現的地方,子類一定可以出現。 LSP是繼承複用的基石,只有當衍生類可以替換掉基類,軟件單位的功能不受到影響時,基類才能真正被複用,而衍生類也能夠在基類的基礎上增加新的行爲。裏氏代換原則是對“開-閉”原則的補充。實現“開-閉”原則的關鍵步驟就是抽象化。而基類與子類的繼承關系就是抽象化的具體實現,所以裏氏代換原則是對實現抽象化的具體步驟的規範。—— From Baidu 百科

3、依賴倒轉原則(Dependence Inversion Principle)

這個是開閉原則的基礎,具體內容:真對接口編程,依賴于抽象而不依賴于具體。

4、接口隔離原則(Interface Segregation Principle)

這個原則的意思是:使用多個隔離的接口,比使用單個接口要好。還是一個降低類之間的耦合度的意思,從這兒我們看出,其實設計模式就是一個軟件的設計思想,從大型軟件架構出發,爲了升級和維護方便。所以上文中多次出現:降低依賴,降低耦合。

5、迪米特法則(最少知道原則)(Demeter Principle)

爲什麽叫最少知道原則,就是說:一個實體應當盡量少的與其他實體之間發生相互作用,使得系統功能模塊相對獨立。

6、合成複用原則(Composite Reuse Principle)

原則是盡量使用合成/聚合的方式,而不是使用繼承。

三、Java的23中設計模式

從這一塊開始,我們詳細介紹Java中23種設計模式的概念,應用場景等情況,並結合他們的特點及設計模式的原則進行分析。

1、工廠方法模式(Factory Method)

工廠方法模式分爲三種:

11、普通工廠模式,就是建立一個工廠類,對實現了同一接口的一些類進行實例的創建。首先看下關系圖:

23種設計模式

舉例如下:(我們舉一個發送郵件和短信的例子)

首先,創建二者的共同接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sender {  

  2.     public void Send();  

  3. }  

其次,創建實現類:

[java] view plaincopy

  1. public class MailSender implements Sender {  

  2.     @Override  

  3.     public void Send() {  

  4.         System.out.println("this is mailsender!");  

  5.     }  

  6. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SmsSender implements Sender {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void Send() {  

  5.         System.out.println("this is sms sender!");  

  6.     }  

  7. }  

最後,建工廠類:

[java] view plaincopy

  1. public class SendFactory {  

  2.   

  3.     public Sender produce(String type) {  

  4.         if ("mail".equals(type)) {  

  5.             return new MailSender();  

  6.         } else if ("sms".equals(type)) {  

  7.             return new SmsSender();  

  8.         } else {  

  9.             System.out.println("請輸入正確的類型!");  

  10.             return null;  

  11.         }  

  12.     }  

  13. }  

我們來測試下:

  1. public class FactoryTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         SendFactory factory = new SendFactory();  

  5.         Sender sender = factory.produce("sms");  

  6.         sender.Send();  

  7.     }  

  8. }  

輸出:this is sms sender!

22、多個工廠方法模式,是對普通工廠方法模式的改進,在普通工廠方法模式中,如果傳遞的字符串出錯,則不能正確創建對象,而多個工廠方法模式是提供多個工廠方法,分別創建對象。關系圖:

23種設計模式

將上面的代碼做下修改,改動下SendFactory類就行,如下:

[java] view plaincopypublic class SendFactory {  

   public Sender produceMail(){  

  1.         return new MailSender();  

  2.     }  

  3.       

  4.     public Sender produceSms(){  

  5.         return new SmsSender();  

  6.     }  

  7. }  

測試類如下:

[java] view plaincopy

  1. public class FactoryTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         SendFactory factory = new SendFactory();  

  5.         Sender sender = factory.produceMail();  

  6.         sender.Send();  

  7.     }  

  8. }  

輸出:this is mailsender!

33、靜態工廠方法模式,將上面的多個工廠方法模式裏的方法置爲靜態的,不需要創建實例,直接調用即可。

[java] view plaincopy

  1. public class SendFactory {  

  2.       

  3.     public static Sender produceMail(){  

  4.         return new MailSender();  

  5.     }  

  6.       

  7.     public static Sender produceSms(){  

  8.         return new SmsSender();  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class FactoryTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {      

  4.         Sender sender = SendFactory.produceMail();  

  5.         sender.Send();  

  6.     }  

  7. }  

輸出:this is mailsender!

總體來說,工廠模式適合:凡是出現了大量的産品需要創建,並且具有共同的接口時,可以通過工廠方法模式進行創建。在以上的三種模式中,第一種如果傳入的字符串有誤,不能正確創建對象,第三種相對于第二種,不需要實例化工廠類,所以,大多數情況下,我們會選用第三種——靜態工廠方法模式。

2、抽象工廠模式(Abstract Factory)

工廠方法模式有一個問題就是,類的創建依賴工廠類,也就是說,如果想要拓展程序,必須對工廠類進行修改,這違背了閉包原則,所以,從設計角度考慮,有一定的問題,如何解決?就用到抽象工廠模式,創建多個工廠類,這樣一旦需要增加新的功能,直接增加新的工廠類就可以了,不需要修改之前的代碼。因爲抽象工廠不太好理解,我們先看看圖,然後就和代碼,就比較容易理解。

23種設計模式

請看例子:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sender {  

  2.     public void Send();  

  3. }  

兩個實現類:

[java] view plaincopy

  1. public class MailSender implements Sender {  

  2.     @Override  

  3.     public void Send() {  

  4.         System.out.println("this is mailsender!");  

  5.     }  

  6. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SmsSender implements Sender {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void Send() {  

  5.         System.out.println("this is sms sender!");  

  6.     }  

  7. }  

兩個工廠類:

[java] view plaincopy

  1. public class SendMailFactory implements Provider {  

  2.       

  3.     @Override  

  4.     public Sender produce(){  

  5.         return new MailSender();  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SendSmsFactory implements Provider{  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public Sender produce() {  

  5.         return new SmsSender();  

  6.     }  

  7. }  

在提供一個接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Provider {  

  2.     public Sender produce();  

  3. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Provider provider = new SendMailFactory();  

  5.         Sender sender = provider.produce();  

  6.         sender.Send();  

  7.     }  

  8. }  

其實這個模式的好處就是,如果你現在想增加一個功能:發及時信息,則只需做一個實現類,實現Sender接口,同時做一個工廠類,實現Provider接口,就OK了,無需去改動現成的代碼。這樣做,拓展性較好!

3、單例模式(Singleton

單例對象(Singleton)是一種常用的設計模式。在Java應用中,單例對象能保證在一個JVM中,該對象只有一個實例存在。這樣的模式有幾個好處:

1、某些類創建比較頻繁,對于一些大型的對象,這是一筆很大的系統開銷。

2、省去了new操作符,降低了系統記憶體的使用頻率,減輕GC壓力。

3、有些類如交易所的核心交易引擎,控制著交易流程,如果該類可以創建多個的話,系統完全亂了。(比如一個軍隊出現了多個司令員同時指揮,肯定會亂成一團),所以只有使用單例模式,才能保證核心交易伺服器獨立控制整個流程。

首先我們寫一個簡單的單例類:

[java] view plaincopy

  1. public class Singleton {  

  2.   

  3.     /* 持有私有靜態實例,防止被引用,此處賦值爲null,目的是實現延遲載入 */  

  4.     private static Singleton instance = null;  

  5.   

  6.     /* 私有構造方法,防止被實例化 */  

  7.     private Singleton() {  

  8.     }  

  9.   

  10.     /* 靜態工程方法,創建實例 */  

  11.     public static Singleton getInstance() {  

  12.         if (instance == null) {  

  13.             instance = new Singleton();  

  14.         }  

  15.         return instance;  

  16.     }  

  17.   

  18.     /* 如果該對象被用于序列化,可以保證對象在序列化前後保持一致 */  

  19.     public Object readResolve() {  

  20.         return instance;  

  21.     }  

  22. }  


這個類可以滿足基本要求,但是,像這樣毫無線程安全保護的類,如果我們把它放入多線程的環境下,肯定就會出現問題了,如何解決?我們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字,如下:

[java] view plaincopy

  1. public static synchronized Singleton getInstance() {  

  2.         if (instance == null) {  

  3.             instance = new Singleton();  

  4.         }  

  5.         return instance;  

  6.     }  

但是,synchronized關鍵字鎖住的是這個對象,這樣的用法,在效能上會有所下降,因爲每次調用getInstance(),都要對對象上鎖,事實上,只有在第一次創建對象的時候需要加鎖,之後就不需要了,所以,這個地方需要改進。我們改成下面這個:

[java] view plaincopy

  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.     }  

似乎解決了之前提到的問題,將synchronized關鍵字加在了內部,也就是說當調用的時候是不需要加鎖的,只有在instance爲null,並創建對象的時候才需要加鎖,效能有一定的提升。但是,這樣的情況,還是有可能有問題的,看下面的情況:在Java指令中創建對象和賦值操作是分開進行的,也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。但是JVM並不保證這兩個操作的先後順序,也就是說有可能JVM會爲新的Singleton實例分配空間,然後直接賦值給instance成員,然後再去初始化這個Singleton實例。這樣就可能出錯了,我們以A、B兩個線程爲例:

a>A、B線程同時進入了第一個if判斷

b>A首先進入synchronized塊,由于instance爲null,所以它執行instance = new Singleton();

c>由于JVM內部的優化機制,JVM先畫出了一些分配給Singleton實例的空白記憶體,並賦值給instance成員(注意此時JVM沒有開始初始化這個實例),然後A離開了synchronized塊。

d>B進入synchronized塊,由于instance此時不是null,因此它馬上離開了synchronized塊並將結果返回給調用該方法的程序。

e>此時B線程打算使用Singleton實例,卻發現它沒有被初始化,于是錯誤發生了。

所以程序還是有可能發生錯誤,其實程序在運行過程是很複雜的,從這點我們就可以看出,尤其是在寫多線程環境下的程序更有難度,有挑戰性。我們對該程序做進一步優化:

[java] view plaincopy

  1. private static class SingletonFactory{           

  2.         private static Singleton instance = new Singleton();           

  3.     }           

  4.     public static Singleton getInstance(){           

  5.         return SingletonFactory.instance;           

  6.     }   

實際情況是,單例模式使用內部類來維護單例的實現,JVM內部的機制能夠保證當一個類被載入的時候,這個類的載入過程是線程互斥的。這樣當我們第一次調用getInstance的時候,JVM能夠幫我們保證instance只被創建一次,並且會保證把賦值給instance的記憶體初始化完畢,這樣我們就不用擔心上面的問題。同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制,這樣就解決了低效能問題。這樣我們暫時總結一個完美的單例模式:

[java] view plaincopy

  1. public class Singleton {  

  2.   

  3.     /* 私有構造方法,防止被實例化 */  

  4.     private Singleton() {  

  5.     }  

  6.   

  7.     /* 此處使用一個內部類來維護單例 */  

  8.     private static class SingletonFactory {  

  9.         private static Singleton instance = new Singleton();  

  10.     }  

  11.   

  12.     /* 獲取實例 */  

  13.     public static Singleton getInstance() {  

  14.         return SingletonFactory.instance;  

  15.     }  

  16.   

  17.     /* 如果該對象被用于序列化,可以保證對象在序列化前後保持一致 */  

  18.     public Object readResolve() {  

  19.         return getInstance();  

  20.     }  

  21. }  

其實說它完美,也不一定,如果在構造函數中抛出異常,實例將永遠得不到創建,也會出錯。所以說,十分完美的東西是沒有的,我們只能根據實際情況,選擇最適合自己應用場景的實現方法。也有人這樣實現:因爲我們只需要在創建類的時候進行同步,所以只要將創建和getInstance()分開,單獨爲創建加synchronized關鍵字,也是可以的:

[java] view plaincopy

  1. public class SingletonTest {  

  2.   

  3.     private static SingletonTest instance = null;  

  4.   

  5.     private SingletonTest() {  

  6.     }  

  7.   

  8.     private static synchronized void syncInit() {  

  9.         if (instance == null) {  

  10.             instance = new SingletonTest();  

  11.         }  

  12.     }  

  13.   

  14.     public static SingletonTest getInstance() {  

  15.         if (instance == null) {  

  16.             syncInit();  

  17.         }  

  18.         return instance;  

  19.     }  

  20. }  

考慮效能的話,整個程序只需創建一次實例,所以效能也不會有什麽影響。

補充:采用"影子實例"的辦法爲單例對象的屬性同步更新

[java] view plaincopy

  1. public class SingletonTest {  

  2.   

  3.     private static SingletonTest instance = null;  

  4.     private Vector properties = null;  

  5.   

  6.     public Vector getProperties() {  

  7.         return properties;  

  8.     }  

  9.   

  10.     private SingletonTest() {  

  11.     }  

  12.   

  13.     private static synchronized void syncInit() {  

  14.         if (instance == null) {  

  15.             instance = new SingletonTest();  

  16.         }  

  17.     }  

  18.   

  19.     public static SingletonTest getInstance() {  

  20.         if (instance == null) {  

  21.             syncInit();  

  22.         }  

  23.         return instance;  

  24.     }  

  25.   

  26.     public void updateProperties() {  

  27.         SingletonTest shadow = new SingletonTest();  

  28.         properties = shadow.getProperties();  

  29.     }  

  30. }  

通過單例模式的學習告訴我們:

1、單例模式理解起來簡單,但是具體實現起來還是有一定的難度。

2、synchronized關鍵字鎖定的是對象,在用的時候,一定要在恰當的地方使用(注意需要使用鎖的對象和過程,可能有的時候並不是整個對象及整個過程都需要鎖)。

到這兒,單例模式基本已經講完了,結尾處,筆者突然想到另一個問題,就是采用類的靜態方法,實現單例模式的效果,也是可行的,此處二者有什麽不同?

首先,靜態類不能實現接口。(從類的角度說是可以的,但是那樣就破壞了靜態了。因爲接口中不允許有static修飾的方法,所以即使實現了也是非靜態的)

其次,單例可以被延遲初始化,靜態類一般在第一次載入是初始化。之所以延遲載入,是因爲有些類比較龐大,所以延遲載入有助于提升效能。

再次,單例類可以被繼承,他的方法可以被覆寫。但是靜態類內部方法都是static,無法被覆寫。

最後一點,單例類比較靈活,畢竟從實現上只是一個普通的Java類,只要滿足單例的基本需求,你可以在裏面隨心所欲的實現一些其它功能,但是靜態類不行。從上面這些概括中,基本可以看出二者的區別,但是,從另一方面講,我們上面最後實現的那個單例模式,內部就是用一個靜態類來實現的,所以,二者有很大的關聯,只是我們考慮問題的層面不同罷了。兩種思想的結合,才能造就出完美的解決方案,就像HashMap采用數組+鏈表來實現一樣,其實生活中很多事情都是這樣,單用不同的方法來處理問題,總是有優點也有缺點,最完美的方法是,結合各個方法的優點,才能最好的解決問題!

4、建造者模式(Builder)

工廠類模式提供的是創建單個類的模式,而建造者模式則是將各種産品集中起來進行管理,用來創建複合對象,所謂複合對象就是指某個類具有不同的屬性,其實建造者模式就是前面抽象工廠模式和最後的Test結合起來得到的。我們看一下代碼:

還和前面一樣,一個Sender接口,兩個實現類MailSender和SmsSender。最後,建造者類如下:

[java] view plaincopy

  1. public class Builder {  

  2.       

  3.     private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  

  4.       

  5.     public void produceMailSender(int count){  

  6.         for(int i=0; i<count; i++){  

  7.             list.add(new MailSender());  

  8.         }  

  9.     }  

  10.       

  11.     public void produceSmsSender(int count){  

  12.         for(int i=0; i<count; i++){  

  13.             list.add(new SmsSender());  

  14.         }  

  15.     }  

  16. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Builder builder = new Builder();  

  5.         builder.produceMailSender(10);  

  6.     }  

  7. }  

從這點看出,建造者模式將很多功能集成到一個類裏,這個類可以創造出比較複雜的東西。所以與工程模式的區別就是:工廠模式關注的是創建單個産品,而建造者模式則關注創建符合對象,多個部分。因此,是選擇工廠模式還是建造者模式,依實際情況而定。

5、原型模式(Prototype)

原型模式雖然是創建型的模式,但是與工程模式沒有關系,從名字即可看出,該模式的思想就是將一個對象作爲原型,對其進行複制、克隆,産生一個和原對象類似的新對象。本小結會通過對象的複制,進行講解。在Java中,複制對象是通過clone()實現的,先創建一個原型類:

[java] view plaincopy

  1. public class Prototype implements Cloneable {  

  2.   

  3.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  

  4.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  

  5.         return proto;  

  6.     }  

  7. }  

很簡單,一個原型類,只需要實現Cloneable接口,覆寫clone方法,此處clone方法可以改成任意的名稱,因爲Cloneable接口是個空接口,你可以任意定義實現類的方法名,如cloneA或者cloneB,因爲此處的重點是super.clone()這句話,super.clone()調用的是Object的clone()方法,而在Object類中,clone()是native的,具體怎麽實現,我會在另一篇文章中,關于解讀Java中本地方法的調用,此處不再深究。在這兒,我將結合對象的淺複制和深複制來說一下,首先需要了解對象深、淺複制的概念:

淺複制:將一個對象複制後,基本數據類型的變量都會重新創建,而引用類型,指向的還是原對象所指向的。

深複制:將一個對象複制後,不論是基本數據類型還有引用類型,都是重新創建的。簡單來說,就是深複制進行了完全徹底的複制,而淺複制不徹底。

此處,寫一個深淺複制的例子:

[java] view plaincopy

  1. public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  

  2.   

  3.     private static final long serialVersionUID = 1L;  

  4.     private String string;  

  5.   

  6.     private SerializableObject obj;  

  7.   

  8.     /* 淺複制 */  

  9.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  

  10.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  

  11.         return proto;  

  12.     }  

  13.   

  14.     /* 深複制 */  

  15.     public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  

  16.   

  17.         /* 寫入當前對象的二進制流 */  

  18.         ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  

  19.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  

  20.         oos.writeObject(this);  

  21.   

  22.         /* 讀出二進制流産生的新對象 */  

  23.         ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  

  24.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  

  25.         return ois.readObject();  

  26.     }  

  27.   

  28.     public String getString() {  

  29.         return string;  

  30.     }  

  31.   

  32.     public void setString(String string) {  

  33.         this.string = string;  

  34.     }  

  35.   

  36.     public SerializableObject getObj() {  

  37.         return obj;  

  38.     }  

  39.   

  40.     public void setObj(SerializableObject obj) {  

  41.         this.obj = obj;  

  42.     }  

  43.   

  44. }  

  45.   

  46. class SerializableObject implements Serializable {  

  47.     private static final long serialVersionUID = 1L;  

  48. }  

 

要實現深複制,需要采用流的形式讀入當前對象的二進制輸入,再寫出二進制數據對應的對象。

我們接著討論設計模式,上篇文章我講完了5種創建型模式,這章開始,我將講下7種結構型模式:適配器模式、裝飾模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。其中對象的適配器模式是各種模式的起源,我們看下面的圖:

23種設計模式

 適配器模式將某個類的接口轉換成客戶端期望的另一個接口表示,目的是消除由于接口不匹配所造成的類的兼容性問題。主要分爲三類:類的適配器模式、對象的適配器模式、接口的適配器模式。首先,我們來看看類的適配器模式,先看類圖:

23種設計模式

核心思想就是:有一個Source類,擁有一個方法,待適配,目標接口時Targetable,通過Adapter類,將Source的功能擴展到Targetable裏,看代碼:

[java] view plaincopy

  1. public class Source {  

  2.   

  3.     public void method1() {  

  4.         System.out.println("this is original method!");  

  5.     }  

  6. }  

[java] view plaincopy

  1. public interface Targetable {  

  2.   

  3.     /* 與原類中的方法相同 */  

  4.     public void method1();  

  5.   

  6.     /* 新類的方法 */  

  7.     public void method2();  

  8. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Adapter extends Source implements Targetable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method2() {  

  5.         System.out.println("this is the targetable method!");  

  6.     }  

  7. }  

Adapter類繼承Source類,實現Targetable接口,下面是測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class AdapterTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Targetable target = new Adapter();  

  5.         target.method1();  

  6.         target.method2();  

  7.     }  

  8. }  

輸出:

this is original method!
this is the targetable method!

這樣Targetable接口的實現類就具有了Source類的功能。

對象的適配器模式

基本思路和類的適配器模式相同,只是將Adapter類作修改,這次不繼承Source類,而是持有Source類的實例,以達到解決兼容性的問題。看圖:

23種設計模式

 

只需要修改Adapter類的源碼即可:

[java] view plaincopy

  1. public class Wrapper implements Targetable {  

  2.   

  3.     private Source source;  

  4.       

  5.     public Wrapper(Source source){  

  6.         super();  

  7.         this.source = source;  

  8.     }  

  9.     @Override  

  10.     public void method2() {  

  11.         System.out.println("this is the targetable method!");  

  12.     }  

  13.   

  14.     @Override  

  15.     public void method1() {  

  16.         source.method1();  

  17.     }  

  18. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class AdapterTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Source source = new Source();  

  5.         Targetable target = new Wrapper(source);  

  6.         target.method1();  

  7.         target.method2();  

  8.     }  

  9. }  

輸出與第一種一樣,只是適配的方法不同而已。

第三種適配器模式是接口的適配器模式,接口的適配器是這樣的:有時我們寫的一個接口中有多個抽象方法,當我們寫該接口的實現類時,必須實現該接口的所有方法,這明顯有時比較浪費,因爲並不是所有的方法都是我們需要的,有時只需要某一些,此處爲了解決這個問題,我們引入了接口的適配器模式,借助于一個抽象類,該抽象類實現了該接口,實現了所有的方法,而我們不和原始的接口打交道,只和該抽象類取得聯系,所以我們寫一個類,繼承該抽象類,重寫我們需要的方法就行。看一下類圖:

23種設計模式

這個很好理解,在實際開發中,我們也常會遇到這種接口中定義了太多的方法,以致于有時我們在一些實現類中並不是都需要。看代碼:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.       

  3.     public void method1();  

  4.     public void method2();  

  5. }  

抽象類Wrapper2:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  

  2.       

  3.     public void method1(){}  

  4.     public void method2(){}  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  

  2.     public void method1(){  

  3.         System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  

  2.     public void method2(){  

  3.         System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class WrapperTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  

  5.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  

  6.           

  7.         source1.method1();  

  8.         source1.method2();  

  9.         source2.method1();  

  10.         source2.method2();  

  11.     }  

  12. }  

測試輸出:

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

達到了我們的效果!

 講了這麽多,總結一下三種適配器模式的應用場景:

類的適配器模式:當希望將一個類轉換成滿足另一個新接口的類時,可以使用類的適配器模式,創建一個新類,繼承原有的類,實現新的接口即可。

對象的適配器模式:當希望將一個對象轉換成滿足另一個新接口的對象時,可以創建一個Wrapper類,持有原類的一個實例,在Wrapper類的方法中,調用實例的方法就行。

接口的適配器模式:當不希望實現一個接口中所有的方法時,可以創建一個抽象類Wrapper,實現所有方法,我們寫別的類的時候,繼承抽象類即可。

7、裝飾模式(Decorator)

顧名思義,裝飾模式就是給一個對象增加一些新的功能,而且是動態的,要求裝飾對象和被裝飾對象實現同一個接口,裝飾對象持有被裝飾對象的實例,關系圖如下:

23種設計模式

Source類是被裝飾類,Decorator類是一個裝飾類,可以爲Source類動態的添加一些功能,代碼如下:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Source implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("the original method!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Decorator implements Sourceable {  

  2.   

  3.     private Sourceable source;  

  4.       

  5.     public Decorator(Sourceable source){  

  6.         super();  

  7.         this.source = source;  

  8.     }  

  9.     @Override  

  10.     public void method() {  

  11.         System.out.println("before decorator!");  

  12.         source.method();  

  13.         System.out.println("after decorator!");  

  14.     }  

  15. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  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. }  

輸出:

before decorator!
the original method!
after decorator!

裝飾器模式的應用場景:

1、需要擴展一個類的功能。

2、動態的爲一個對象增加功能,而且還能動態撤銷。(繼承不能做到這一點,繼承的功能是靜態的,不能動態增刪。)

缺點:産生過多相似的對象,不易排錯!

8、代理模式(Proxy)

其實每個模式名稱就表明了該模式的作用,代理模式就是多一個代理類出來,替原對象進行一些操作,比如我們在租房子的時候回去找中介,爲什麽呢?因爲你對該地區房屋的信息掌握的不夠全面,希望找一個更熟悉的人去幫你做,此處的代理就是這個意思。再如我們有的時候打官司,我們需要請律師,因爲律師在法律方面有專長,可以替我們進行操作,表達我們的想法。先來看看關系圖:23種設計模式

 

根據上文的闡述,代理模式就比較容易的理解了,我們看下代碼:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Source implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("the original method!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Proxy implements Sourceable {  

  2.   

  3.     private Source source;  

  4.     public Proxy(){  

  5.         super();  

  6.         this.source = new Source();  

  7.     }  

  8.     @Override  

  9.     public void method() {  

  10.         before();  

  11.         source.method();  

  12.         atfer();  

  13.     }  

  14.     private void atfer() {  

  15.         System.out.println("after proxy!");  

  16.     }  

  17.     private void before() {  

  18.         System.out.println("before proxy!");  

  19.     }  

  20. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class ProxyTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source = new Proxy();  

  5.         source.method();  

  6.     }  

  7.   

  8. }  

輸出:

before proxy!
the original method!
after proxy!

代理模式的應用場景:

如果已有的方法在使用的時候需要對原有的方法進行改進,此時有兩種辦法:

1、修改原有的方法來適應。這樣違反了“對擴展開放,對修改關閉”的原則。

2、就是采用一個代理類調用原有的方法,且對産生的結果進行控制。這種方法就是代理模式。

使用代理模式,可以將功能劃分的更加清晰,有助于後期維護!

9、外觀模式(Facade)

外觀模式是爲了解決類與類之家的依賴關系的,像spring一樣,可以將類和類之間的關系配置到配置文件中,而外觀模式就是將他們的關系放在一個Facade類中,降低了類類之間的耦合度,該模式中沒有涉及到接口,看下類圖:(我們以一個計算機的啓動過程爲例)

23種設計模式

我們先看下實現類:

[java] view plaincopy

  1. public class CPU {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("cpu startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("cpu shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Memory {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("memory startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("memory shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Disk {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("disk startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("disk shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  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.       

  12.     public void startup(){  

  13.         System.out.println("start the computer!");  

  14.         cpu.startup();  

  15.         memory.startup();  

  16.         disk.startup();  

  17.         System.out.println("start computer finished!");  

  18.     }  

  19.       

  20.     public void shutdown(){  

  21.         System.out.println("begin to close the computer!");  

  22.         cpu.shutdown();  

  23.         memory.shutdown();  

  24.         disk.shutdown();  

  25.         System.out.println("computer closed!");  

  26.     }  

  27. }  

User類如下:

[java] view plaincopy

  1. public class User {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Computer computer = new Computer();  

  5.         computer.startup();  

  6.         computer.shutdown();  

  7.     }  

  8. }  

輸出:

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!

如果我們沒有Computer類,那麽,CPU、Memory、Disk他們之間將會相互持有實例,産生關系,這樣會造成嚴重的依賴,修改一個類,可能會帶來其他類的修改,這不是我們想要看到的,有了Computer類,他們之間的關系被放在了Computer類裏,這樣就起到了解耦的作用,這,就是外觀模式!

10、橋接模式(Bridge)

橋接模式就是把事物和其具體實現分開,使他們可以各自獨立的變化。橋接的用意是:將抽象化與實現化解耦,使得二者可以獨立變化,像我們常用的JDBC橋DriverManager一樣,JDBC進行連接數據庫的時候,在各個數據庫之間進行切換,基本不需要動太多的代碼,甚至絲毫不用動,原因就是JDBC提供統一接口,每個數據庫提供各自的實現,用一個叫做數據庫驅動的程序來橋接就行了。我們來看看關系圖:

23種設計模式

實現代碼:

先定義接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

分別定義兩個實現類:

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub1 implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("this is the first sub!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub2 implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("this is the second sub!");  

  6.     }  

  7. }  

定義一個橋,持有Sourceable的一個實例:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class Bridge {  

  2.     private Sourceable source;  

  3.   

  4.     public void method(){  

  5.         source.method();  

  6.     }  

  7.       

  8.     public Sourceable getSource() {  

  9.         return source;  

  10.     }  

  11.   

  12.     public void setSource(Sourceable source) {  

  13.         this.source = source;  

  14.     }  

  15. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyBridge extends Bridge {  

  2.     public void method(){  

  3.         getSource().method();  

  4.     }  

  5. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class BridgeTest {  

  2.       

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.           

  5.         Bridge bridge = new MyBridge();  

  6.           

  7.         /*調用第一個對象*/  

  8.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  

  9.         bridge.setSource(source1);  

  10.         bridge.method();  

  11.           

  12.         /*調用第二個對象*/  

  13.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  

  14.         bridge.setSource(source2);  

  15.         bridge.method();  

  16.     }  

  17. }  

output:

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

這樣,就通過對Bridge類的調用,實現了對接口Sourceable的實現類SourceSub1和SourceSub2的調用。接下來我再畫個圖,大家就應該明白了,因爲這個圖是我們JDBC連接的原理,有數據庫學習基礎的,一結合就都懂了。

23種設計模式

11、組合模式(Composite)

組合模式有時又叫部分-整體模式在處理類似樹形結構的問題時比較方便,看看關系圖:

23種設計模式

直接來看代碼:

[java] view plaincopy

  1. public class TreeNode {  

  2.       

  3.     private String name;  

  4.     private TreeNode parent;  

  5.     private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();  

  6.       

  7.     public TreeNode(String name){  

  8.         this.name = name;  

  9.     }  

  10.   

  11.     public String getName() {  

  12.         return name;  

  13.     }  

  14.   

  15.     public void setName(String name) {  

  16.         this.name = name;  

  17.     }  

  18.   

  19.     public TreeNode getParent() {  

  20.         return parent;  

  21.     }  

  22.   

  23.     public void setParent(TreeNode parent) {  

  24.         this.parent = parent;  

  25.     }  

  26.       

  27.     //添加孩子節點  

  28.     public void add(TreeNode node){  

  29.         children.add(node);  

  30.     }  

  31.       

  32.     //刪除孩子節點  

  33.     public void remove(TreeNode node){  

  34.         children.remove(node);  

  35.     }  

  36.       

  37.     //取得孩子節點  

  38.     public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  

  39.         return children.elements();  

  40.     }  

  41. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Tree {  

  2.   

  3.     TreeNode root = null;  

  4.   

  5.     public Tree(String name) {  

  6.         root = new TreeNode(name);  

  7.     }  

  8.   

  9.     public static void main(String[] args) {  

  10.         Tree tree = new Tree("A");  

  11.         TreeNode nodeB = new TreeNode("B");  

  12.         TreeNode nodeC = new TreeNode("C");  

  13.           

  14.         nodeB.add(nodeC);  

  15.         tree.root.add(nodeB);  

  16.         System.out.println("build the tree finished!");  

  17.     }  

  18. }  

使用場景:將多個對象組合在一起進行操作,常用于表示樹形結構中,例如二叉樹,數等。

12、享元模式(Flyweight)

享元模式的主要目的是實現對象的共享,即共享池,當系統中對象多的時候可以減少記憶體的開銷,通常與工廠模式一起使用。

23種設計模式

FlyWeightFactory負責創建和管理享元單元,當一個客戶端請求時,工廠需要檢查當前對象池中是否有符合條件的對象,如果有,就返回已經存在的對象,如果沒有,則創建一個新對象,FlyWeight是超類。一提到共享池,我們很容易聯想到Java裏面的JDBC連接池,想想每個連接的特點,我們不難總結出:適用于作共享的一些個對象,他們有一些共有的屬性,就拿數據庫連接池來說,url、driverClassName、username、password及dbname,這些屬性對于每個連接來說都是一樣的,所以就適合用享元模式來處理,建一個工廠類,將上述類似屬性作爲內部數據,其它的作爲外部數據,在方法調用時,當做參數傳進來,這樣就節省了空間,減少了實例的數量。

看個例子:

23種設計模式

看下數據庫連接池的代碼:

[java] view plaincopy

  1. public class ConnectionPool {  

  2.       

  3.     private Vector<Connection> pool;  

  4.       

  5.     /*公有屬性*/  

  6.     private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  

  7.     private String username = "root";  

  8.     private String password = "root";  

  9.     private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  

  10.   

  11.     private int poolSize = 100;  

  12.     private static ConnectionPool instance = null;  

  13.     Connection conn = null;  

  14.   

  15.     /*構造方法,做一些初始化工作*/  

  16.     private ConnectionPool() {  

  17.         pool = new Vector<Connection>(poolSize);  

  18.   

  19.         for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  

  20.             try {  

  21.                 Class.forName(driverClassName);  

  22.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  

  23.                 pool.add(conn);  

  24.             } catch (ClassNotFoundException e) {  

  25.                 e.printStackTrace();  

  26.             } catch (SQLException e) {  

  27.                 e.printStackTrace();  

  28.             }  

  29.         }  

  30.     }  

  31.   

  32.     /* 返回連接到連接池 */  

  33.     public synchronized void release() {  

  34.         pool.add(conn);  

  35.     }  

  36.   

  37.     /* 返回連接池中的一個數據庫連接 */  

  38.     public synchronized Connection getConnection() {  

  39.         if (pool.size() > 0) {  

  40.             Connection conn = pool.get(0);  

  41.             pool.remove(conn);  

  42.             return conn;  

  43.         } else {  

  44.             return null;  

  45.         }  

  46.     }  

  47. }  

 

通過連接池的管理,實現了數據庫連接的共享,不需要每一次都重新創建連接,節省了數據庫重新創建的開銷,提升了系統的效能!本章講解了7種結構型模式,因爲篇幅的問題,剩下的11種行爲型模式,

本章是關于設計模式的最後一講,會講到第三種設計模式——行爲型模式,共11種:策略模式、模板方法模式、觀察者模式、疊代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。這段時間一直在寫關于設計模式的東西,終于寫到一半了,寫博文是個很費時間的東西,因爲我得爲讀者負責,不論是圖還是代碼還是表述,都希望能盡量寫清楚,以便讀者理解,我想不論是我還是讀者,都希望看到高質量的博文出來,從我本人出發,我會一直堅持下去,不斷更新,源源動力來自于讀者朋友們的不斷支持,我會盡自己的努力,寫好每一篇文章!希望大家能不斷給出意見和建議,共同打造完美的博文!

 

 

先來張圖,看看這11中模式的關系:

第一類:通過父類與子類的關系進行實現。第二類:兩個類之間。第三類:類的狀態。第四類:通過中間類

23種設計模式

13、策略模式(strategy)

策略模式定義了一系列算法,並將每個算法封裝起來,使他們可以相互替換,且算法的變化不會影響到使用算法的客戶。需要設計一個接口,爲一系列實現類提供統一的方法,多個實現類實現該接口,設計一個抽象類(可有可無,屬于輔助類),提供輔助函數,關系圖如下:

23種設計模式

圖中ICalculator提供同意的方法,
AbstractCalculator是輔助類,提供輔助方法,接下來,依次實現下每個類:

首先統一接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface ICalculator {  

  2.     public int calculate(String exp);  

  3. }  

輔助類:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class AbstractCalculator {  

  2.       

  3.     public int[] split(String exp,String opt){  

  4.         String array[] = exp.split(opt);  

  5.         int arrayInt[] = new int[2];  

  6.         arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  

  7.         arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  

  8.         return arrayInt;  

  9.     }  

  10. }  

三個實現類:

[java] view plaincopy

  1. public class Plus 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. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Minus 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.   

  9. }  

[java] view plaincopy

  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. }  

簡單的測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class StrategyTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         String exp = "2+8";  

  5.         ICalculator cal = new Plus();  

  6.         int result = cal.calculate(exp);  

  7.         System.out.println(result);  

  8.     }  

  9. }  

輸出:10

策略模式的決定權在用戶,系統本身提供不同算法的實現,新增或者刪除算法,對各種算法做封裝。因此,策略模式多用在算法決策系統中,外部用戶只需要決定用哪個算法即可。

14、模板方法模式(Template Method)

解釋一下模板方法模式,就是指:一個抽象類中,有一個主方法,再定義1...n個方法,可以是抽象的,也可以是實際的方法,定義一個類,繼承該抽象類,重寫抽象方法,通過調用抽象類,實現對子類的調用,先看個關系圖:

23種設計模式

就是在AbstractCalculator類中定義一個主方法calculate,calculate()調用spilt()等,Plus和Minus分別繼承AbstractCalculator類,通過對AbstractCalculator的調用實現對子類的調用,看下面的例子:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class AbstractCalculator {  

  2.       

  3.     /*主方法,實現對本類其它方法的調用*/  

  4.     public final int calculate(String exp,String opt){  

  5.         int array[] = split(exp,opt);  

  6.         return calculate(array[0],array[1]);  

  7.     }  

  8.       

  9.     /*被子類重寫的方法*/  

  10.     abstract public int calculate(int num1,int num2);  

  11.       

  12.     public int[] split(String exp,String opt){  

  13.         String array[] = exp.split(opt);  

  14.         int arrayInt[] = new int[2];  

  15.         arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  

  16.         arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  

  17.         return arrayInt;  

  18.     }  

  19. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Plus extends AbstractCalculator {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public int calculate(int num1,int num2) {  

  5.         return num1 + num2;  

  6.     }  

  7. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class StrategyTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         String exp = "8+8";  

  5.         AbstractCalculator cal = new Plus();  

  6.         int result = cal.calculate(exp, "\\+");  

  7.         System.out.println(result);  

  8.     }  

  9. }  

我跟蹤下這個小程序的執行過程:首先將exp和"\\+"做參數,調用AbstractCalculator類裏的calculate(String,String)方法,在calculate(String,String)裏調用同類的split(),之後再調用calculate(int ,int)方法,從這個方法進入到子類中,執行完return num1 + num2後,將值返回到AbstractCalculator類,賦給result,列印出來。正好驗證了我們開頭的思路。

15、觀察者模式(Observer)

包括這個模式在內的接下來的四個模式,都是類和類之間的關系,不涉及到繼承,學的時候應該 記得歸納,記得本文最開始的那個圖。觀察者模式很好理解,類似于郵件訂閱和RSS訂閱,當我們浏覽一些博客或wiki時,經常會看到RSS圖標,就這的意思是,當你訂閱了該文章,如果後續有更新,會及時通知你。其實,簡單來講就一句話:當一個對象變化時,其它依賴該對象的對象都會收到通知,並且隨著變化!對象之間是一種一對多的關系。先來看看關系圖:

23種設計模式

我解釋下這些類的作用:MySubject類就是我們的主對象,Observer1和Observer2是依賴于MySubject的對象,當MySubject變化時,Observer1和Observer2必然變化。AbstractSubject類中定義著需要監控的對象列表,可以對其進行修改:增加或刪除被監控對象,且當MySubject變化時,負責通知在列表記憶體在的對象。我們看實現代碼:

一個Observer接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Observer {  

  2.     public void update();  

  3. }  

兩個實現類:

[java] view plaincopy

  1. public class Observer1 implements Observer {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void update() {  

  5.         System.out.println("observer1 has received!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Observer2 implements Observer {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void update() {  

  5.         System.out.println("observer2 has received!");  

  6.     }  

  7.   

  8. }  

Subject接口及實現類:

[java] view plaincopy

  1. public interface Subject {  

  2.       

  3.     /*增加觀察者*/  

  4.     public void add(Observer observer);  

  5.       

  6.     /*刪除觀察者*/  

  7.     public void del(Observer observer);  

  8.       

  9.     /*通知所有的觀察者*/  

  10.     public void notifyObservers();  

  11.       

  12.     /*自身的操作*/  

  13.     public void operation();  

  14. }  

[java] view plaincopy

  1. public abstract class AbstractSubject implements Subject {  

  2.   

  3.     private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>();  

  4.     @Override  

  5.     public void add(Observer observer) {  

  6.         vector.add(observer);  

  7.     }  

  8.   

  9.     @Override  

  10.     public void del(Observer observer) {  

  11.         vector.remove(observer);  

  12.     }  

  13.   

  14.     @Override  

  15.     public void notifyObservers() {  

  16.         Enumeration<Observer> enumo = vector.elements();  

  17.         while(enumo.hasMoreElements()){  

  18.             enumo.nextElement().update();  

  19.         }  

  20.     }  

  21. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MySubject extends AbstractSubject {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void operation() {  

  5.         System.out.println("update self!");  

  6.         notifyObservers();  

  7.     }  

  8.   

  9. }  


測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class ObserverTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Subject sub = new MySubject();  

  5.         sub.add(new Observer1());  

  6.         sub.add(new Observer2());  

  7.           

  8.         sub.operation();  

  9.     }  

  10.   

  11. }  

輸出:

update self!
observer1 has received!
observer2 has received!

 這些東西,其實不難,只是有些抽象,不太容易整體理解,建議讀者:根據關系圖,新建專案,自己寫代碼(或者參考我的代碼),按照總體思路走一遍,這樣才能體會它的思想,理解起來容易! 

16、疊代子模式(Iterator)

顧名思義,疊代器模式就是順序訪問聚集中的對象,一般來說,集合中非常常見,如果對集合類比較熟悉的話,理解本模式會十分輕松。這句話包含兩層意思:一是需要遍曆的對象,即聚集對象,二是疊代器對象,用于對聚集對象進行遍曆訪問。我們看下關系圖:

 23種設計模式

這個思路和我們常用的一模一樣,MyCollection中定義了集合的一些操作,MyIterator中定義了一系列疊代操作,且持有Collection實例,我們來看看實現代碼:

兩個接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Collection {  

  2.       

  3.     public Iterator iterator();  

  4.       

  5.     /*取得集合元素*/  

  6.     public Object get(int i);  

  7.       

  8.     /*取得集合大小*/  

  9.     public int size();  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public interface Iterator {  

  2.     //前移  

  3.     public Object previous();  

  4.       

  5.     //後移  

  6.     public Object next();  

  7.     public boolean hasNext();  

  8.       

  9.     //取得第一個元素  

  10.     public Object first();  

  11. }  

兩個實現:

[java] view plaincopy

  1. public class MyCollection implements Collection {  

  2.   

  3.     public String string[] = {"A","B","C","D","E"};  

  4.     @Override  

  5.     public Iterator iterator() {  

  6.         return new MyIterator(this);  

  7.     }  

  8.   

  9.     @Override  

  10.     public Object get(int i) {  

  11.         return string[i];  

  12.     }  

  13.   

  14.     @Override  

  15.     public int size() {  

  16.         return string.length;  

  17.     }  

  18. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyIterator implements Iterator {  

  2.   

  3.     private Collection collection;  

  4.     private int pos = -1;  

  5.       

  6.     public MyIterator(Collection collection){  

  7.         this.collection = collection;  

  8.     }  

  9.       

  10.     @Override  

  11.     public Object previous() {  

  12.         if(pos > 0){  

  13.             pos--;  

  14.         }  

  15.         return collection.get(pos);  

  16.     }  

  17.   

  18.     @Override  

  19.     public Object next() {  

  20.         if(pos<collection.size()-1){  

  21.             pos++;  

  22.         }  

  23.         return collection.get(pos);  

  24.     }  

  25.   

  26.     @Override  

  27.     public boolean hasNext() {  

  28.         if(pos<collection.size()-1){  

  29.             return true;  

  30.         }else{  

  31.             return false;  

  32.         }  

  33.     }  

  34.   

  35.     @Override  

  36.     public Object first() {  

  37.         pos = 0;  

  38.         return collection.get(pos);  

  39.     }  

  40.   

  41. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Collection collection = new MyCollection();  

  5.         Iterator it = collection.iterator();  

  6.           

  7.         while(it.hasNext()){  

  8.             System.out.println(it.next());  

  9.         }  

  10.     }  

  11. }  

輸出:A B C D E

此處我們貌似模擬了一個集合類的過程,感覺是不是很爽?其實JDK中各個類也都是這些基本的東西,加一些設計模式,再加一些優化放到一起的,只要我們把這些東西學會了,掌握好了,我們也可以寫出自己的集合類,甚至框架!

17、責任鏈模式(Chain of Responsibility)
接下來我們將要談談責任鏈模式,有多個對象,每個對象持有對下一個對象的引用,這樣就會形成一條鏈,請求在這條鏈上傳遞,直到某一對象決定處理該請求。但是發出者並不清楚到底最終那個對象會處理該請求,所以,責任鏈模式可以實現,在隱瞞客戶端的情況下,對系統進行動態的調整。先看看關系圖:

 23種設計模式

 

Abstracthandler類提供了get和set方法,方便MyHandle類設置和修改引用對象,MyHandle類是核心,實例化後生成一系列相互持有的對象,構成一條鏈。

[java] view plaincopy

  1. public interface Handler {  

  2.     public void operator();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public abstract class AbstractHandler {  

  2.       

  3.     private Handler handler;  

  4.   

  5.     public Handler getHandler() {  

  6.         return handler;  

  7.     }  

  8.   

  9.     public void setHandler(Handler handler) {  

  10.         this.handler = handler;  

  11.     }  

  12.       

  13. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyHandler extends AbstractHandler implements Handler {  

  2.   

  3.     private String name;  

  4.   

  5.     public MyHandler(String name) {  

  6.         this.name = name;  

  7.     }  

  8.   

  9.     @Override  

  10.     public void operator() {  

  11.         System.out.println(name+"deal!");  

  12.         if(getHandler()!=null){  

  13.             getHandler().operator();  

  14.         }  

  15.     }  

  16. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         MyHandler h1 = new MyHandler("h1");  

  5.         MyHandler h2 = new MyHandler("h2");  

  6.         MyHandler h3 = new MyHandler("h3");  

  7.   

  8.         h1.setHandler(h2);  

  9.         h2.setHandler(h3);  

  10.   

  11.         h1.operator();  

  12.     }  

  13. }  

輸出:

h1deal!
h2deal!
h3deal!

此處強調一點就是,鏈接上的請求可以是一條鏈,可以是一個樹,還可以是一個環,模式本身不約束這個,需要我們自己去實現,同時,在一個時刻,命令只允許由一個對象傳給另一個對象,而不允許傳給多個對象。

 18、命令模式(Command)

命令模式很好理解,舉個例子,司令員下令讓士兵去幹件事情,從整個事情的角度來考慮,司令員的作用是,發出口令,口令經過傳遞,傳到了士兵耳朵裏,士兵去執行。這個過程好在,三者相互解耦,任何一方都不用去依賴其他人,只需要做好自己的事兒就行,司令員要的是結果,不會去關注到底士兵是怎麽實現的。我們看看關系圖:

23種設計模式

Invoker是調用者(司令員),Receiver是被調用者(士兵),MyCommand是命令,實現了Command接口,持有接收對象,看實現代碼:

[java] view plaincopy

  1. public interface Command {  

  2.     public void exe();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyCommand implements Command {  

  2.   

  3.     private Receiver receiver;  

  4.       

  5.     public MyCommand(Receiver receiver) {  

  6.         this.receiver = receiver;  

  7.     }  

  8.   

  9.     @Override  

  10.     public void exe() {  

  11.         receiver.action();  

  12.     }  

  13. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Receiver {  

  2.     public void action(){  

  3.         System.out.println("command received!");  

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Invoker {  

  2.       

  3.     private Command command;  

  4.       

  5.     public Invoker(Command command) {  

  6.         this.command = command;  

  7.     }  

  8.   

  9.     public void action(){  

  10.         command.exe();  

  11.     }  

  12. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Receiver receiver = new Receiver();  

  5.         Command cmd = new MyCommand(receiver);  

  6.         Invoker invoker = new Invoker(cmd);  

  7.         invoker.action();  

  8.     }  

  9. }  

輸出:command received!

這個很哈理解,命令模式的目的就是達到命令的發出者和執行者之間解耦,實現請求和執行分開,熟悉Struts的同學應該知道,Struts其實就是一種將請求和呈現分離的技術,其中必然涉及命令模式的思想!

其實每個設計模式都是很重要的一種思想,看上去很熟,其實是因爲我們在學到的東西中都有涉及,盡管有時我們並不知道,其實在Java本身的設計之中處處都有體現,像AWT、JDBC、集合類、IO管道或者是Web框架,裏面設計模式無處不在。因爲我們篇幅有限,很難講每一個設計模式都講的很詳細,不過我會盡我所能,盡量在有限的空間和篇幅內,把意思寫清楚了,更好讓大家明白。本章不出意外的話,應該是設計模式最後一講了,首先還是上一下上篇開頭的那個圖:

23種設計模式

本章講講第三類和第四類。

19、備忘錄模式(Memento)

主要目的是保存一個對象的某個狀態,以便在適當的時候恢複對象,個人覺得叫備份模式更形象些,通俗的講下:假設有原始類A,A中有各種屬性,A可以決定需要備份的屬性,備忘錄類B是用來存儲A的一些內部狀態,類C呢,就是一個用來存儲備忘錄的,且只能存儲,不能修改等操作。做個圖來分析一下:

23種設計模式

Original類是原始類,裏面有需要保存的屬性value及創建一個備忘錄類,用來保存value值。Memento類是備忘錄類,Storage類是存儲備忘錄的類,持有Memento類的實例,該模式很好理解。直接看源碼:

[java] view plaincopy

  1. public class Original {  

  2.       

  3.     private String value;  

  4.       

  5.     public String getValue() {  

  6.         return value;  

  7.     }  

  8.   

  9.     public void setValue(String value) {  

  10.         this.value = value;  

  11.     }  

  12.   

  13.     public Original(String value) {  

  14.         this.value = value;  

  15.     }  

  16.   

  17.     public Memento createMemento(){  

  18.         return new Memento(value);  

  19.     }  

  20.       

  21.     public void restoreMemento(Memento memento){  

  22.         this.value = memento.getValue();  

  23.     }  

  24. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Memento {  

  2.       

  3.     private String value;  

  4.   

  5.     public Memento(String value) {  

  6.         this.value = value;  

  7.     }  

  8.   

  9.     public String getValue() {  

  10.         return value;  

  11.     }  

  12.   

  13.     public void setValue(String value) {  

  14.         this.value = value;  

  15.     }  

  16. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Storage {  

  2.       

  3.     private Memento memento;  

  4.       

  5.     public Storage(Memento memento) {  

  6.         this.memento = memento;  

  7.     }  

  8.   

  9.     public Memento getMemento() {  

  10.         return memento;  

  11.     }  

  12.   

  13.     public void setMemento(Memento memento) {  

  14.         this.memento = memento;  

  15.     }  

  16. }  

測試類:

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.           

  5.         // 創建原始類  

  6.         Original origi = new Original("egg");  

  7.   

  8.         // 創建備忘錄  

  9.         Storage storage = new Storage(origi.createMemento());  

  10.   

  11.         // 修改原始類的狀態  

  12.         System.out.println("初始化狀態爲:" + origi.getValue());  

  13.         origi.setValue("niu");  

  14.         System.out.println("修改後的狀態爲:" + origi.getValue());  

  15.   

  16.         // 回複原始類的狀態  

  17.         origi.restoreMemento(storage.getMemento());  

  18.         System.out.println("恢複後的狀態爲:" + origi.getValue());  

  19.     }  

  20. }  

輸出:

初始化狀態爲:egg
修改後的狀態爲:niu
恢複後的狀態爲:egg

簡單描述下:新建原始類時,value被初始化爲egg,後經過修改,將value的值置爲niu,最後倒數第二行進行恢複狀態,結果成功恢複了。其實我覺得這個模式叫“備份-恢複”模式最形象。

20、狀態模式(State)

核心思想就是:當對象的狀態改變時,同時改變其行爲,很好理解!就拿QQ來說,有幾種狀態,線上、隱身、忙碌等,每個狀態對應不同的操作,而且你的好友也能看到你的狀態,所以,狀態模式就兩點:1、可以通過改變狀態來獲得不同的行爲。2、你的好友能同時看到你的變化。看圖:

23種設計模式

State類是個狀態類,Context類可以實現切換,我們來看看代碼:

 

[java] view plaincopy

  1. package com.xtfggef.dp.state;  

  2.   

  3. /** 

  4.  * 狀態類的核心類 

  5.  * 2012-12-1 

  6.  * @author erqing 

  7.  * 

  8.  */  

  9. public class State {  

  10.       

  11.     private String value;  

  12.       

  13.     public String getValue() {  

  14.         return value;  

  15.     }  

  16.   

  17.     public void setValue(String value) {  

  18.         this.value = value;  

  19.     }  

  20.   

  21.     public void method1(){  

  22.         System.out.println("execute the first opt!");  

  23.     }  

  24.       

  25.     public void method2(){  

  26.         System.out.println("execute the second opt!");  

  27.     }  

  28. }  

[java] view plaincopy

  1. package com.xtfggef.dp.state;  

  2.   

  3. /** 

  4.  * 狀態模式的切換類   2012-12-1 

  5.  * @author erqing 

  6.  *  

  7.  */  

  8. public class Context {  

  9.   

  10.     private State state;  

  11.   

  12.     public Context(State state) {  

  13.         this.state = state;  

  14.     }  

  15.   

  16.     public State getState() {  

  17.         return state;  

  18.     }  

  19.   

  20.     public void setState(State state) {  

  21.         this.state = state;  

  22.     }  

  23.   

  24.     public void method() {  

  25.         if (state.getValue().equals("state1")) {  

  26.             state.method1();  

  27.         } else if (state.getValue().equals("state2")) {  

  28.             state.method2();  

  29.         }  

  30.     }  

  31. }  

測試類:

 

 

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.           

  5.         State state = new State();  

  6.         Context context = new Context(state);  

  7.           

  8.         //設置第一種狀態  

  9.         state.setValue("state1");  

  10.         context.method();  

  11.           

  12.         //設置第二種狀態  

  13.         state.setValue("state2");  

  14.         context.method();  

  15.     }  

  16. }  

輸出:

 

execute the first opt!
execute the second opt!

根據這個特性,狀態模式在日常開發中用的挺多的,尤其是做網站的時候,我們有時希望根據對象的某一屬性,區別開他們的一些功能,比如說簡單的權限控制等。
21、訪問者模式(Visitor)

訪問者模式把數據結構和作用于結構上的操作解耦合,使得操作集合可相對自由地演化。訪問者模式適用于數據結構相對穩定算法又易變化的系統。因爲訪問者模式使得算法操作增加變得容易。若系統數據結構對象易于變化,經常有新的數據對象增加進來,則不適合使用訪問者模式。訪問者模式的優點是增加操作很容易,因爲增加操作意味著增加新的訪問者。訪問者模式將有關行爲集中到一個訪問者對象中,其改變不影響系統數據結構。其缺點就是增加新的數據結構很困難。—— From 百科

簡單來說,訪問者模式就是一種分離對象數據結構與行爲的方法,通過這種分離,可達到爲一個被訪問者動態添加新的操作而無需做其它的修改的效果。簡單關系圖:

23種設計模式

來看看原碼:一個Visitor類,存放要訪問的對象,

 

[java] view plaincopy

  1. public interface Visitor {  

  2.     public void visit(Subject sub);  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyVisitor implements Visitor {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void visit(Subject sub) {  

  5.         System.out.println("visit the subject:"+sub.getSubject());  

  6.     }  

  7. }  

Subject類,accept方法,接受將要訪問它的對象,getSubject()獲取將要被訪問的屬性,

[java] view plaincopy

  1. public interface Subject {  

  2.     public void accept(Visitor visitor);  

  3.     public String getSubject();  

  4. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MySubject implements Subject {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void accept(Visitor visitor) {  

  5.         visitor.visit(this);  

  6.     }  

  7.   

  8.     @Override  

  9.     public String getSubject() {  

  10.         return "love";  

  11.     }  

  12. }  

測試:

 

 

 

 

 

 

 

 

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.           

  5.         Visitor visitor = new MyVisitor();  

  6.         Subject sub = new MySubject();  

  7.         sub.accept(visitor);      

  8.     }  

  9. }  

輸出:visit the subject:love

 

 

 

 

 

 

 

該模式適用場景:如果我們想爲一個現有的類增加新功能,不得不考慮幾個事情:1、新功能會不會與現有功能出現兼容性問題?2、以後會不會再需要添加?3、如果類不允許修改代碼怎麽辦?面對這些問題,最好的解決方法就是使用訪問者模式,訪問者模式適用于數據結構相對穩定的系統,把數據結構和算法解耦,
22、中介者模式(Mediator)

中介者模式也是用來降低類類之間的耦合的,因爲如果類類之間有依賴關系的話,不利于功能的拓展和維護,因爲只要修改一個對象,其它關聯的對象都得進行修改。如果使用中介者模式,只需關心和Mediator類的關系,具體類類之間的關系及調度交給Mediator就行,這有點像spring容器的作用。先看看圖:

23種設計模式

User類統一接口,User1和User2分別是不同的對象,二者之間有關聯,如果不采用中介者模式,則需要二者相互持有引用,這樣二者的耦合度很高,爲了解耦,引入了Mediator類,提供統一接口,MyMediator爲其實現類,裏面持有User1和User2的實例,用來實現對User1和User2的控制。這樣User1和User2兩個對象相互獨立,他們只需要保持好和Mediator之間的關系就行,剩下的全由MyMediator類來維護!基本實現:

 

[java] view plaincopy

  1. public interface Mediator {  

  2.     public void createMediator();  

  3.     public void workAll();  

  4. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyMediator implements Mediator {  

  2.   

  3.     private User user1;  

  4.     private User user2;  

  5.       

  6.     public User getUser1() {  

  7.         return user1;  

  8.     }  

  9.   

  10.     public User getUser2() {  

  11.         return user2;  

  12.     }  

  13.   

  14.     @Override  

  15.     public void createMediator() {  

  16.         user1 = new User1(this);  

  17.         user2 = new User2(this);  

  18.     }  

  19.   

  20.     @Override  

  21.     public void workAll() {  

  22.         user1.work();  

  23.         user2.work();  

  24.     }  

  25. }  

[java] view plaincopy

  1. public abstract class User {  

  2.       

  3.     private Mediator mediator;  

  4.       

  5.     public Mediator getMediator(){  

  6.         return mediator;  

  7.     }  

  8.       

  9.     public User(Mediator mediator) {  

  10.         this.mediator = mediator;  

  11.     }  

  12.   

  13.     public abstract void work();  

  14. }  

[java] view plaincopy

  1. public class User1 extends User {  

  2.   

  3.     public User1(Mediator mediator){  

  4.         super(mediator);  

  5.     }  

  6.       

  7.     @Override  

  8.     public void work() {  

  9.         System.out.println("user1 exe!");  

  10.     }  

  11. }  

[java] view plaincopy

  1. public class User2 extends User {  

  2.   

  3.     public User2(Mediator mediator){  

  4.         super(mediator);  

  5.     }  

  6.       

  7.     @Override  

  8.     public void work() {  

  9.         System.out.println("user2 exe!");  

  10.     }  

  11. }  

測試類:

 

 

 

 

 

 

 

 

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Mediator mediator = new MyMediator();  

  5.         mediator.createMediator();  

  6.         mediator.workAll();  

  7.     }  

  8. }  

輸出:

 

 

 

 

 

 

 

user1 exe!
user2 exe!
23、解釋器模式(Interpreter)
解釋器模式是我們暫時的最後一講,一般主要應用在OOP開發中的編譯器的開發中,所以適用面比較窄。

23種設計模式

Context類是一個上下文環境類,Plus和Minus分別是用來計算的實現,代碼如下:

 

[java] view plaincopy

  1. public interface Expression {  

  2.     public int interpret(Context context);  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Plus implements Expression {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public int interpret(Context context) {  

  5.         return context.getNum1()+context.getNum2();  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Minus implements Expression {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public int interpret(Context context) {  

  5.         return context.getNum1()-context.getNum2();  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Context {  

  2.       

  3.     private int num1;  

  4.     private int num2;  

  5.       

  6.     public Context(int num1, int num2) {  

  7.         this.num1 = num1;  

  8.         this.num2 = num2;  

  9.     }  

  10.       

  11.     public int getNum1() {  

  12.         return num1;  

  13.     }  

  14.     public void setNum1(int num1) {  

  15.         this.num1 = num1;  

  16.     }  

  17.     public int getNum2() {  

  18.         return num2;  

  19.     }  

  20.     public void setNum2(int num2) {  

  21.         this.num2 = num2;  

  22.     }  

  23.       

  24.       

  25. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.   

  5.         // 計算9+2-8的值  

  6.         int result = new Minus().interpret((new Context(new Plus()  

  7.                 .interpret(new Context(92)), 8)));  

  8.         System.out.println(result);  

  9.     }  

  10. }  

最後輸出正確的結果:3。

 

 

 

 

 

 

 

基本就這樣,解釋器模式用來做各種各樣的解釋器,如正則表達式等的解釋器等等!


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