23种设计模式汇总概述

Posted 2022-07-26 共饮一杯无

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。
设计模式分类：
创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式用于解耦对象的实例化过程。
结构型模式：把类或对象结合在一起形成一个更大的结构。
行为型模式：类和对象如何交互，及划分责任和算法。

创建型模式

单例模式（Singleton Pattern）

定义：Ensure a class has only one instance, and provide a global point of access to it.（确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。）
饿汉模式：（在单例类定义的时候（即在main函数之前）就进行实例化，是线程安全的）

/**
 * 单例模式(线程安全)
 * @author zjq
 */
public class Singleton 
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    /**限制产生多个对象*/
    private Singleton()
    

    /**
     * 通过该方法获得实例对象
     * @return
     */
    public static Singleton getSingleton()
        return singleton;
    

    /**
     * 类中其他方法，尽量是static
     */
    public static void doSomething()
    

使用场景：

• 要求生成唯一序列号的环境；
• 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；
• 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；
• 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。

懒汉模式：(在第一次用到类实例的时候才会去实例化,线程不安全)

public class Singleton 
    private static Singleton singleton = null;
    //限制产生多个对象
    private Singleton()
    
    //通过该方法获得实例对象
    public static Singleton getSingleton()
        if(singleton == null)
            singleton = new Singleton();
        
        return singleton;
    

解决办法：
在getSingleton方法前加synchronized关键字，也可以在getSingleton方法内增加synchronized来实现。最优的办法是如通用代码那样写。

工厂模式（Factory Pattern）

定义：Define an interface for creating an object,but let subclasses decide which class to instantiate.Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses.（定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。）
Product为抽象产品类负责定义产品的共性，实现对事物最抽象的定义；
Creator为抽象创建类，也就是抽象工厂，具体如何创建产品类是由具体的实现工厂ConcreteCreator完成的。
简单工厂模式：
一个模块仅需要一个工厂类，没有必要把它产生出来，使用静态的方法
多个工厂类：
每个人种（具体的产品类）都对应了一个创建者，每个创建者独立负责创建对应的产品对象，非常符合单一职责原则
代替单例模式：
单例模式的核心要求就是在内存中只有一个对象，通过工厂方法模式也可以只在内存中生产一个对象
延迟初始化：
ProductFactory负责产品类对象的创建工作，并且通过prMap变量产生一个缓存，对需要再次被重用的对象保留
使用场景：jdbc连接数据库，硬件访问，降低对象的产生和销毁
结构类图：

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

定义：Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete classes.（为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类。）
抽象工厂模式通用类图：

抽象工厂类代码：

public abstract class AbstractCreator 
    //创建A产品家族
    public abstract AbstractProductA createProductA();
    //创建B产品家族
    public abstract AbstractProductB createProductB();

使用场景：
一个对象族（或是一组没有任何关系的对象）都有相同的约束。
涉及不同操作系统的时候，都可以考虑使用抽象工厂模式。

原型模式（Prototype Pattern）

定义：Specify the kinds of objects to create using a prototypical instance,and create new objects by copying this prototype.（用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。）
原型模式类图：

原型模式通用代码：

public class PrototypeClass implements Cloneable
    //覆写父类Object方法
    @Override
    public PrototypeClass clone()
        PrototypeClass prototypeClass = null;
        try 
            prototypeClass = (PrototypeClass)super.clone();
         catch (CloneNotSupportedException e) 
            //异常处理
        
        return prototypeClass;
    

原型模式实际上就是实现Cloneable接口，重写clone（）方法。
使用原型模式的优点：

• 性能优良

原型模式是在内存二进制流的拷贝，要比直接new一个对象性能好很多，特别是要在一个循环体内产生大量的对象时，原型模式可以更好地体现其优点。

• 逃避构造函数的约束

这既是它的优点也是缺点，直接在内存中拷贝，构造函数是不会执行的（参见13.4节）。
使用场景：

• 资源优化场景

类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。

• 性能和安全要求的场景

通过new产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。

• 一个对象多个修改者的场景

一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。
浅拷贝和深拷贝：
浅拷贝：Object类提供的方法clone只是拷贝本对象，其对象内部的数组、引用对象等都不拷贝，还是指向原生对象的内部元素地址，这种拷贝就叫做浅拷贝，其他的原始类型比如int、long、char、string（当做是原始类型）等都会被拷贝。