Java常见的几种设计模式

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Java常见的几种设计模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

Java 中一般认为有23种设计模式,当然暂时不需要所有的都会,但是其中常见的几种设计模式应该去掌握。


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。


单例模式

简单点说,就是一个应用程序中,某个类的实例对象只有一个,你没有办法去new,因为构造器是被private修饰的,一般通过getInstance()的方法来获取它们的实例。

 

getInstance()的返回值是一个对象的引用,并不是一个新的实例,所以不要错误的理解成多个对象。单例模式实现起来也很容易,直接看demo吧

 

public class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton;}}

按照我的习惯,我恨不得写满注释,怕你们看不懂,但是这个代码实在太简单了,所以我没写任何注释,如果这几行代码你都看不明白的话,那你可以洗洗睡了,等你睡醒了再来看我的博客说不定能看懂。

 

上面的是最基本的写法,也叫懒汉写法(线程不安全)下面我再公布几种单例模式的写法:

 

懒汉式写法(线程安全)

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

饿汉式写法

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

静态内部类

public class Singleton {  private static class SingletonHolder {  private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  }  private Singleton (){}  public static final Singleton getInstance() {  return SingletonHolder.INSTANCE;  } }

枚举

public enum Singleton {  INSTANCE;  public void whateverMethod() {  } }

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象,可谓是很坚强的壁垒啊,不过,个人认为由于1.5中才加入enum特性,用这种方式写不免让人感觉生疏。


双重校验锁

public class Singleton {  private volatile static Singleton singleton;  private Singleton (){}  public static Singleton getSingleton() {  if (singleton == null) {  synchronized (Singleton.class) {  if (singleton == null) {  singleton = new Singleton();  }  }  }  return singleton;  } }

总结:我个人比较喜欢静态内部类写法和饿汉式写法,其实这两种写法能够应付绝大多数情况了。其他写法也可以选择,主要还是看业务需求吧。

 


 

观察者模式

 

对象间一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

 

 

观察者模式UML图

 

看不懂图的人端着小板凳到这里来,给你举个栗子:假设有三个人,小美(女,22),小王和小李。小美很漂亮,小王和小李是两个程序猿,时刻关注着小美的一举一动。有一天,小美说了一句:“谁来陪我打游戏啊。”这句话被小王和小李听到了,结果乐坏了,蹭蹭蹭,没一会儿,小王就冲到小美家门口了,在这里,小美是被观察者,小王和小李是观察者,被观察者发出一条信息,然后观察者们进行相应的处理,看代码:


public interface Person { //小王和小李通过这个接口可以接收到小美发过来的消息 void getMessage(String s);}



public class LaoWang implements Person {
private String name = "小王";
public LaoWang() { }
@Override public void getMessage(String s) { System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话,电话内容是:" + s); }
}
public class LaoLi implements Person {
private String name = "小李";
public LaoLi() { }
@Override public void getMessage(String s) { System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话,电话内容是:->" + s); }
}


代码很简单,我们再看看小美的代码:

public class XiaoMei { List<Person> list = new ArrayList<Person>(); public XiaoMei(){ }
public void addPerson(Person person){ list.add(person); }
//遍历list,把自己的通知发送给所有暗恋自己的人 public void notifyPerson() { for(Person person:list){ person.getMessage("你们过来吧,谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!"); } }}


我们写一个测试类来看一下结果对不对

public class Test { public static void main(String[] args) {
XiaoMei xiao_mei = new XiaoMei(); LaoWang lao_wang = new LaoWang(); LaoLi lao_li = new LaoLi();
//小王和小李在小美那里都注册了一下 xiao_mei.addPerson(lao_wang); xiao_mei.addPerson(lao_li);
//小美向小王和小李发送通知 xiao_mei.notifyPerson(); }}


完美~

 


 

装饰者模式

对已有的业务逻辑进一步的封装,使其增加额外的功能,如Java中的IO流就使用了装饰者模式,用户在使用的时候,可以任意组装,达到自己想要的效果。举个栗子,我想吃三明治,首先我需要一根大大的香肠,我喜欢吃奶油,在香肠上面加一点奶油,再放一点蔬菜,最后再用两片面包夹一下,很丰盛的一顿午饭,营养又健康。(ps:不知道上海哪里有卖好吃的三明治的,求推荐~)那我们应该怎么来写代码呢?首先,我们需要写一个Food类,让其他所有食物都来继承这个类,看代码:


public class Food {
private String food_name;
public Food() { }
public Food(String food_name) { this.food_name = food_name; }
public String make() { return food_name; };}


代码很简单,我就不解释了,然后我们写几个子类继承它:

//面包类public class Bread extends Food {
private Food basic_food;
public Bread(Food basic_food) { this.basic_food = basic_food; }
public String make() { return basic_food.make()+"+面包"; }}
//奶油类public class Cream extends Food {
private Food basic_food;
public Cream(Food basic_food) { this.basic_food = basic_food; }
public String make() { return basic_food.make()+"+奶油"; }}
//蔬菜类public class Vegetable extends Food {
private Food basic_food;
public Vegetable(Food basic_food) { this.basic_food = basic_food; }
public String make() { return basic_food.make()+"+蔬菜"; }
}


这几个类都是差不多的,构造方法传入一个Food类型的参数,然后在make方法中加入一些自己的逻辑,如果你还是看不懂为什么这么写,不急,你看看我的Test类是怎么写的,一看你就明白了

public class Test { public static void main(String[] args) { Food food = new Bread(new Vegetable(new Cream(new Food("香肠")))); System.out.println(food.make()); }}


看到没有,一层一层封装,我们从里往外看:最里面我new了一个香肠,在香肠的外面我包裹了一层奶油,在奶油的外面我又加了一层蔬菜,最外面我放的是面包,是不是很形象,哈哈~ 这个设计模式简直跟现实生活中一摸一样,看懂了吗?我们看看运行结果吧

 Java常见的几种设计模式

 

运行结果

 

一个三明治就做好了~

 


 

适配器模式

将两种完全不同的事物联系到一起,就像现实生活中的变压器。假设一个手机充电器需要的电压是20V,但是正常的电压是220V,这时候就需要一个变压器,将220V的电压转换成20V的电压,这样,变压器就将20V的电压和手机联系起来了。

public class Test { public static void main(String[] args) { Phone phone = new Phone(); VoltageAdapter adapter = new VoltageAdapter(); phone.setAdapter(adapter); phone.charge(); }}
// 手机类class Phone {
public static final int V = 220;// 正常电压220v,是一个常量
private VoltageAdapter adapter;
// 充电 public void charge() { adapter.changeVoltage(); }
public void setAdapter(VoltageAdapter adapter) { this.adapter = adapter; }}
// 变压器class VoltageAdapter { // 改变电压的功能 public void changeVoltage() { System.out.println("正在充电..."); System.out.println("原始电压:" + Phone.V + "V"); System.out.println("经过变压器转换之后的电压:" + (Phone.V - 200) + "V"); }}

Java常见的几种设计模式

 

 


 

工厂模式

简单工厂模式:一个抽象的接口,多个抽象接口的实现类,一个工厂类,用来实例化抽象的接口

// 抽象产品类abstract class Car { public void run();
public void stop();}
// 具体实现类class Benz implements Car { public void run() { System.out.println("Benz开始启动了。。。。。"); }
public void stop() { System.out.println("Benz停车了。。。。。"); }}
class Ford implements Car { public void run() { System.out.println("Ford开始启动了。。。"); }
public void stop() { System.out.println("Ford停车了。。。。"); }}
// 工厂类class Factory { public static Car getCarInstance(String type) { Car c = null; if ("Benz".equals(type)) { c = new Benz(); } if ("Ford".equals(type)) { c = new Ford(); } return c; }}
public class Test {
public static void main(String[] args) { Car c = Factory.getCarInstance("Benz"); if (c != null) { c.run(); c.stop(); } else { System.out.println("造不了这种汽车。。。"); }
}
}


工厂方法模式:有四个角色,抽象工厂模式,具体工厂模式,抽象产品模式,具体产品模式。不再是由一个工厂类去实例化具体的产品,而是由抽象工厂的子类去实例化产品


// 抽象产品角色public interface Moveable { void run();}
// 具体产品角色public class Plane implements Moveable { @Override public void run() { System.out.println("plane...."); }}
public class Broom implements Moveable { @Override public void run() { System.out.println("broom....."); }}
// 抽象工厂public abstract class VehicleFactory { abstract Moveable create();}
// 具体工厂public class PlaneFactory extends VehicleFactory { public Moveable create() { return new Plane(); }}
public class BroomFactory extends VehicleFactory { public Moveable create() { return new Broom(); }}
// 测试类public class Test { public static void main(String[] args) { VehicleFactory factory = new BroomFactory(); Moveable m = factory.create(); m.run(); }}


抽象工厂模式:与工厂方法模式不同的是,工厂方法模式中的工厂只生产单一的产品,而抽象工厂模式中的工厂生产多个产品

/抽象工厂类public abstract class AbstractFactory { public abstract Vehicle createVehicle(); public abstract Weapon createWeapon(); public abstract Food createFood();}//具体工厂类,其中Food,Vehicle,Weapon是抽象类,public class DefaultFactory extends AbstractFactory{ @Override public Food createFood() { return new Apple(); } @Override public Vehicle createVehicle() { return new Car(); } @Override public Weapon createWeapon() { return new AK47(); }}//测试类public class Test { public static void main(String[] args) { AbstractFactory f = new DefaultFactory(); Vehicle v = f.createVehicle(); v.run(); Weapon w = f.createWeapon(); w.shoot(); Food a = f.createFood(); a.printName(); }}


代理模式(proxy)


有两种,静态代理和动态代理。先说静态代理,很多理论性的东西我不讲,我就算讲了,你们也看不懂。什么真实角色,抽象角色,代理角色,委托角色。。。乱七八糟的,我是看不懂。


之前学代理模式的时候,去网上翻一下,资料一大堆,打开链接一看,基本上都是给你分析有什么什么角色,理论一大堆,看起来很费劲,不信的话你们可以去看看,我是看不懂他们在说什么。


咱不来虚的,直接用生活中的例子说话。(注意:我这里并不是否定理论知识,我只是觉得有时候理论知识晦涩难懂,喜欢挑刺的人一边去,你是来学习知识的,不是来挑刺的)


到了一定的年龄,我们就要结婚,结婚是一件很麻烦的事情,(包括那些被父母催婚的)。有钱的家庭可能会找司仪来主持婚礼,显得热闹,洋气~好了,现在婚庆公司的生意来了,我们只需要给钱,婚庆公司就会帮我们安排一整套结婚的流程。整个流程大概是这样的:家里人催婚->男女双方家庭商定结婚的黄道即日->找一家靠谱的婚庆公司->在约定的时间举行结婚仪式->结婚完毕
婚庆公司打算怎么安排婚礼的节目,在婚礼完毕以后婚庆公司会做什么,我们一概不知。。。别担心,不是黑中介,我们只要把钱给人家,人家会把事情给我们做好。所以,这里的婚庆公司相当于代理角色,现在明白什么是代理角色了吧。

代码实现请看:

//代理接口public interface ProxyInterface {//需要代理的是结婚这件事,如果还有其他事情需要代理,比如吃饭睡觉上厕所,也可以写void marry();//代理吃饭(自己的饭,让别人吃去吧)//void eat();//代理拉屎,自己的屎,让别人拉去吧//void shit();}

文明社会,代理吃饭,代理拉屎什么的我就不写了,有伤社会风化~~~能明白就好

好了,我们看看婚庆公司的代码:

public class WeddingCompany implements ProxyInterface {
private ProxyInterface proxyInterface;
public WeddingCompany(ProxyInterface proxyInterface) { this.proxyInterface = proxyInterface;}
@Overridepublic void marry() { System.out.println("我们是婚庆公司的"); System.out.println("我们在做结婚前的准备工作"); System.out.println("节目彩排..."); System.out.println("礼物购买..."); System.out.println("工作人员分工..."); System.out.println("可以开始结婚了"); proxyInterface.marry(); System.out.println("结婚完毕,我们需要做后续处理,你们可以回家了,其余的事情我们公司来做");}
}

看到没有,婚庆公司需要做的事情很多,我们再看看结婚家庭的代码:

public class NormalHome implements ProxyInterface{
@Overridepublic void marry() { System.out.println("我们结婚啦~");}
}


这个已经很明显了,结婚家庭只需要结婚,而婚庆公司要包揽一切,前前后后的事情都是婚庆公司来做,听说现在婚庆公司很赚钱的,这就是原因,干的活多,能不赚钱吗?

来看看测试类代码:

public class Test {public static void main(String[] args) { ProxyInterface proxyInterface = new WeddingCompany(new NormalHome()); proxyInterface.marry();}}

运行结果如下:



生产者/消费者模式

 

什么是生产者/消费者模式?

 

某个模块负责产生数据,这些数据由另一个模块来负责处理(此处的模块是广义的,可以是类、函数、线程、进程等)。产生数据的模块,就形象地称为生产者;而处理数据的模块,就称为消费者。在生产者与消费者之间在加个缓冲区,我们形象的称之为仓库,生产者负责往仓库了进商品,而消费者负责从仓库里拿商品,这就构成了生产者消费者模式。结构图如下:

 


生产者消费者模式有如下几个优点:

1、解耦

   由于有缓冲区的存在,生产者和消费者之间不直接依赖,耦合度降低。


2、支持并发

   由于生产者与消费者是两个独立的并发体,他们之间是用缓冲区作为桥梁连接,生产者只需要往缓冲区里丢数据,就可以继续生产下一个数据,而消费者只需要从缓冲区了拿数据即可,这样就不会因为彼此的处理速度而发生阻塞。


3、支持忙闲不均

    缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢,缓冲区的好处就体现出来 了。当数据制造快的时候,消费者来不及处理,未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。等生产者的制造速度慢下来,消费者再慢慢处理掉。

 

生产者-消费者模型准确说应该是“生产者-仓储-消费者”模型,这样的模型遵


循如下的规则:

1、生产者仅仅在仓储未满时候生产,仓满则停止生产。


2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费,仓空则等待。


3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。

4、生产者在生产出可消费产品时候,应该通知等待的消费者去消费


 此模型将要结合java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。实例代码如下:


创建所谓的“仓库”,此类是(本质上:共同访问的)共享数据区域

//此类是(本质上:共同访问的)共享数据区域public class SyncStack {
private String[] str = new String[10];
private int index;
//供生产者调用 public synchronized void push(String sst){ if(index == sst.length()){ try { wait(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } this.notify();//唤醒在此对象监视器上等待的单个线程 str[index] = sst; index++; }
//供消费者调用 public synchronized String pop(){ if(index == 0){ try { wait(); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } this.notify(); index--; String product = str[index]; return product;
}
//就是定义一个返回值为数组的方法,返回的是一个String[]引用 public String[] pro(){ return str; }}


创建生产者:

public class Producter implements Runnable {
private SyncStack stack;
public Producter(SyncStack stack){ this.stack = stack; }
public void run(){ for(int i = 0;i<stack.pro().length;i++){ String producter = "产品" + i; stack.push(producter); System.out.println("生产了:" + producter); try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); }
} }}


创建消费者:

public class Consumer implements Runnable {
private SyncStack stack;
public Consumer(SyncStack stack){ this.stack = stack; } public void run(){ for(int i=0;i<stack.pro().length;i++){ String consumer = stack.pop(); System.out.println("消费了:" + consumer );
try { Thread.sleep(400); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } } }}


测试类:

public class TestDeam {
public static void main(String[] args) { SyncStack stack = new SyncStack(); Consumer p = new Consumer(stack); Producter c = new Producter(stack);
new Thread(p).start(); new Thread(c).start();
}}


测试结果:

生产了:产品0消费了:产品0生产了:产品1生产了:产品2消费了:产品2生产了:产品3消费了:产品3生产了:产品4生产了:产品5生产了:产品6消费了:产品5生产了:产品7消费了:产品6消费了:产品7生产了:产品8生产了:产品9消费了:产品8消费了:产品9消费了:产品4消费了:产品1


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