Java常见的几种设计模式

Posted 2021-03-30 Android架构师成长之路

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。

 

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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～

 

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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

 

 

运行结果

 

一个三明治就做好了～

 

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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"); }}

 

 

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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：

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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