java学习-23种设计模式简述

Posted 2021-04-25 java技术分享及踩坑记

继续上次的设计模式,本章是关于设计模式的最后一讲，会讲到第三种设计模式——行为型模式，共11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。

先来张图，看看这11中模式的关系：

第一类：通过父类与子类的关系进行实现。第二类：两个类之间。第三类：类的状态。第四类：通过中间类

13、策略模式（strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数，关系图如下：

图中ICalculator提供同意的方法，
AbstractCalculator是辅助类，提供辅助方法，接下来，依次实现下每个类：

首先统一接口：

[java] view plaincopy

1. public interface ICalculator {  

2.     public int calculate(String exp);  

3. }  

辅助类：

[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. }  

三个实现类：

[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. }  

简单的测试类：

[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. }  

输出：10

策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。

14、模板方法模式（Template Method）

解释一下模板方法模式，就是指：一个抽象类中，有一个主方法，再定义1...n个方法，可以是抽象的，也可以是实际的方法，定义一个类，继承该抽象类，重写抽象方法，通过调用抽象类，实现对子类的调用，先看个关系图：

就是在AbstractCalculator类中定义一个主方法calculate，calculate()调用spilt()等，Plus和Minus分别继承AbstractCalculator类，通过对AbstractCalculator的调用实现对子类的调用，看下面的例子：

[java] view plaincopy

1. public abstract class AbstractCalculator {  

2.       

3.     /*主方法，实现对本类其它方法的调用*/  

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.     /*被子类重写的方法*/  

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. }  

测试类：

[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. }  

我跟踪下这个小程序的执行过程：首先将exp和"\\+"做参数，调用AbstractCalculator类里的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)里调用同类的split()，之后再调用calculate(int ,int)方法，从这个方法进入到子类中，执行完returnnum1 + num2后，将值返回到AbstractCalculator类，赋给result，打印出来。正好验证了我们开头的思路。

15、观察者模式（Observer）

包括这个模式在内的接下来的四个模式，都是类和类之间的关系，不涉及到继承，学的时候应该记得归纳，记得本文最开始的那个图。观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和RSS订阅，当我们浏览一些博客或wiki时，经常会看到RSS图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。先来看看关系图：

我解释下这些类的作用：MySubject类就是我们的主对象，Observer1和Observer2是依赖于MySubject的对象，当MySubject变化时，Observer1和Observer2必然变化。AbstractSubject类中定义着需要监控的对象列表，可以对其进行修改：增加或删除被监控对象，且当MySubject变化时，负责通知在列表内存在的对象。我们看实现代码：

一个Observer接口：

[java] view plaincopy

1. public interface Observer {  

2.     public void update();  

3. }  

两个实现类：

[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接口及实现类：

[java] view plaincopy

1. public interface Subject {  

2.       

3.     /*增加观察者*/  

4.     public void add(Observer observer);  

5.       

6.     /*删除观察者*/  

7.     public void del(Observer observer);  

8.       

9.     /*通知所有的观察者*/  

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. }  

测试类：

[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. }  

输出：

update self!
observer1 has received!
observer2 has received!

 这些东西，其实不难，只是有些抽象，不太容易整体理解，建议读者：根据关系图，新建项目，自己写代码（或者参考我的代码）,按照总体思路走一遍，这样才能体会它的思想，理解起来容易！ 

16、迭代子模式（Iterator）

顾名思义，迭代器模式就是顺序访问聚集中的对象，一般来说，集合中非常常见，如果对集合类比较熟悉的话，理解本模式会十分轻松。这句话包含两层意思：一是需要遍历的对象，即聚集对象，二是迭代器对象，用于对聚集对象进行遍历访问。我们看下关系图：

这个思路和我们常用的一模一样，MyCollection中定义了集合的一些操作，MyIterator中定义了一系列迭代操作，且持有Collection实例，我们来看看实现代码：

两个接口：

[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.     //后移  

6.     public Object next();  

7.     public boolean hasNext();  

8.       

9.     //取得第一个元素  

10.     public Object first();  

11. }  

两个实现：

[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. }  

测试类：

[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. }  

输出：A B C D E

此处我们貌似模拟了一个集合类的过程，感觉是不是很爽？其实JDK中各个类也都是这些基本的东西，加一些设计模式，再加一些优化放到一起的，只要我们把这些东西学会了，掌握好了，我们也可以写出自己的集合类，甚至框架！

17、责任链模式（Chain of Responsibility）
接下来我们将要谈谈责任链模式，有多个对象，每个对象持有对下一个对象的引用，这样就会形成一条链，请求在这条链上传递，直到某一对象决定处理该请求。但是发出者并不清楚到底最终那个对象会处理该请求，所以，责任链模式可以实现，在隐瞒客户端的情况下，对系统进行动态的调整。先看看关系图：

Abstracthandler类提供了get和set方法，方便MyHandle类设置和修改引用对象，MyHandle类是核心，实例化后生成一系列相互持有的对象，构成一条链。

[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. }  

输出：

h1deal!
h2deal!
h3deal!

此处强调一点就是，链接上的请求可以是一条链，可以是一个树，还可以是一个环，模式本身不约束这个，需要我们自己去实现，同时，在一个时刻，命令只允许由一个对象传给另一个对象，而不允许传给多个对象。

 18、命令模式（Command）

命令模式很好理解，举个例子，司令员下令让士兵去干件事情，从整个事情的角度来考虑，司令员的作用是，发出口令，口令经过传递，传到了士兵耳朵里，士兵去执行。这个过程好在，三者相互解耦，任何一方都不用去依赖其他人，只需要做好自己的事儿就行，司令员要的是结果，不会去关注到底士兵是怎么实现的。我们看看关系图：

Invoker是调用者（司令员），Receiver是被调用者（士兵），MyCommand是命令，实现了Command接口，持有接收对象，看实现代码：

[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. }  

输出：command received!

这个很好理解，命令模式的目的就是达到命令的发出者和执行者之间解耦，实现请求和执行分开，熟悉Struts的同学应该知道，Struts其实就是一种将请求和呈现分离的技术，其中必然涉及命令模式的思想！

其实每个设计模式都是很重要的一种思想，看上去很熟，其实是因为我们在学到的东西中都有涉及，尽管有时我们并不知道，其实在Java本身的设计之中处处都有体现，像AWT、JDBC、集合类、IO管道或者是Web框架，里面设计模式无处不在。

剩下的设计模式下次继续