设计模式

Posted 2021-02-14 starzy

1、什么是设计模式

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。

一些简单的设计模式略过，如常量接口模式、标识类型模式。

以下，将从最简单的设计模式开始讲起：

2、单例模式 Singleton

    单例模式是指一个类只能拥有唯一的实例。为了保证这一点，我们必须要限制类的创建。即某个单例类，只可以实例化一次。那怎么才可以做到呢？

     实现思路如下：

给需要单例的类声明私有的构造方法。这样就限制了其他类对此类的随意创建。

在单例类内部，声明自己的静态成员变量，且实例化自己。由在当前类中，是可以访问自己的所有私有成员及方法的，所以，即使构造方法为私有也可以成功创建对象。

一般情况下，再提供一个静态方法以返回创建的喻一对象。一般情况下，我们将此方法取名为newInstace,getInstance等，不过这并不是硬性的规定。

示例代码如下：

public class SingletonDemo {

    //私有化构造方法

    private SingletonDemo(){}

    //声明静态私有成员变量

    private static SingletonDemo demo;

    //提供静态工厂方法

    public static SingletonDemo getInstance(){

        if(demo==null){

            demo = new SingletonDemo();

        }

        return demo;

    }

}

4、多例模式 Multition

既然有单例，就会有多例。多例是指限定一个类的只能创建N（具体数量）个的设计模式。如以下性别类，就只能创建两个实例。实现思路是在本类中声明多个类的实例，并提供静态方法返回不同的实例即可：

第一种实现：

public class Gender {

    private String sex;

    private Gender(String sex){

        this.sex = sex;

    }

    //男性

    private static Gender MALE;

    //女性

    private static Gender FEMALE;

    public static Gender getMale(){

        if(MALE==null){

            MALE = new Gender("男");

        }

        return MALE;

    }

    public static Gender getFemale(){

        if(FEMALE==null){

            FEMALE = new Gender("女");

        }

        return FEMALE;

    }

}

第二种实现：

public class Gender {

    private String sex;

    private Gender(String sex){

        this.sex = sex;

    }

    //男性

    private static Gender MALE;

    //女性

    private static Gender FEMALE;

    static{//静态代码块中初始化

        MALE = new Gender("男");

        FEMALE = new Gender("女");

    }

    public static Gender getMale(){

        return MALE;

    }

    public static Gender getFemale(){

        return FEMALE;

    }

}

第三种实现：直接使用枚举

public enum Gender{

    MALE("男"),FEMALE("女");

    private String sex;

    private Gender(String sex){

        this.sex=sex;

    }

    @Override

    public String toString() {

        return sex;

    }

}

5、工厂方法模式Factory Method

工厂方法指在一个类内部，提供一个静态方法，返回自己的实例或是其他类的实例。具体是返回自己的实例，还是返回其他类的实例，这个要看具体业务的需求。我们的数据连接池返回的就是其他对象的实例：

public class FactoryDemo{

    private static Connection con;

    static{

    //在此连接数据库

    con = DriverManager.getConnection(…);

}

//提供一个静态工厂方法

public static Connection getConn(){

    return con;

}

}

6、适配置器模式 Adapter

一个接口，往往定义很多方法，但实现此接口的类，可能只需要几个方法。那么那些多余的方法，占据了我们大量的代码，将失去意义。那怎么才可以即省去一些无用的方法，又实现此接口呢？这就是适配置器模式。

Awt开发中的Listener大量使用了此模式。如WindowListener和WindowAdapter。

请见上面两个类（WindowListener和WindowAdapter）的源代码。

7、装饰器设计模式(Decorator)也叫包装设计模式(Wrapper)

    如果一个类，即是某个类的子类，又拥有某个类的一个成员变量，则被叫做包装模式。

如：

public Interface IA{} //定义一个接口

public class B implements IA{ //首先B是IA的子类

    private IA ia;             //然后B拥有一个IA的成员变量。

}

使用装饰器或是包装模式一般是为了增强类的功能。如增强某个方法等。

8、代理模式 Proxy

代理模式的定义：对其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在某些情况下，一个对象不想或者不能直接引用另一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。

假设有一个Italk接口，有空的方法talk（）（说话），所有的people对象都实现（implements）这个接口，实现talk（）方法，前端有很多地方都将people实例化，执行talk方法，后来发现这些前端里有一些除了要说话以外还要唱歌（sing），那么我们既不能在Italk接口里增加sing()方法，又不能在每个前端都增加sing方法，我们只有增加一个代理类talkProxy，这个代理类里实现talk和sing方法，然后在需要sing方法的客户端调用代理类即可，代码如下：

//定义接口

interface ITalk {

    public void talk(String msg);

}

//定义一个代理，接收ITalk,并增加一个方法sing

class TalkProxy implements ITalk{

    private ITalk talker;

    private String music;

    public TalkProxy(ITalk talker,String music){

        this.talker=talker;

        this.music = music;

    }

    

    @Override

    public void talk(String msg) {

        talker.talk(msg);

        sing();

    }

    //再多定义一个唱歌方法

    private void sing(){

        System.err.println("正在唱:"+music);

    }

}

//接口的一个实现类

class Tom implements ITalk{

    public void talk(String msg) {

        System.err.println("正在说话："+msg);

    }

}

//测试调用

public class ProxyDemo{

    public static void main(String[] args) {

        TalkProxy proxy = new TalkProxy(new Tom(),"十里香");

        proxy.talk("Hello");

    }

}

9、动态代理 Dync Proxy

    在JDK中，Proxy类和InvocationHandler可以在不添加任何代码的情况下增强某个方法：

package cn.itcast.pattern;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;

import java.lang.reflect.Method;

import java.lang.reflect.Proxy;

import java.util.ArrayList;

import java.util.List;

//测试代码

public class DyncProxyDemo {

    public static void main(String[] args) {

        List list =(List) MyProxy.getProxy(new ArrayList());

        list.add("Hello");

    }

}

//书写代理类

class MyProxy implements InvocationHandler{

    //声明被代理之前的对象

    private Object src;

    //私有构造方法

    private MyProxy(Object src){

        this.src=src;

    }

    //提供一个静态方法以返回被代理以后的对象

    public static Object getProxy(Object src){

        Object dest = null;//被代理以后的对象

        try{

            //处理代理的核心代码

            dest = Proxy.newProxyInstance(MyProxy.class.getClassLoader(),

                        src.getClass().getInterfaces(),

                        new MyProxy(src));

        }catch(Exception e){

            throw new RuntimeException(e.getMessage(),e);

        }

        return dest;

    }

    //拦截方法

    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)

            throws Throwable {

        System.err.println("正直执行方法:"+method.getName());

        Object oo = method.invoke(src, args);

        return oo;

    }

    

}

10、观察者模式Observer

    观察者模式又叫做发布订阅模式。在此种模式中，一个目标物件管理所有相依于它的观察者物件，并且在它本身的状态改变时主动发出通知。这通常透过呼叫各观察者所提供的方法来实现。此种模式通常被用来实作事件处理系统。如Awt中的监听器Listener都是采用了种模式。

    在此种模式下，观察者只是一个接口，即定义一个规范，具体的实现应该是客户端完成。就像Swing中的注册一个监听器一样如：

JFrame frame = new Jframe();//声明被观察，被监听者对象

frame.addWindowListener(new WindowListener(){…});//添加一个实现WindowListener的观察者

frame.setVisible(true);    //执行一些后续的操作，只要注册了观察者，就会被观察者所监听到

示例代码如下：

 

public class ObserverDemo {

    public static void main(String[] args) {

        //杰克逊对象

        Singer jackson = new Singer();

        //注册观察者

        jackson.addListener(new SingListener() {

            public void listener(Singer singer) {

                System.err.println("监听到了手的正在唱歌。。。。");

            }

        });

        //唱歌

        jackson.sing();

    }

}

//设置一个监听器接口-监听谁在唱歌

interface SingListener{

    public void listener(Singer singer);

}

//一个可能的被监听者

class Singer{

    //声明观察者

    private SingListener listener;

    public void addListener(SingListener sl){

        this.listener=sl;

    }

    public void sing(){

        //判断是否有观察者

        if(this.listener!=null){

            this.listener.listener(this);

        }

        System.err.println("歌手正在唱歌");

    }

}

 

给观察者添加一个观察事件对象，SingEvent,以便于解藕：

完整的示例代码如下：

package cn.itcast.pattern;

//测试代码

public class ObserverDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Singer jackson = new Singer();

        jackson.addListener(new SingListener() {

            public void listener(SingEvent event) {

                System.err.println("歌手是:"+event.getSource());

            }

        });

        jackson.sing();

    }

}

//设置一个监听器接口-监听谁在唱歌

interface SingListener{

    public void listener(SingEvent event);

}

//设计一个事件对象

class SingEvent{

    //接收事件对象，即被观察者

    private Object source;

    public SingEvent(Object source){

        this.source=source;

    }

    public Object getSource() {

        return source;

    }

}

//一个可能的被监听者

class Singer{

    //声明观察者

    private SingListener listener;

    public void addListener(SingListener sl){

        this.listener=sl;

    }

    public void sing(){

        //判断是否有观察者

        if(this.listener!=null){

            this.listener.listener(new SingEvent(this));

        }

        System.err.println("歌手正在唱歌"+this);

    }

}

 

11、策略模式Strategy

策略模式定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，而且使它们还可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而独立变化。

策略模式的组成

－抽象策略角色： 策略类，通常由一个接口或者抽象类实现。

　　－具体策略角色：包装了相关的算法和行为。

－环境角色：持有一个策略类的引用，最终给客户端调用。

package cn.itcast.pattern;

/**

* 策略模式

*/

public class StrategyDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Context ctx = new Context(new JavaProgrammer());

        ctx.doSth();

    }

}

//设计一个公共的接口

interface IStrategy{

    public void doSth();

}

//分别书写多个实现类，有不同的实现策略

class JavaProgrammer implements IStrategy{

    public void doSth() {

        System.err.println("写Java代码");

    }

}

class phpProgrammer implements IStrategy{

    public void doSth() {

        System.err.println("写PHP代码");

    }

}

//实现策略类

class Context{

    private IStrategy strategy;

    public Context(IStrategy strategy){

        this.strategy = strategy;

    }

    //具体调用

    public void doSth(){

        this.strategy.doSth();

    }

}

 

12、门面设计模式

门面设计模式的结构：

没有门面设计模式的调用方法：

有了门面设计模式的类框架图如下：即由原来的客户端一一调用每一个系统，修改成一使用一个统一中调用：

具体实现代码略。

 

13、命令模式Command

在软件系统中，"行为请求者"与"行为实现者"通常呈现一种"紧耦合"。但在某些场合，比如要对行为进行"记录、撤销/重做、事务"等处理，这种无法抵御变化的紧耦合是不合适的。在这种情况下，如何将"行为请求者"与"行为实现者"解耦？将一组行为抽象为对象，实现二者之间的松耦合。这就是命令模式（Command Pattern）

 

示例代码如下：

package cn.itcast.pattern;

public class CommandDemo {

    public static void main(String[] args) {

        //命令的接收者只有一个

        Receiver receiver = new Receiver();

        //定义命令的执行者

        Invoker invoker = new Invoker();

        //通过Command类具体通知命令的接收者做什么工作

        invoker.setCommand(new CommandA(receiver));

        invoker.execute();

        //再设置第二个命令

        invoker.setCommand(new CommandB(receiver));

        invoker.execute();

    }

}

//定义命令

abstract class Command{

    //定义接收命令对象

    protected Receiver receiver;

    public Command(Receiver rec){

        this.receiver=rec;

    }

    public abstract void execute();

}

//指定接收者的工作

class Receiver{

    public void actionA(){

        System.err.println("做第一件事");

    }

    public void actionB(){

        System.err.println("做第二件事");

    }

}

//执行者

class Invoker{

    //接收一个命令

    private Command command;

    public void setCommand(Command cmd){

        this.command = cmd;

    }

    //执行命令

    public void execute(){

        command.execute();

    }

}

//定义两个具体的命令

class CommandA extends Command{

    public CommandA(Receiver rec) {

        super(rec);

    }

    @Override

    public void execute() {

        this.receiver.actionA();

    }

}

//定义两个具体的命令

class CommandB extends Command{

    public CommandB(Receiver rec) {

        super(rec);

    }

    @Override

    public void execute() {

        this.receiver.actionB();

    }

}

 

14、原型模式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。

Prototype原型模式是一种创建型设计模式，Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。

它主要面对的问题是："某些结构复杂的对象"的创建工作；由于需求的变化，这些对象经常面临着剧烈的变化，但是他们却拥有比较稳定一致的接口。

　　如何使用?

　　因为Java中的提供clone()方法来实现对象的克隆，所以Prototype模式实现一下子变得很简单。

代码略。

 

15、亨元模式flyweight

可以理解成为轻量级模式,是一种软件设计模式。

面向对象的思想很好地解决了抽象性的问题，一般也不会出现性能上的问题。但是在某些情况下，对象的数量可能会太多，从而导致了运行时的代价。那么我们如何去避免大量细粒度的对象，同时又不影响客户程序使用面向对象的方式进行操作？

见下面的代码：

//使用Integer对象的示例

        Integer b1 = 100;

        Integer b2 = 100;

        System.err.println(b1==b2); //true

        //由于大量细粒度的对象出现在128以下，所以，下现的值为false

        Integer b3 = 128;

        Integer b4 = 128;

    System.err.println(b3==b4); //false

 

16、总结

    在实际的开发中，单例、多例、工厂、适配置器、代理、装饰、包装是经常使用的发模式，其他模式只需要了解就可以了。