设计模式的总结

Posted 2020-08-22 青春不再见

一、内容题纲

 

1. 设计模式概念
2. 设计模式分类
3. 设计模式原则
4. 单例模式
5. 多例模式
6. 工厂模式
7. 代理模式
8. 原型模式

 

二、具体内容

 

1. 设计模式概念

  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脉络，如同大厦的结构一样。

  提倡使用设计模式的根本原因是代码复用，增加可维护性。

 

1. 设计模式分类

设计模式分为三种类型，共23种。

 

  创建型模式（5）：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式。

  结构型模式（7）：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。

  行为型模式（11）：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式。

1. 设计模式原则

    为什么要提倡“Design Pattern呢？根本原因是为了代码复用，增加可维护性。那么怎么才能实现代码复用呢？

    面向对象有几个原则：

    单一职责原则 （Single Responsiblity Principle SRP）

    开闭原则（Open Closed Principle，OCP）、

    里氏代换原则（Liskov Substitution Principle，LSP）、

    依赖倒转原则（Dependency Inversion Principle，DIP）、

    接口隔离原则（Interface Segregation Principle，ISP）、合成/聚合复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle，CARP）、最小知识原则（Principle of Least Knowledge，PLK，也叫迪米特法则）。开闭原则具有理想主义的色彩，它是面向对象设计的终极目标。其他几条，则可以看做是开闭原则的实现方法。

 

设计模式就是实现了这些原则，从而达到了代码复用、增加可维护性的目的。

1. 单例模式

  概念

数学与逻辑学中，singleton定义为“有且仅有一个元素的集合”。

 

单例模式最初的定义出现于《设计模式》（艾迪生维斯理,1994）：“保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。”

 

Java中单例模式定义：“一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。”

我们可以理解为：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

  适用性

当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。

当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。

  单例模式有以下特点：

　　1、单例类只能有一个实例。

　　2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

　　3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

  单例模式的好处就是:

   类只实例化一次,省资源,节省开销,提高速度

  单例模式分类

创建单例有两种模式，一种是饿汉模式，一种是懒汉模式，具体代码如下：

/**
 * 单例模式  饿汉模式
 * @author <wpda
 * 应用场合：只需要一个就足够了
 * 作用：保证整个程序中某个实例有且只有一个
 */
  public class Starving {
  //1.将构造方法私有化，不允许外部直接创建对象
  private Starving(){
  }
  //2.创建类的唯一实例
  private static Starving instance = new Starving();
  //提供一个用于获取实例的方法
  //需要注意的是，我们这个方法属于对象，不是类方法
  //public Starving getInstance(){
  //return instance;
  //}
  //3.提供一个用于获取实例的私有的类的静态成员方法
  public static Starving getInstance(){
       return instance;
       
  }
}

 

/**
 *单例模式 懒汉模式
 * @author Administrator
 *
 */
public class Lazy {
  //将构造方法私有化，不循序外部直接创建对象
  private Lazy(){
  }
  //2.声明类的唯一实例
  private static Lazy instance;
  //3.提供一个用于获取实例的方法
  public static Lazy getInstance(){
    if(instance == null){
       instance = new Lazy();
  }
       return instance;  
  }
}

 

a)   饿汉模式的特点是加载类时比较慢，但运行时获取对象的速度比较快，饿汉式是线程安全的，在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不在改变。

b)   懒汉模式的特点是加载类时比较快，但是在运行时获取对象的速度比较慢，线程不安全， 懒汉式如果在创建实例对象时不加上synchronized则会导致对象的访问不是线程安全的。

所以在此推荐大家使用饿汉模式。

主要优点：

1、提供了对唯一实例的受控访问。

2、由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，对于一些需要频繁创建和销毁的对象单例模式无疑可以提高系统的性能。

3、允许可变数目的实例。

 

主要缺点：

1、由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。

2、单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。

3、滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

 

 

1. 多例模式

一、单例模式和多例模式说明：

1）.         单例模式和多例模式属于对象模式。

2）.         单例模式的对象在整个系统中只有一份，多例模式可以有多个实例。

3）.         它们都不对外提供构造方法，即构造方法都为私有。

4）.         单例模式和多例模式的结构图如下所示：

 

 

多例模式的定义：

作为对象的创建模式，多例模式中的多例类可以有多个实例，而且多例类必须自己创建、管理自己的实例，并向外界提供自己的实例。

多例模式的特点：

所谓的多例模式（Multiton Pattern），实际上就是单例模式的自然推广。作为对象的创建模式，多例模式或多例类有如下的特点：

（1）多例类可有多个实例

（2）多例类必须自己创建、管理自己的实例，并向外界提供自己的实例。

（3）根据是否有实例上限分为：有上限多例类和无上限多例类。

1. 工厂模式

 

概念

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。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。

适用性

当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。

当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。

当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。

 

意图：定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。

如何解决：让其子类实现工厂接口，返回的也是一个抽象的产品。

关键代码：创建过程在其子类执行。

应用实例： 1、您需要一辆汽车，可以直接从工厂里面提货，而不用去管这辆汽车是怎么做出来的，以及这个汽车里面的具体实现。 2、Hibernate 换数据库只需换方言和驱动就可以。

优点： 1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。 2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。 3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。

缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

使用场景： 1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。 2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。 3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。

注意事项：作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。

 

1. 代理模式

 

 

概念

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

适用性

在需要用比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候，使用Proxy模式。下面是一 些可以使用Proxy模式常见情况：

远程代理（Remote Proxy）为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。

虚代理（Virtual Proxy）根据需要创建开销很大的对象。

保护代理（Protection Proxy）控制对原始对象的访问。保护代理用于对象应该有不同的访问权限的时候。

智能指引（Smart Reference）取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操作。 它的典型用途包括：

对指向实际对象的引用计数，这样当该对象没有引用时，可以自动释放它（也称为SmartPointers）。

当第一次引用一个持久对象时，将它装入内存。

在访问一个实际对象前，检查是否已经锁定了它，以确保其他对象不能改变它。

 

1.初识代理模式

　　生活中大家一定遇到这样的情况了：比如说我要买一条毛巾，不妨就是洁丽雅的吧，那一般人的话我应该不是去洁丽雅的工厂里面直接去买吧，而是我们在洁丽雅专卖店或者什么超市啊，这些地方购买，这些地方实际上就是洁丽雅毛巾的代理。这其实和我们OO中的代理模式是很相似的。

　　一个it人士，上网应该是经常的事了吧，那么总会有这样的情况，打开一个网页，文字先出现，而那些比较大的资源，例如图片要等等才会显示出来，这是为什么呢？？实际上这其中采用的就是代理模式。

2.代理模式的一个简单的例子

就说上面的毛巾的例子吧，将有如下类图：

 

3.代理模式的意义

　　代理模式到底好处在哪里呢？？

　　那先要说一下代理模式中的三种角色了。

　　抽象角色：声明真实对象和代理对象的共同接口。
　　代理角色：代理对象角色内部含有对真实对象的引用，从而可以操作真实对象，同时代理对象提供与真实对象相同的接口以便在任何时刻都能代替真实对象。同时，代理对象　　　　　　　　可以在执行真实对象操作时，附加其他的操作，相当于对真实对象进行封装。
　　真实角色：代理角色所代表的真实对象，是我们最终要引用的对象。

　　代理模式的一个好处就是对外部提供统一的接口方法，而代理类在接口中实现对真实类的附加操作行为，从而可以在不影响外部调用情况下，进行系统扩展。也就是说，我要修改真实角色的操作的时候，尽量不要修改他，而是在外部在“包”一层进行附加行为，即代理类。例如：接口A有一个接口方法operator()，真实角色：RealA实现接口A，则必须实现接口方法operator()。客户端Client调用接口A的接方法operator()。现在新需求来了，需要修改RealA中的operator()的操作行为。怎么办呢？如果修改RealA就会影响原有系统的稳定性，还要重新测试。这是就需要代理类实现附加行为操作。创建代理ProxyA实现接口A，并将真实对象RealA注入进来。ProxyA实现接口方法operator()，另外还可以增加附加行为，然后调用真实对象的operator()。从而达到了“对修改关闭，对扩展开放”，保证了系统的稳定性。我们看客户端Client调用仍是接口A的接口方法operator()，只不过实例变为了ProxyA类了而已。也就是说代理模式实现了ocp原则。

4.什么时候使用代理模式

　　当我们需要使用的对象很复杂或者需要很长时间去构造，这时就可以使用代理模式(Proxy)。例如：如果构建一个对象很耗费时间和计算机资源，代理模式(Proxy)允许我们控制这种情况，直到我们需要使用实际的对象。一个代理(Proxy)通常包含和将要使用的对象同样的方法，一旦开始使用这个对象，这些方法将通过代理(Proxy)传递给实际的对象。 一些可以使用代理模式(Proxy)的情况：

　　一个对象，比如一幅很大的图像，需要载入的时间很长。　　　　

　　一个需要很长时间才可以完成的计算结果，并且需要在它计算过程中显示中间结果

　　一个存在于远程计算机上的对象，需要通过网络载入这个远程对象则需要很长时间，特别是在网络传输高峰期。

　　一个对象只有有限的访问权限，代理模式(Proxy)可以验证用户的权限

　　代理模式(Proxy)也可以被用来区别一个对象实例的请求和实际的访问，例如：在程序初始化过程中可能建立多个对象，但并不都是马上使用，代理模式(Proxy)可以载入需要的真正的对象。这是一个需要载入和显示一幅很大的图像的程序，当程序启动时，就必须确定要显示的图像，但是实际的图像只能在完全载入后才可以显示！这时我们就可以使用代理模式(Proxy)。

 

1. 原型模式

概念

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。

适用性

当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态装载；或者为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时；或者当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。

讲到原型模式了，我们就不得不区分两个概念：深拷贝、浅拷贝。

    浅拷贝：使用一个已知实例对新创建实例的成员变量逐个赋值，这个方式被称为浅拷贝。

    深拷贝：当一个类的拷贝构造方法，不仅要复制对象的所有非引用成员变量值，还要为引用类型的成员变量创建新的实例，并且初始化为形式参数实例值。

优点

      1、如果创建新的对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能够提高效率。

      2、可以使用深克隆保持对象的状态。

      3、原型模式提供了简化的创建结构。

缺点 

      1、在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。

      2、需要为每一个类配备一个克隆方法，而且这个克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，不一定是件容易的事，必须修改其源代码，违背了“开闭原则”。

总结

      1、原型模式向客户隐藏了创建对象的复杂性。客户只需要知道要创建对象的类型，然后通过请求就可以获得和该对象一模一样的新对象，无须知道具体的创建过程。

      2、克隆分为浅克隆和深克隆两种。

      3、我们虽然可以利用原型模式来获得一个新对象，但有时对象的复制可能会相当的复杂，比如深克隆。