设计模式
分类
创建型模式
- 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
- 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
- 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
- 并发型模式
- 线程池模式
六大原则
开闭原则( Open Close principle )
开闭原则就是说对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是:为了使程序的扩展性好,易于维护和升级。想要达到这样的效果,我们需要使用接口和抽象类。
里氏替换原则 ( Liskov Substitution Principle )
里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。 LSP 是继承复用的基石,只有当衍生类可以替换掉基类,软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。
依赖倒转原则 ( Dependence Inversion Principle )
这个是开闭原则的基础,具体内容:针对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。
接口隔离原则 ( Interface Segregation Principle )
这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思。
迪米特法则 (最少知道原则 ) ( Demeter Principle )
一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用,使系统功能模块相对独立。
合成复用原则 ( Composite Reuse Principle )
尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。
工厂方法模式 ( Factory Method )
建立一个工厂类,对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。
1 | public interface Sender { |
- Jdk中的工厂方法模式
java.lang.Proxy#newProxyInstance()
java.lang.Object#toString()
java.lang.Class#newInstance()
java.lang.reflect.Array#newInstance()
java.lang.reflect.Constructor#newInstance()
java.lang.Boolean#valueOf(String)
java.lang.Class#forName()
抽象工厂模式 ( Abstract Factory )
工厂方法模式的一个问题就是类的创建依赖工厂类,如果要拓展,则需要修改工厂类,违背了开闭原则。使用抽象工厂模式,创建多个工厂类,增加新功能,就直接增加新的工厂类就可以了。
1 | public interface Provider { |
- Jdk中的抽象工厂模式
- `java.util.Calendar#getInstance()
java.util.Arrays#asList()
java.util.ResourceBundle#getBundle()
java.sql.DriverManager#getConnection()
java.sql.Connection#createStatement()
java.sql.Statement#executeQuery()
java.text.NumberFormat#getInstance()
javax.xml.transform.TransformerFactory#newInstance()
单例模式
1 | //静态内部类保证调用getInstance()方法时才初始化,同时由jvm保证仅一次初始化 |
1 | //双重校验加volatile,保证jdk5以后不出现指令重排 |
- Jdk中的单例模式
java.lang.Runtime#getRuntime()
java.awt.Toolkit#getDefaultToolkit()
java.awt.GraphicsEnvironment#getLocalGraphicsEnvironment()
java.awt.Desktop#getDesktop()
建造者模式( Builder )
工厂类模式提供的是创建单个类的模式,而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理,用来创建复合对象,所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性,其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的 Test 结合起来得到的。
1 | public class MultiSender { |
Jdk中的建造模式
java.lang.StringBuilder#append()
java.lang.StringBuffer#append()
java.sql.PreparedStatement
javax.swing.GroupLayout.Group#addComponent()
原型模式( Prototype )
原型模式虽然是创建型的模式,但是与工程模式没有关系,从名字即可看出,该模式的思想就是将一个对象作为原型,对其进行复制、克隆,产生一个和原对象类似的新对象。在 Java 中,复制对象是通过 clone()
实现的。
1 | public class Prototype implements Cloneable { |
浅复制:将一个对象复制后,基本数据类型的变量都会重新创建,而引用类型,指向的还是原对象所指向的。
深复制:将一个对象复制后,不论是基本数据类型还是引用类型,都是重新创建的。简单来说,就是深复制进行了完全彻底的复制,而浅复制不彻底。
1 | public class Prototype implements Cloneable, Serializable { |
- Jdk中的原型模式
java.lang.Object#clone()
java.lang.Cloneable
适配器模式( Adapter )
适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示,目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类:类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。
类的适配器模式
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27public class Source {
public void method1() {
System.out.println("this is original method!");
}
}
public interface Targetable {
public void method1();
public void method2();
}
public class Adapter extends Source implements Targetable {
public void method2() {
System.out.println("this is the targetable method!");
}
}
public class AdapterTest {
public static void main(String[] args) {
Targetable target = new Adapter();
target.method1();
target.method2();
}
}
//this is original method!
//this is the targetable method!对象的适配器模式
基本思路和类的适配器模式相同,只是将 Adapter 类作修改,这次不继承 Source 类,而是持有 Source 类的实例,以达到解决兼容性的问题。
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29public class Wrapper implements Targetable {
private Source source;
public Wrapper(Source source) {
super();
this.source = source;
}
public void method2() {
System.out.println("this is the targetable method!");
}
public void method1() {
source.method1();
}
}
public class AdapterTest {
public static void main(String[] args) {
Source source = new Source();
Targetable target = new Wrapper(source);
target.method1();
target.method2();
}
}
//this is original method!
//this is the targetable method!接口的适配器模式
借助于一个抽象类,该抽象类实现了该接口,实现了所有的方法。而我们不和原始接口打交道,而是继承该抽象类,重写我们需要的方法就行。
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28public abstract class Wrapper implements Targetable {
public void method1(){}
public void method2(){}
}
public class TargetSub1 extends Wrapper {
public void method2() {
System.out.println("this is TargetSub1 method2!");
}
}
public class TargetSub2 extends Wrapper {
public void method2() {
System.out.println("this is TargetSub2 method2!");
}
}
public class TargetSubTest {
public void main(String[] args) {
Targetable target1 = new TargetSub1();
Targetable target2 = new TargetSub2();
target1.method2();
target2.method2();
}
}
//this is TargetSub1 method2!
//this is TargetSub2 method2!Jdk中的适配器模式
java.util.Arrays#asList()
javax.swing.JTable(TableModel)
java.io.InputStreamReader(InputStream)
java.io.OutputStreamWriter(OutputStream)
javax.xml.bind.annotation.adapters.XmlAdapter#marshal()
javax.xml.bind.annotation.adapters.XmlAdapter#unmarshal()
装饰模式( Decorator )
装饰模式是指给一个对象增加一些新的功能,而且是动态的,要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口,装饰对象持有被装饰对象的实例。Java IO中的类就是运用了装饰模式,如
1 | FileReader f = new FileReader(filename); |
1 | FileInputStream f = new FileInputStream(new File(filename)); |
1 | public interface Sourceable { |
Jdk中的装饰器模式
动态的给一个对象附加额外的功能,这也是子类的一种替代方式。可以看到,在创建一个类型的时候,同时也传入同一类型的对象。这在JDK里随处可见,你会发现它无处不在,所以下面这个列表只是一小部分。
java.io.BufferedInputStream(InputStream)
java.io.DataInputStream(InputStream)
java.io.BufferedOutputStream(OutputStream)
java.util.zip.ZipOutputStream(OutputStream)
java.util.Collections#checked[List|Map|Set|SortedSet|SortedMap]
代理模式 ( Proxy )
代理模式就是多一个代理类出来,替原对象进行一些操作。
1 | public interface Sourceable { |
装饰模式 ( Decorator ) 与代理模式 ( Proxy )模式的区别
装饰模式:被装饰对象
对客户端透明,用于增强被装饰对象
的功能。
代理模式:被代理对象
对客户端不透明,用于控制被代理对象
的引用,起到限制作用。
- Jdk中的代理模式
- java.lang.reflect.Proxy
- RMI
外观模式 ( Facade )
外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的,像 Spring 一样,可以将类和类之间的关系配置到配置文件中,而外观模式就是将他们的关系放在一个 Facade 类中,降低了类类之间的耦合度,该模式中没有涉及到接口
Jdk中的外观模式
给一组组件,接口,抽象,或者子系统提供一个简单的接口。
- java.lang.Class
- javax.faces.webapp.FacesServlet
桥接模式( Bridge )
桥接模式就是把事物和其具体实现分开,使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是:将抽象化与实现化解耦,使得二者可以独立变化。
- Jdk中的桥接模式
- AWT
- JDBC
组合模式 ( Composite )
组合模式有时又叫部分-整体模式,在处理类似树形结构的问题时比较方便。
使得客户端看来单个对象和对象的组合是同等的。换句话说,某个类型的方法同时也接受自身类型作为参数。
1 | private class TreeNode { |
- Jdk中的组合模式
javax.swing.JComponent#add(Component)
java.awt.Container#add(Component)
java.util.Map#putAll(Map)
java.util.List#addAll(Collection)
java.util.Set#addAll(Collection)
享元模式( Flyweight )
享元模式的主要目的是实现对象的共享,即共享池,当系统中对象多的时候可以减少内存的开销,通常与工厂模式一起使用。
Jdk中的享元模式
使用缓存来加速大量小对象的访问时间。
java.lang.Integer#valueOf(int)
java.lang.Boolean#valueOf(boolean)
java.lang.Byte#valueOf(byte)
java.lang.Character#valueOf(char)
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。
Jdk中的策略模式
使用这个模式来将一组算法封装成一系列对象。通过传递这些对象可以灵活的改变程序的功能。
java.util.Comparator#compare()
javax.servlet.http.HttpServlet
javax.servlet.Filter#doFilter()
模板方法模式( Template Method )
模板方法模式是指一个抽象类中,有一个主方法,再定义1到n个方法,可以是抽象的,也可以是实际方法,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。
Jdk中的模板方法模式
让子类可以重写方法的一部分,而不是整个重写,你可以控制子类需要重写那些操作。
java.util.Collections#sort()
java.io.InputStream#skip()
java.io.InputStream#read()
java.util.AbstractList#indexOf()
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。
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。
- Jdk中的观察者模式
java.util.EventListener
javax.servlet.http.HttpSessionBindingListener
javax.servlet.http.HttpSessionAttributeListener
javax.faces.event.PhaseListener
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。
Jdk中的迭代子模式
提供一个一致的方法来顺序访问集合中的对象,这个方法与底层的集合的具体实现无关。
java.util.Iterator
java.util.Enumeration
责任链模式 ( Chain of Responsibility )
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。
1 | public interface Handler { |
- Jdk中的责任链模式
java.util.logging.Logger#log()
javax.servlet.Filter#doFilter()
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。
1 | public interface Command<T> { |
- Jdk中的命令模式
java.lang.Runnable
javax.swing.Action
备忘录模式 ( Memento )
主要目的是保存一个对象的某个状态,以便在适当的时候恢复对象。
Jdk中的备忘录模式
生成对象状态的一个快照,以便对象可以恢复原始状态而不用暴露自身的内容。Date对象通过自身内部的一个long值来实现备忘录模式。
- java.util.Date
- java.io.Serializable
状态模式 ( State )
当对象的状态改变时,同时改变其行为。
1 | abstract class State { |
Jdk中的状态模式
通过改变对象内部的状态,使得你可以在运行时动态改变一个对象的行为。
java.util.Iterator
javax.faces.lifecycle.LifeCycle#execute()
访问者模式
访问者模式把数据结构和作用于结构上的操作解耦合,使得操作集合可相对自由地演化。访问者模式适用于数据结构相对稳定算法又易变化的系统。因为访问者模式使得算法操作增加变得容易。若系统数据结构对象易于变化,经常有新的数据对象增加进来,则不适合使用访问者模式。访问者模式的优点是增加操作很容易,因为增加操作意味着增加新的访问者。访问者模式将有关行为集中到一个访问者对象中,其改变不影响系统数据结构。其缺点就是增加新的数据结构很困难。
访问者模式算是最复杂也是最难以理解的一种模式了。它表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。
涉及角色:
1.Visitor 抽象访问者角色,为该对象结构中具体元素角色声明一个访问操作接口。该操作接口的名字和参数标识了发送访问请求给具体访问者的具体元素角色,这样访问者就可以通过该元素角色的特定接口直接访问它。
2.ConcreteVisitor.具体访问者角色,实现Visitor声明的接口。
3.Element 定义一个接受访问操作(accept()),它以一个访问者(Visitor)作为参数。
4.ConcreteElement 具体元素,实现了抽象元素(Element)所定义的接受操作接口。
5.ObjectStructure 结构对象角色,这是使用访问者模式必备的角色。它具备以下特性:能枚举它的元素;可以提供一个高层接口以允许访问者访问它的元素;如有需要,可以设计成一个复合对象或者一个聚集(如一个列表或无序集合)。
1 | abstract class Element |
Jdk中的访问者模式
提供一个方便的可维护的方式来操作一组对象。它使得你在不改变操作的对象前提下,可以修改或者扩展对象的行为。
javax.lang.model.element.Element
andjavax.lang.model.element.ElementVisitor
javax.lang.model.type.TypeMirror
andjavax.lang.model.type.TypeVisitor
中介者模式 ( Mediator )
用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用,从而使其耦合松散,而且可以独立地改变它们之间的交互。
Jdk中的中介者模式
通过使用一个中间对象来进行消息分发以及减少类之间的直接依赖。
java.util.Timer
java.util.concurrent.Executor#execute()
java.util.concurrent.ExecutorService#submit()
java.lang.reflect.Method#invoke()
解释器模式 ( Interpreter )
给定一种语言,定义他的文法的一种表示,并定义一个解释器,该解释器使用该表示来解释语言中句子。
解释器模式是一个比较少用的模式。
Jdk中的解释器模式
这个模式通常定义了一个语言的语法,然后解析相应语法的语句。
java.util.Pattern
java.text.Normalizer
java.text.Format