Java开发中的23种设计模式详解

               

转自：http://zz563143188.iteye.com/blog/1847029

 

 

设计模式（Design Patterns）

                                  ——可复用面向对象软件的基础

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。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之设计模式，我们会以理论与实践相结合的方式来进行本章的学习，希望广大程序爱好者，学好设计模式，做一个优秀的软件工程师！

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一、设计模式的分类

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。

其实还有两类：并发型模式和线程池模式。用一个图片来整体描述一下：

 

二、设计模式的六大原则

1、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，后面的具体设计中我们会提到这点。

2、里氏代换原则（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。—— From Baidu 百科

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

4、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，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。

5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

为什么叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。

6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

三、Java的23中设计模式

从这一块开始，我们详细介绍Java中23种设计模式的概念，应用场景等情况，并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。

1、工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式分为三种：

11、普通工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。首先看下关系图：

举例如下：（我们举一个发送邮件和短信的例子）

首先，创建二者的共同接口：

[java]  view plain copy

1. public interface Sender {  
2.     public void Send();  
3. }  

其次，创建实现类：

[java]  view plain copy

1. public class MailSender implements Sender {  
2.     @Override  
3.     public void Send() {  
4.         System.out.println("this is mailsender!");  
5.     }  
6. }  

[java]  view plain copy

1. public class SmsSender implements Sender {  
2.   
3.     @Override  
4.     public void Send() {  
5.         System.out.println("this is sms sender!");  
6.     }  
7. }  

最后，建工厂类：

[java]  view plain copy

1. public class SendFactory {  
2.   
3.     public Sender produce(String type) {  
4.         if ("mail".equals(type)) {  
5.             return new MailSender();  
6.         } else if ("sms".equals(type)) {  
7.             return new SmsSender();  
8.         } else {  
9.             System.out.println("请输入正确的类型!");  
10.             return null;  
11.         }  
12.     }  
13. }  

我们来测试下：

1. public class FactoryTest {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         SendFactory factory = new SendFactory();  
5.         Sender sender = factory.produce("sms");  
6.         sender.Send();  
7.     }  
8. }  

输出：this is sms sender!

22、多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。关系图：

将上面的代码做下修改，改动下SendFactory类就行，如下：

[java]  view plain copy public   class  SendFactory {  

    public  Sender produceMail(){  

1.         return new MailSender();  
2.     }  
3.       
4.     public Sender produceSms(){  
5.         return new SmsSender();  
6.     }  
7. }  

测试类如下：

[java]  view plain copy

1. public class FactoryTest {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         SendFactory factory = new SendFactory();  
5.         Sender sender = factory.produceMail();  
6.         sender.Send();  
7.     }  
8. }  

输出：this is mailsender!

33、静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

[java]  view plain copy

1. public class SendFactory {  
2.       
3.     public static Sender produceMail(){  
4.         return new MailSender();  
5.     }  
6.       
7.     public static Sender produceSms(){  
8.         return new SmsSender();  
9.     }  
10. }  

[java]  view plain copy

1. public class FactoryTest {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {      
4.         Sender sender = SendFactory.produceMail();  
5.         sender.Send();  
6.     }  
7. }  

输出：this is mailsender!

总体来说，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

2、抽象工厂模式（Abstract Factory）

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。因为抽象工厂不太好理解，我们先看看图，然后就和代码，就比较容易理解。

请看例子：

[java]  view plain copy

1. public interface Sender {  
2.     public void Send();  
3. }  

两个实现类：

[java]  view plain copy

1. public class MailSender implements Sender {  
2.     @Override  
3.     public void Send() {  
4.         System.out.println("this is mailsender!");  
5.     }  
6. }  

[java]  view plain copy

1. public class SmsSender implements Sender {  
2.   
3.     @Override  
4.     public void Send() {  
5.         System.out.println("this is sms sender!");  
6.     }  
7. }  

两个工厂类：

[java]  view plain copy

1. public class SendMailFactory implements Provider {  
2.       
3.     @Override  
4.     public Sender produce(){  
5.         return new MailSender();  
6.     }  
7. }  

[java]  view plain copy

1. public class SendSmsFactory implements Provider{  
2.   
3.     @Override  
4.     public Sender produce() {  
5.         return new SmsSender();  
6.     }  
7. }  

在提供一个接口：

[java]  view plain copy

1. public interface Provider {  
2.     public Sender produce();  
3. }  

测试类：

[java]  view plain copy

1. public class Test {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         Provider provider = new SendMailFactory();  
5.         Sender sender = provider.produce();  
6.         sender.Send();  
7.     }  
8. }  

其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能：发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

3、单例模式（Singleton）

单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

2、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

首先我们写一个简单的单例类：

[java]  view plain copy

1. public class Singleton {  
2.   
3.     /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */  
4.     private static Singleton instance = null;  
5.   
6.     /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
7.     private Singleton() {  
8.     }  
9.   
10.     /* 静态工程方法，创建实例 */  
11.     public static Singleton getInstance() {  
12.         if (instance == null) {  
13.             instance = new Singleton();  
14.         }  
15.         return instance;  
16.     }  
17.   
18.     /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
19.     public Object readResolve() {  
20.         return instance;  
21.     }  
22. }  

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

[java]  view plain copy

1. public static synchronized Singleton getInstance() {  
2.         if (instance == null) {  
3.             instance = new Singleton();