Java设计模式理论知识要点总结

一 设计模式基本知识


1. 定义
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。

2. 设计模式和框架:
现在,可复用面向对象软件系统现在一般划分为两大类:应用程序工具箱和框架(Framework),我们平时开发的具体软件都是应用程序,Java的API属于工具箱;而框架是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类,EJB(EnterpriseJavaBeans)是Java应用于企业计算的框架。

  框架通常定义了应用体系的整体结构类和对象的关系等等设计参数,以便于具体应用实现者能集中精力于应用本身的特定细节。框架主要记录软件应用中共同的设计决策,框架强调设计复用,因此框架设计中必然要使用设计模式。

  另外,设计模式有助于对框架结构的理解,成熟的框架通常使用了多种设计模式,如果你熟悉这些设计模式,你将迅速掌握框架的结构,我们一般开发者如果突然接触EJBJ2EE等框架,会觉得难学,那么转而先掌握设计模式,无疑是给了剖析EJB或J2EE系统的一把利器。

3. 设计模式的原则:
  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?OO界有前辈的几个原则:"开-闭"原则(Open Closed Principal)、里氏代换原则、合成复用原则。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、"开-闭"原则
  此原则是由"Bertrand Meyer"提出的。就是说模块应对扩展开放,而对修改关闭。模块应尽量在不修改原(是"原",指原来的代码)代码的情况下进行扩展。
    那么怎么扩展呢?看工厂模式"factory pattern"。
  工厂模式是对具体产品进行扩展,有的项目可能需要更多的扩展性,要对这个"工厂"也进行扩展,那就成了"抽象工厂模式"。

  2、里氏代换原则
    如果调用的是父类的话,那么换成子类也完全可以运行。
    Java编译程序会检查程序是否符合里氏代换原则。还记得java继承的一个原则吗?子类override方法的访问权限不能小于父类对应方法的访问权限。
  可以说:里氏代换原则是继承复用的一个基础。

  3、合成复用原则
  就是说要少用继承,多用合成关系来实现。有几个类要与数据库打交道,就写了一个数据库操作的类,然后别的跟数据库打交道的类都继承这个。结果,修改了数据库操作类的一个方法,各个类都需要改动。"牵一发而动全身"!面向对象是要把波动限制在尽量小的范围。
  在Java中,应尽量针对Interface编程,而非实现类。这样,更换子类不会影响调用它方法的代码。要让各个类尽可能少的跟别人联系,"不要与陌生人说话"。这样,扩展性和维护性才能提高。

  4 依赖倒转原则
  抽象不应该依赖与细节,细节应当依赖与抽象。
  要针对接口编程,而不是针对实现编程。
  传递参数,或者在组合聚合关系中,尽量引用层次高的类。

  主要是在构造对象时可以动态的创建各种具体对象,当然如果一些具体类比较稳定,就不必在弄一个抽象类做它的父类,这样有画舌添足的感觉

  5 接口隔离原则
  定制服务的例子,每一个接口应该是一种角色,不多不少,不干不该干的事,该干的事都要干

  6 抽象类
  抽象类不会有实例,一般作为父类为子类继承,一般包含这个系的共同属性和方法。
  注意:好的继承关系中,只有叶节点是具体类,其他节点应该都是抽象类,也就是说具体类
  是不被继承的。将尽可能多的共同代码放到抽象类中。

  7 迪米特法则
  最少知识原则。不要和陌生人说话。

4. 一个模式的四个基本要素
设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。

  1. 模式名称(pattern name)
  一个助记名,它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。命名一个新的模式增加了我们的设计词汇。设计模式允许我们在较高的抽象层次上进行设计。基于一个模式词汇表,我们自己以及同事之间就可以讨论模式并在编写文档时使用它们。模式名可以帮助我们思考,便于我们与其他人交流设计思想及设计结果。

  2. 问题(problem)
  描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果,它可能描述了特定的设计问题,如怎样用对象表示算法等。也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候,问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。

  3. 解决方案(solution)
  描述了设计的组成成分,它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板,可应用于多种不同场合,所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现,而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合(类或对象组合)来解决这个问题。

  4. 效果(consequences)
  描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时,并不总提到模式效果,但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要意义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量,它们也表述了语言和实现问题。因为复用是面向对象设计的要素之一,所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响,显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。

二 什么是设计模式

1。设计模式是对读者经常遇到的设计问题的可再现的解决方案(The Smalltalk Companion); 
2。设计模式简历了一系列描述如何完成软件开发领域中特定任务的规则(Pree 1995); 
3。设计模式更关注于复用可重复出现的结构设计方案,而框架注重于具体设计和实现(Coplien and Schmidt 1995); 
4。模式提出了一个发生在特定设计环境中的可重复出现的设计问题,并提供了解决方案。(Buschmann et al. 1996); 
5。模式识别并确定类和实例层次上或组件层次上的抽象关系(Gamma,Johnson, and Vlissides, 1993).

设计模式只是编写更好的面向对象程序的一种方法。按照Gang of Four 的分类方式,把设计模式分成三类:创建型、结构型和行为型。

三 一些基本的设计模式

       Abstract Factory:提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无需指定它们具体的类。 
  Adapter:将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。 
  Bridge:将抽象部分与它的实现部分分离,使它们都可以独立地变化。 
  Builder:将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。 
  Chain of Responsibility:为解除请求的发送者和接收者之间耦合,而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链,并沿着这条链传递该请求,直到有一个对象处理它。 
  Command:将一个请求封装为一个对象,从而使你可用不同的请求对客户进行参数化;对请求排队或记录请求日志,以及支持可取消的操作。 
  Composite:将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。 
  Decorator:动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言, 它比生成子类方式更为灵活。 
  Facade:为子系统中的一组接口提供一个一致的界面, F a c a d e模式定义了一个高层接口,这个接口使得这一子系统更加容易使用。 
  Factory Method:定义一个用于创建对象的接口,让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。 
  Flyweight:运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 
  Interpreter:给定一个语言, 定义它的文法的一种表示,并定义一个解释器, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。 
  Iterator:提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。 
  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。 
  Memento:在不破坏封装性的前提下,捕获一个对象的内部状态,并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。 
  Observer:定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并自动刷新。 
  Prototype:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。 
  Proxy:为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。 
  Singleton: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。 
  State:允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它所属的类。 
  Strategy:定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。 
  Template Method:定义一个操作中的算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中。Template Method使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。 
  Visitor: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的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

四 Java中常用设计模式总结(23种)


    1、工厂模式:客户类和工厂类分开。消费者任何时候需要某种产品,只需向工厂请求即可。消费者无须修改就可以接纳新产品。缺点是当产品修改时,工厂类也要做相应的修改。如:如何创建及如何向客户端提供。  

  2、建造模式:将产品的内部表象和产品的生成过程分割开来,从而使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。建造模式使得产品内部表象可以独立的变化,客户不必知道产品内部组成的细节。建造模式可以强制实行一种分步骤进行的建造过程。  

  3、工厂方法模式:核心工厂类不再负责所有产品的创建,而是将具体创建的工作交给子类去做,成为一个抽象工厂角色,仅负责给出具体工厂类必须实现的接口,而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。  

  4、原始模型模式:通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型,然后用复制这个原型对象的方法创建出更多同类型的对象。原始模型模式允许动态的增加或减少产品类,产品类不需要非得有任何事先确定的等级结构,原始模型模式适用于任何的等级结构。
缺点是每一个类都必须配备一个克隆方法。  

  5、单例模式:单例模式确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例单例模式。单例模式只应在有真正的“单一实例”的需求时才可使用。

  6、适配器(变压器)模式:把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口,从而使原本因接口原因不匹配而无法一起工作的两个类能够一起工作。适配类可以根据参数返还一个合适的实例给客户端。  

  7、桥梁模式:将抽象化与实现化脱耦,使得二者可以独立的变化,也就是说将他们之间的强关联变成弱关联,也就是指在一个软件系统的抽象化和实现化之间使用组合/聚合关系而不是继承关系,从而使两者可以独立的变化。  

  8、合成模式:合成模式将对象组织到树结构中,可以用来描述整体与部分的关系。合成模式就是一个处理对象的树结构的模式。合成模式把部分与整体的关系用树结构表示出来。合成模式使得客户端把一个个单独的成分对象和由他们复合而成的合成对象同等看待。 

  9、装饰模式:装饰模式以对客户端透明的方式扩展对象的功能,是继承关系的一个替代方案,提供比继承更多的灵活性。动态给一个对象增加功能,这些功能可以再动态的撤消。增加由一些基本功能的排列组合而产生的非常大量的功能。  

  10、门面模式:外部与一个子系统的通信必须通过一个统一的门面对象进行。门面模式提供一个高层次的接口,使得子系统更易于使用。每一个子系统只有一个门面类,而且此门面类只有一个实例,也就是说它是一个单例模式。但整个系统可以有多个门面类。  

  11、享元模式:FLYWEIGHT在拳击比赛中指最轻量级。享元模式以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象。享元模式能做到共享的关键是区分内蕴状态和外蕴状态。内蕴状态存储在享元内部,不会随环境的改变而有所不同。外蕴状态是随环境的改变而改变的。外蕴
状态不能影响内蕴状态,它们是相互独立的。将可以共享的状态和不可以共享的状态从常规类中区分开来,将不可以共享的状态从类里剔除出去。客户端不可以直接创建被共享的对象,而应当使用一个工厂对象负责创建被共享的对象。享元模式大幅度的降低内存中对象
的数量。  

  12、代理模式:代理模式给某一个对象提供一个代理对象,并由代理对象控制对源对象的引用。代理就是一个人或一个机构代表另一个人或者一个机构采取行动。某些情况下,客户不想或者不能够直接引用一个对象,代理对象可以在客户和目标对象直接起到中介的
作用。客户端分辨不出代理主题对象与真实主题对象。代理模式可以并不知道真正的被代理对象,而仅仅持有一个被代理对象的接口,这时候代理对象不能够创建被代理对象,被代理对象必须有系统的其他角色代为创建并传入。 

  13、责任链模式:在责任链模式中,很多对象由每一个对象对其下家的引用而接起来形成一条链。请求在这个链上传递,直到链上的某一个对象决定处理此请求。客户并不知道链上的哪一个对象最终处理这个请求,系统可以在不影响客户端的情况下动态的重新组织
链和分配责任。处理者有两个选择:承担责任或者把责任推给下家。一个请求可以最终不被任何接收端对象所接受。  

  14、命令模式:命令模式把一个请求或者操作封装到一个对象中。命令模式把发出命令的责任和执行命令的责任分割开,委派给不同的对象。命令模式允许请求的一方和发送的一方独立开来,使得请求的一方不必知道接收请求的一方的接口,更不必知道请求是怎么
被接收,以及操作是否执行,何时被执行以及是怎么被执行的。系统支持命令的撤消。  

  15、解释器模式:给定一个语言后,解释器模式可以定义出其文法的一种表示,并同时提供一个解释器。客户端可以使用这个解释器来解释这个语言中的句子。解释器模式将描述怎样在有了一个简单的文法后,使用模式设计解释这些语句。在解释器模式里面提到的
语言是指任何解释器对象能够解释的任何组合。在解释器模式中需要定义一个代表文法的命令类的等级结构,也就是一系列的组合规则。每一个命令对象都有一个解释方法,代表对命令对象的解释。命令对象的等级结构中的对象的任何排列组合都是一个语言。  

  16、迭代子模式:迭代子模式可以顺序访问一个聚集中的元素而不必暴露聚集的内部表象。多个对象聚在一起形成的总体称之为聚集,聚集对象是能够包容一组对象的容器对象。迭代子模式将迭代逻辑封装到一个独立的子对象中,从而与聚集本身隔开。迭代子模式
简化了聚集的界面。每一个聚集对象都可以有一个或一个以上的迭代子对象,每一个迭代子的迭代状态可以是彼此独立的。迭代算法可以独立于聚集角色变化。  

  17、调停者模式:调停者模式包装了一系列对象相互作用的方式,使得这些对象不必相互明显作用。从而使他们可以松散偶合。当某些对象之间的作用发生改变时,不会立即影响其他的一些对象之间的作用。保证这些作用可以彼此独立的变化。调停者模式将多对多
的相互作用转化为一对多的相互作用。调停者模式将对象的行为和协作抽象化,把对象在小尺度的行为上与其他对象的相互作用分开处理。  

  18、备忘录模式:备忘录对象是一个用来存储另外一个对象内部状态的快照的对象。备忘录模式的用意是在不破坏封装的条件下,将一个对象的状态捉住,并外部化,存储起来,从而可以在将来合适的时候把这个对象还原到存储起来的状态。  

  19、观察者模式:观察者模式定义了一种一队多的依赖关系,让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态上发生变化时,会通知所有观察者对象,使他们能够自动更新自己。  

  20、状态模式:状态模式允许一个对象在其内部状态改变的时候改变行为。这个对象看上去象是改变了它的类一样。状态模式把所研究的对象的行为包装在不同的状态对象里,每一个状态对象都属于一个抽象状态类的一个子类。状态模式的意图是让一个对象在其内
部状态改变的时候,其行为也随之改变。状态模式需要对每一个系统可能取得的状态创立一个状态类的子类。当系统的状态变化时,系统便改变所选的子类。  

  21、策略模式:策略模式针对一组算法,将每一个算法封装到具有共同接口的独立的类中,从而使得它们可以相互替换。策略模式使得算法可以在不影响到客户端的情况下发生变化。策略模式把行为和环境分开。环境类负责维持和查询行为类,各种算法在具体的策
略类中提供。由于算法和环境独立开来,算法的增减,修改都不会影响到环境和客户端。  

  22、模板方法模式:模板方法模式准备一个抽象类,将部分逻辑以具体方法以及具体构造子的形式实现,然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。不同的子类可以以不同的方式实现这些抽象方法,从而对剩余的逻辑有不同的实现。先制定一个顶级逻辑框
架,而将逻辑的细节留给具体的子类去实现。 

  23、访问者模式:访问者模式的目的是封装一些施加于某种数据结构元素之上的操作。一旦这些操作需要修改的话,接受这个操作的数据结构可以保持不变。访问者模式适用于数据结构相对未定的系统,它把数据结构和作用于结构上的操作之间的耦合解脱开,使得
操作集合可以相对自由的演化。访问者模式使得增加新的操作变的很容易,就是增加一个新的访问者类。访问者模式将有关的行为集中到一个访问者对象中,而不是分散到一个个的节点类中。当使用访问者模式时,要将尽可能多的对象浏览逻辑放在访问者类中,而不是
放到它的子类中。访问者模式可以跨过几个类的等级结构访问属于不同的等级结构的成员类。

五 二十三种设计模式要点


1、工厂模式:客户类和工厂类分开。任何时候需要某种产品,只需向工厂请求。
2、建造模式:将产品的内部表象和产品的生成过程分割开来。
3、工厂方法模式:核心工厂类不再负责所有产品的创建,而是将具体创建的工作交给子类去做。
4、原始模型模式:通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型,然后用复制这个原型对象的方法创建出更多同类型的对象。
5、单例模式:单例模式确保某一个类只有一个实例。
6、适配器(变压器)模式:把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口,从而使原本因接口原因不匹配而无法一起工作的两个类能够一起工作。
7、桥梁模式:指在一个软件系统的抽象化和实现化之间使用组合/聚合关系而不是继承关系。
8、合成模式:将对象组织到树结构中,可以用来描述整体与部分的关系。
9、装饰模式:是继承关系的一个替代方案;动态给一个对象增加功能,这些功能可以再动态的撤消。
10、门面模式:外部与一个子系统的通信必须通过一个统一的门面对象进行。
11、享元模式:享元模式以共享的方式高效的支持大量的细粒度对象。
12、代理模式:代理模式给某一个对象提供一个代理对象,并由代理对象控制对源对象的引用。
13、责任链模式:很多对象由每一个对象对其下家的引用而接起来形成一条链。
14、命令模式:命令模式把一个请求或者操作封装到一个对象中。
15、解释器模式:给定一个语言后,解释器模式可以定义出其文法的一种表示,并同时提供一个解释器。
16、迭代子模式:迭代子模式可以顺序访问一个聚集中的元素而不必暴露聚集的内部表象。
17、调停者模式:调停者模式包装了一系列对象相互作用的方式,使得这些对象不必相互明显作用。
18、备忘录模式:备忘录对象是一个用来存储另外一个对象内部状态的快照的对象。
19、观察者模式:让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。
20、状态模式:状态模式允许一个对象在其内部状态改变的时候改变行为。
21、策略模式:针对一组算法,将每一个算法封装到具有共同接口的独立的类中,从而使得它们可以相互替换。
22、模板方法模式:模板方法模式准备一个抽象类,将部分逻辑以具体方法以及具体构造子的形式实现,然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。
23、访问者模式:访问者模式的目的是封装一些施加于某种数据结构元素之上的操作;一旦这些操作需要修改的话,接受这个操作的数据结构可以保持不变。

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