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大厂面试系列第五弹!
这一章比较特殊,可能会将所有常见的设计模式进行一个总结,然后我会把一部分最常问的设计模式标注出来,内容比较多,但是都是干货!
为了方便直接查看其中某一个设计模式,把目录放在下面:
一个类,只有一个引起它变化的原因。即一个类应该只有一个职责。每一个职责都是变化的一个轴线,如果一个类有一个以上的职责,这些职责就耦合在了一起。这会导致脆弱的设计。当一个职责发生变化时,可能会影响其它的职责。另外,多个职责耦合在一起,会影响复用性。例如:要实现逻辑和界面的分离。
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。
俗称LSP原则(手动狗头 doge)。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。
所谓依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle)就是要依赖于抽象,不要依赖于具体。简单的说就是要求对抽象进行编程,不要对实现进行编程,这样就降低了客户与实现模块间的耦合。
实现开闭原则的关键是抽象化,并且从抽象化导出具体化实现,如果说开闭原则是面向对象设计的目标的话,那么依赖倒转原则就是面向对象设计的主要手段。
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。
合成复用原则就是指在一个新的对象里通过关联关系(包括组合关系和聚合关系)来使用一些已有的对象,使之成为新对象的一部分;新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用其已有功能的目的。简言之:要尽量使用组合/聚合关系,少用继承。
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。也就是说一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用。这样,当一个模块修改时,就会尽量少的影响其他的模块,扩展会相对容易,这是对软件实体之间通信的限制,它要求限制软件实体之间通信的宽度和深度。(其实有点类似于现在运用比较多的微服务,每个微服务之间尽可能少的相互影响,只知道彼此的接口)
这 7 种设计原则是软件设计模式必须尽量遵循的原则,是设计模式的基础。在实际开发过程中,并不是一定要求所有代码都遵循设计原则,而是要综合考虑人力、时间、成本、质量,不刻意追求完美,要在适当的场景遵循设计原则。这体现的是一种平衡取舍,可以帮助我们设计出更加优雅的代码结构。
各种原则要求的侧重点不同,下面我们分别用一句话归纳总结软件设计模式的七大原则,如下表所示。
设计原则 | 一句话归纳 | 目的 |
---|---|---|
开闭原则 | 对扩展开放,对修改关闭 | 降低维护带来的新风险 |
依赖倒置原则 | 高层不应该依赖低层,要面向接口编程 | 更利于代码结构的升级扩展 |
单一职责原则 | 一个类只干一件事,实现类要单一 | 便于理解,提高代码的可读性 |
接口隔离原则 | 一个接口只干一件事,接口要精简单一 | 功能解耦,高聚合、低耦合 |
迪米特法则 | 不该知道的不要知道,一个类应该保持对其它对象最少的了解,降低耦合度 | 只和朋友交流,不和陌生人说话,减少代码臃肿 |
里氏替换原则 | 不要破坏继承体系,子类重写方法功能发生改变,不应该影响父类方法的含义 | 防止继承泛滥 |
合成复用原则 | 尽量使用组合或者聚合关系实现代码复用,少使用继承 | 降低代码耦合 |
实际上,这些原则的目的只有一个:降低对象之间的耦合,增加程序的可复用性、可扩展性和可维护性。
下面开始介绍各类设计模式!
创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象?”,它的主要特点是 “将对象的创建与使用分离” 。这样可以降低系统的耦合度,使用者不需要关注对象的创建细节,对象的创建由相关的工厂来完成。就像我们去商场购买商品时,不需要知道商品是怎么生产出来一样,因为它们由专门的厂商生产。
创建型模式分为以下几种。
在有些系统中,为了节省内存资源、保证数据内容的一致性,对某些类要求只能创建一个实例,这就是所谓的单例模式(比如Spring中的dao层和service层)。
单例(Singleton)模式的定义:指一个类只有一个实例,且该类能自行创建这个实例的一种模式。单例(Singleton)模式的定义:指一个类只有一个实例,且该类能自行创建这个实例的一种模式。
单例模式有 3 个特点:
单例模式的优点:
单例模式的缺点:
单例模式又分为懒汉式单例和饿汉式单例。他们的区别是:懒汉式单例只要在第一次需要该对象时才会创建,而饿汉式单例是加载该类的时候就创建了该类对象。
最经典的基于双重检查的、线程安全的单例模式代码:
public class Singleton {
private static volatile Singleton INSTANCE;
public static Singleton getInstance(){
if(INSTANCE == null){
synchronized (Singleton.class){
if(INSTANCE == null){
INSTANCE = new Singleton();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
原型(Prototype)模式的定义如下:用一个已经创建的实例作为原型,通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里,原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效,根本无须知道对象创建的细节。例如,Windows 操作系统的安装通常较耗时,如果复制就快了很多。
原型模式的优点:
原型模式的缺点:
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。
浅克隆:创建一个新对象,新对象的属性和原来对象完全相同,对于非基本类型属性,仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
深克隆:创建一个新对象,属性中引用的其他对象也会被克隆,不再指向原有对象地址。
//具体原型类
class Realizetype implements Cloneable {
Realizetype() {
System.out.println("具体原型创建成功!");
}
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
System.out.println("具体原型复制成功!");
return (Realizetype) super.clone();
}
}
//原型模式的测试类
public class PrototypeTest {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
Realizetype obj1 = new Realizetype();
Realizetype obj2 = (Realizetype) obj1.clone();
System.out.println("obj1==obj2?" + (obj1 == obj2));
}
}
现实生活中,原始社会自给自足(没有工厂),农耕社会小作坊(简单工厂,民间酒坊),工业革命流水线(工厂方法,自产自销),现代产业链代工厂(抽象工厂,富士康)。我们的项目代码同样是由简到繁一步一步迭代而来的,但对于调用者来说,却越来越简单。
在日常开发中,凡是需要生成复杂对象的地方,都可以尝试考虑使用工厂模式来代替。
注意:上述复杂对象指的是类的构造函数参数过多等对类的构造有影响的情况,因为类的构造过于复杂,如果直接在其他业务类内使用,则两者的耦合过重,后续业务更改,就需要在任何引用该类的源代码内进行更改,光是查找所有依赖就很消耗时间了,更别说要一个一个修改了。
工厂模式的定义:定义一个创建产品对象的工厂接口,将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。
优点:
缺点:
简单工厂模式的主要角色如下:
public class Client {
//抽象产品
public interface Product {
void show();
}
//具体产品:ProductA
static class ConcreteProduct1 implements Product {
public void show() {
System.out.println("具体产品1显示...");
}
}
//具体产品:ProductB
static class ConcreteProduct2 implements Product {
public void show() {
System.out.println("具体产品2显示...");
}
}
final class Const {
static final int PRODUCT_A = 0;
static final int PRODUCT_B = 1;
static final int PRODUCT_C = 2;
}
static class SimpleFactory {
public static Product makeProduct(int kind) {
switch (kind) {
case Const.PRODUCT_A:
return new ConcreteProduct1();
case Const.PRODUCT_B:
return new ConcreteProduct2();
}
return null;
}
}
}
总结:就是将产品抽象了,通过统一的工厂去获取不同的产品。
工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化,其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品,即满足开闭原则。
优点:
缺点:
应用场景:
工厂方法模式的主要角色如下。
public class AbstractFactoryTest {
public static void main(String[] args) {
try {
Product a;
AbstractFactory af;
af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
a = af.newProduct();
a.show();
} catch (Exception e) {
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
//抽象产品:提供了产品的接口
interface Product {
public void show();
}
//具体产品1:实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct1 implements Product {
public void show() {
System.out.println("具体产品1显示...");
}
}
//具体产品2:实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct2 implements Product {
public void show() {
System.out.println("具体产品2显示...");
}
}
//抽象工厂:提供了厂品的生成方法
interface AbstractFactory {
public Product newProduct();
}
//具体工厂1:实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
public Product newProduct() {
System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
return new ConcreteProduct1();
}
}
//具体工厂2:实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
public Product newProduct() {
System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
return new ConcreteProduct2();
}
}
总结:就是将产品抽象了,不同的工厂生产不同的抽象产品。
抽象工厂(AbstractFactory)模式的定义:是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口,且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。
抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本,工厂方法模式只生产一个等级的产品,而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。
使用抽象工厂模式一般要满足以下条件。
优点。
缺点:
抽象工厂模式的主要角色如下。
相关代码如下:
抽象工厂:提供了产品的生成方法
interface AbstractFactory {
public Product1 newProduct1();
public Product2 newProduct2();
}
具体工厂:实现了产品的生成方法
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
public Product1 newProduct1() {
System.out.println("具体工厂 1 生成-->具体产品 11...");
return new ConcreteProduct11();
}
public Product2 newProduct2() {
System.out.println("具体工厂 1 生成-->具体产品 21...");
return new ConcreteProduct21();
}
}
总结:抽象工厂是将产品和工厂都抽象了。
建造者(Builder)模式的定义:指将一个复杂对象的构造与它的表示分离,使同样的构建过程可以创建不同的表示,这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象,然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离,即产品的组成部分是不变的,但每一部分是可以灵活选择的。
优点:
缺点:
建造者(Builder)模式和工厂模式的关注点不同:建造者模式注重零部件的组装过程,而工厂方法模式更注重零部件的创建过程,但两者可以结合使用。
建造者(Builder)模式的主要角色如下。
代码如下:
1. 产品角色:包含多个组成部件的复杂对象
class Product {
private String partA;
private String partB;
private String partC;
public void setPartA(String partA) {
this.partA = partA;
}
public void setPartB(String partB) {
this.partB = partB;
}
public void setPartC(String partC) {
this.partC = partC;
}
public void show() {
//显示产品的特性
}
}
2. 抽象建造者:包含创建产品各个子部件的抽象方法
abstract class Builder {
//创建产品对象
protected Product product = new Product();
public abstract void buildPartA();
public abstract void buildPartB();
public abstract void buildPartC();
//返回产品对象
public Product getResult() {
return product;
}
}
3. 具体建造者:实现了抽象建造者接口
public class ConcreteBuilder extends Builder {
public void buildPartA() {
product.setPartA("建造 PartA");
}
public void buildPartB() {
product.setPartB("建造 PartB");
}
public void buildPartC() {
product.setPartC("建造 PartC");
}
}
4. 指挥者:调用建造者中的方法完成复杂对象的创建
class Director {
private Builder builder;
public Director(Builder builder) {
this.builder = builder;
}
//产品构建与组装方法
public Product construct() {
builder.buildPartA();
builder.buildPartB();
builder.buildPartC();
return builder.getResult();
}
}
5. 客户类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Builder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director(builder);
Product product = director.construct();
product.show();
}
}
结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式,前者采用继承机制来组织接口和类,后者釆用组合或聚合来组合对象。
由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低,满足“合成复用原则”,所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性。
结构型模式分为以下 7 种:
代理(Proxy)模式:为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象,从而限制、增强或修改该对象的一些特性。
适配器(Adapter)模式:将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口,使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。
桥接(Bridge)模式:将抽象与实现分离,使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现的,从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
装饰(Decorator)模式:动态地给对象增加一些职责,即增加其额外的功能。
外观(Facade)模式:为多个复杂的子系统提供一个一致的接口,使这些子系统更加容易被访问。
享元(Flyweight)模式:运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。
组合(Composite)模式:将对象组合成树状层次结构,使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。
以上 7 种结构型模式,除了适配器模式分为类结构型模式和对象结构型模式两种,其他的全部属于对象结构型模式。另外前4种一般在面试是可能会被问到。
代理模式的定义:由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时,访问对象不适合或者不能直接引用目标对象,代理对象作为访问对象和目标对象之间的中介(例如Spring中的AOP就使用了代理模式)。
优点:
缺点:
代理模式的主要角色如下。
在代码中,一般代理会被理解为代码增强,实际上就是在原代码逻辑前后增加一些代码逻辑,而使调用者无感知。
根据代理的创建时期,代理模式分为静态代理和动态代理。
静态:由程序员创建代理类或特定工具自动生成源代码再对其编译,在程序运行前代理类的 .class 文件就已经存在了。
动态:在程序运行时,运用反射机制动态创建而成
package proxy;
public class ProxyTest {
public static void main(String[] args) {
Proxy proxy = new Proxy();
proxy.Request();
}
}
//抽象主题
interface Subject {
void Request();
}
//真实主题
class RealSubject implements Subject {
public void Request() {
System.out.println("访问真实主题方法...");
}
}
//代理
class Proxy implements Subject {
private RealSubject realSubject;
public void Request() {
if (realSubject == null) {
realSubject = new RealSubject();
}
preRequest();
realSubject.Request();
postRequest();
}
public void preRequest() {
System.out.println("访问真实主题之前的预处理。");
}
public void postRequest() {
System.out.println("访问真实主题之后的后续处理。");
}
}
适配器模式(Adapter)的定义如下:将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口,使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。适配器模式分为类结构型模式和对象结构型模式两种,前者类之间的耦合度比后者高,且要求程序员了解现有组件库中的相关组件的内部结构,所以应用相对较少些。
优点:
缺点:
适配器模式(Adapter)包含以下主要角色。
相关代码如下:
类适配器模式的代码如下:
package adapter;
//目标接口
interface Target
{
public void request();
}
//适配者接口
class Adaptee
{
public void specificRequest()
{
System.out.println("适配者中的业务代码被调用!");
}
}
//类适配器类
class ClassAdapter extends Adaptee implements Target
{
public void request()
{
specificRequest();
}
}
//客户端代码
public class ClassAdapterTest
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("类适配器模式测试:");
Target target = new ClassAdapter();
target.request();
}
}
对象适配器模式的代码如下:
package adapter;
//对象适配器类
class ObjectAdapter implements Target
{
private Adaptee adaptee;
public ObjectAdapter(Adaptee adaptee)
{
this.adaptee=adaptee;
}
public void request()
{
adaptee.specificRequest();
}
}
//客户端代码
public class ObjectAdapterTest
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("对象适配器模式测试:");
Adaptee adaptee = new Adaptee();
Target target = new ObjectAdapter(adaptee);
target.request();
}
}
桥接(Bridge)模式的定义如下:将抽象与实现分离,使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现,从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。
通过上面的讲解,我们能很好的感觉到桥接模式遵循了里氏替换原则和依赖倒置原则,最终实现了开闭原则,对修改关闭,对扩展开放。这里将桥接模式的优缺点总结如下。
优点:
缺点:
桥接(Bridge)模式包含以下主要角色。
package bridge;
public class BridgeTest {
public static void main(String[] args) {
Implementor imple = new ConcreteImplementorA();
Abstraction abs = new RefinedAbstraction(imple);
abs.Operation();
}
}
//实现化角色
interface Implementor {
public void OperationImpl();
}
//具体实现化角色
class ConcreteImplementorA implements Implementor {
public void OperationImpl() {
System.out.println("具体实现化(Concrete Implementor)角色被访问");
}
}
//抽象化角色
abstract class Abstraction {
protected Implementor imple;
protected Abstraction(Implementor imple) {
this.imple = imple;
}
public abstract void Operation();
}
//扩展抽象化角色
class RefinedAbstraction extends Abstraction {
protected RefinedAbstraction(Implementor imple) {
super(imple);
}
public void Operation() {
System.out.println("扩展抽象化(Refined Abstraction)角色被访问");
imple.OperationImpl();
}
}
装饰器(Decorator)模式的定义:指在不改变现有对象结构的情况下,动态地给该对象增加一些职责(即增加其额外功能)的模式,它属于对象结构型模式。
优点:
缺点:
装饰器模式主要包含以下角色。
package decorator;
public class DecoratorPattern {
public static void main(String[] args) {
Component p = new ConcreteComponent();
p.operation();
System.out.println("---------------------------------");
Component d = new ConcreteDecorator(p);
d.operation();
}
}
//抽象构件角色
interface Component {
public void operation();
}
//具体构件角色
class ConcreteComponent implements Component {
public ConcreteComponent() {
System.out.println("创建具体构件角色");
}
public void operation() {
System.out.println("调用具体构件角色的方法operation()");
}
}
//抽象装饰角色
class Decorator implements Component {
private Component component;
public Decorator(Component component) {
this.component = component;
}
public void operation() {
component.operation();
}
}
//具体装饰角色
class ConcreteDecorator extends Decorator {
public ConcreteDecorator(Component component) {
super(component);
}
public void operation() {
super.operation();
addedFunction();
}
public void addedFunction() {
System.out.println("为具体构件角色增加额外的功能addedFunction()");
}
}
外观(Facade)模式又叫作门面模式,是一种通过为多个复杂的子系统提供一个一致的接口,而使这些子系统更加容易被访问的模式。该模式对外有一个统一接口,外部应用程序不用关心内部子系统的具体细节,这样会大大降低应用程序的复杂度,提高了程序的可维护性。
在日常编码工作中,我们都在有意无意的大量使用外观模式。只要是高层模块需要调度多个子系统(2个以上的类对象),我们都会自觉地创建一个新的类封装这些子系统,提供精简的接口,让高层模块可以更加容易地间接调用这些子系统的功能。尤其是现阶段各种第三方SDK、开源类库,很大概率都会使用外观模式。
优点:
缺点:
外观(Facade)模式包含以下主要角色。
package facade;
public class FacadePattern {
public static void main(String[] args) {
Facade f = new Facade();
f.method();
}
}
//外观角色
class Facade {
private SubSystem01 obj1 = new SubSystem01();
private SubSystem02 obj2 = new SubSystem02();
private SubSystem03 obj3 = new SubSystem03();
public void method() {
obj1.method1();
obj2.method2();
obj3.method3();
}
}
//子系统角色
class SubSystem01 {
public void method1() {
System.out.println("子系统01的method1()被调用!");
}
}
//子系统角色
class SubSystem02 {
public void method2() {
System.out.println("子系统02的method2()被调用!");
}
}
//子系统角色
class SubSystem03 {
public void method3() {
System.out.println("子系统03的method3()被调用!");
}
}
享元(Flyweight)模式的定义:运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似类的开销,从而提高系统资源的利用率。
优点:
缺点:
享元模式的主要角色有如下。
public class FlyweightPattern {
public static void main(String[] args) {
FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
Flyweight f01 = factory.getFlyweight("a");
Flyweight f02 = factory.getFlyweight("a");
Flyweight f03 = factory.getFlyweight("a");
Flyweight f11 = factory.getFlyweight("b");
Flyweight f12 = factory.getFlyweight("b");
f01.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用a。"));
f02.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用a。"));
f03.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第3次调用a。"));
f11.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第1次调用b。"));
f12.operation(new UnsharedConcreteFlyweight("第2次调用b。"));
}
}
//非享元角色
class UnsharedConcreteFlyweight {
private String info;
UnsharedConcreteFlyweight(String info) {
this.info = info;
}
public String getInfo() {
return info;
}
public void setInfo(String info) {
this.info = info;
}
}
//抽象享元角色
interface Flyweight {
public void operation(UnsharedConcreteFlyweight state);
}
//具体享元角色
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
private String key;
ConcreteFlyweight(String key) {
this.key = key;
System.out.println("具体享元" + key + "被创建!");
}
public void operation(UnsharedConcreteFlyweight outState) {
System.out.print("具体享元" + key + "被调用,");
System.out.println("非享元信息是:" + outState.getInfo());
}
}
//享元工厂角色
class FlyweightFactory {
private HashMap<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<String, Flyweight>();
public Flyweight getFlyweight(String key) {
Flyweight flyweight = (Flyweight) flyweights.get(key);
if (flyweight != null) {
System.out.println("具体享元" + key + "已经存在,被成功获取!");
} else {
flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
flyweights.put(key, flyweight);
}
return flyweight;
}
}
组合(Composite Pattern)模式的定义:有时又叫作整体-部分(Part-Whole)模式,它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式,用来表示“整体-部分”的关系,使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性,属于结构型设计模式。
组合模式一般用来描述整体与部分的关系,它将对象组织到树形结构中,顶层的节点被称为根节点,根节点下面可以包含树枝节点和叶子节点,树枝节点下面又可以包含树枝节点和叶子节点。
优点:
缺点:
public class CompositePattern {
public static void main(String[] args) {
Component c0 = new Composite();
Component c1 = new Composite();
Component leaf1 = new Leaf("1");
Component leaf2 = new Leaf("2");
Component leaf3 = new Leaf("3");
c0.add(leaf1);
c0.add(c1);
c1.add(leaf2);
c1.add(leaf3);
c0.operation();
}
}
//抽象构件
interface Component {
public void add(Component c);
public void remove(Component c);
public Component getChild(int i);
public void operation();
}
//树叶构件
class Leaf implements Component {
private String name;
public Leaf(String name) {
this.name = name;
}
public void add(Component c) {
}
public void remove(Component c) {
}
public Component getChild(int i) {
return null;
}
public void operation() {
System.out.println("树叶" + name + ":被访问!");
}
}
//树枝构件
class Composite implements Component {
private ArrayList<Component> children = new ArrayList<Component>();
public void add(Component c) {
children.add(c);
}
public void remove(Component c) {
children.remove(c);
}
public Component getChild(int i) {
return children.get(i);
}
public void operation() {
for (Object obj : children) {
((Component) obj).operation();
}
}
}
行为型模式用于描述程序在运行时复杂的流程控制,即描述多个类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务,它涉及算法与对象间职责的分配。
行为型模式分为类行为模式和对象行为模式,前者采用继承机制来在类间分派行为,后者采用组合或聚合在对象间分配行为。由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低,满足“合成复用原则”,所以对象行为模式比类行为模式具有更大的灵活性。
行为型模式是 GoF 设计模式中最为庞大的一类,它包含以下 11 种模式。
模板方法(Template Method)模式的定义如下:定义一个操作中的算法骨架,而将算法的一些步骤延迟到子类中,使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。它是一种类行为型模式。
优点:
缺点:
模板方法模式包含以下主要角色。
public class TemplateMethodPattern {
public static void main(String[] args) {
AbstractClass tm = new ConcreteClass();
tm.TemplateMethod();
}
}
//抽象类
abstract class AbstractClass {
//模板方法
public void TemplateMethod() {
SpecificMethod();
abstractMethod1();
abstractMethod2();
}
//具体方法
public void SpecificMethod() {
System.out.println("抽象类中的具体方法被调用...");
}
//抽象方法1
public abstract void abstractMethod1();
//抽象方法2
public abstract void abstractMethod2();
}
//具体子类
class ConcreteClass extends AbstractClass {
public void abstractMethod1() {
System.out.println("抽象方法1的实现被调用...");
}
public void abstractMethod2() {
System.out.println("抽象方法2的实现被调用...");
}
}
策略(Strategy)模式的定义:该模式定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使它们可以相互替换,且算法的变化不会影响使用算法的客户。策略模式属于对象行为模式,它通过对算法进行封装,把使用算法的责任和算法的实现分割开来,并委派给不同的对象对这些算法进行管理。
优点:
缺点:
策略模式的主要角色如下。
public class StrategyPattern {
public static void main(String[] args) {
Context c = new Context();
Strategy s = new ConcreteStrategyA();
c.setStrategy(s);
c.strategyMethod();
System.out.println("-----------------");
s = new ConcreteStrategyB();
c.setStrategy(s);
c.strategyMethod();
}
}
//抽象策略类
interface Strategy {
public void strategyMethod(); //策略方法
}
//具体策略类A
class ConcreteStrategyA implements Strategy {
public void strategyMethod() {
System.out.println("具体策略A的策略方法被访问!");
}
}
//具体策略类B
class ConcreteStrategyB implements Strategy {
public void strategyMethod() {
System.out.println("具体策略B的策略方法被访问!");
}
}
//环境类
class Context {
private Strategy strategy;
public Strategy getStrategy() {
return strategy;
}
public void setStrategy(Strategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
public void strategyMethod() {
strategy.strategyMethod();
}
}
命令(Command)模式的定义如下:将一个请求封装为一个对象,使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通,这样方便将命令对象进行储存、传递、调用、增加与管理。
优点:
缺点:
命令模式包含以下主要角色。
package command;
public class CommandPattern {
public static void main(String[] args) {
Command cmd = new ConcreteCommand();
Invoker ir = new Invoker(cmd);
System.out.println("客户访问调用者的call()方法...");
ir.call();
}
}
//调用者
class Invoker {
private Command command;
public Invoker(Command command) {
this.command = command;
}
public void setCommand(Command command) {
this.command = command;
}
public void call() {
System.out.println("调用者执行命令command...");
command.execute();
}
}
//抽象命令
interface Command {
public abstract void execute();
}
//具体命令
class ConcreteCommand implements Command {
private Receiver receiver;
ConcreteCommand() {
receiver = new Receiver();
}
public void execute() {
receiver.action();
}
}
//接收者
class Receiver {
public void action() {
System.out.println("接收者的action()方法被调用...");
}
}
责任链(Chain of Responsibility)模式的定义:为了避免请求发送者与多个请求处理者耦合在一起,于是将所有请求的处理者通过前一对象记住其下一个对象的引用而连成一条链;当有请求发生时,可将请求沿着这条链传递,直到有对象处理它为止。
注意:责任链模式也叫职责链模式。
在责任链模式中,客户只需要将请求发送到责任链上即可,无须关心请求的处理细节和请求的传递过程,请求会自动进行传递。所以责任链将请求的发送者和请求的处理者解耦了。
优点:
缺点:
职责链模式主要包含以下角色。
责任链模式的本质是解耦请求与处理,让请求在处理链中能进行传递与被处理;理解责任链模式应当理解其模式,而不是其具体实现。责任链模式的独到之处是将其节点处理者组合成了链式结构,并允许节点自身决定是否进行请求处理或转发,相当于让请求流动起来。
package chainOfResponsibility;
public class ChainOfResponsibilityPattern {
public static void main(String[] args) {
//组装责任链
Handler handler1 = new ConcreteHandler1();
Handler handler2 = new ConcreteHandler2();
handler1.setNext(handler2);
//提交请求
handler1.handleRequest("two");
}
}
//抽象处理者角色
abstract class Handler {
private Handler next;
public void setNext(Handler next) {
this.next = next;
}
public Handler getNext() {
return next;
}
//处理请求的方法
public abstract void handleRequest(String request);
}
//具体处理者角色1
class ConcreteHandler1 extends Handler {
public void handleRequest(String request) {
if (request.equals("one")) {
System.out.println("具体处理者1负责处理该请求!");
} else {
if (getNext() != null) {
getNext().handleRequest(request);
} else {
System.out.println("没有人处理该请求!");
}
}
}
}
//具体处理者角色2
class ConcreteHandler2 extends Handler {
public void handleRequest(String request) {
if (request.equals("two")) {
System.out.println("具体处理者2负责处理该请求!");
} else {
if (getNext() != null) {
getNext().handleRequest(request);
} else {
System.out.println("没有人处理该请求!");
}
}
}
}
状态(State)模式的定义:对有状态的对象,把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中,允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。
优点:
缺点:
状态模式包含以下主要角色。
public class StatePatternClient {
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context(); //创建环境
context.Handle(); //处理请求
context.Handle();
context.Handle();
context.Handle();
}
}
//环境类
class Context {
private State state;
//定义环境类的初始状态
public Context() {
this.state = new ConcreteStateA();
}
//设置新状态
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
//读取状态
public State getState() {
return (state);
}
//对请求做处理
public void Handle() {
state.Handle(this);
}
}
//抽象状态类
abstract class State {
public abstract void Handle(Context context);
}
//具体状态A类
class ConcreteStateA extends State {
public void Handle(Context context) {
System.out.println("当前状态是 A.");
context.setState(new ConcreteStateB());
}
}
//具体状态B类
class ConcreteStateB extends State {
public void Handle(Context context) {
System.out.println("当前状态是 B.");
context.setState(new ConcreteStateA());
}
}
观察者(Observer)模式的定义:指多个对象间存在一对多的依赖关系,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被自动更新。这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式,它是对象行为型模式。
优点:
缺点:
观察者模式的主要角色如下。
package net.biancheng.c.observer;
import java.util.*;
public class ObserverPattern {
public static void main(String[] args) {
Subject subject = new ConcreteSubject();
Observer obs1 = new ConcreteObserver1();
Observer obs2 = new ConcreteObserver2();
subject.add(obs1);
subject.add(obs2);
subject.notifyObserver();
}
}
//抽象目标
abstract class Subject {
protected List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();
//增加观察者方法
public void add(Observer observer) {
observers.add(observer);
}
//删除观察者方法
public void remove(Observer observer) {
observers.remove(observer);
}
public abstract void notifyObserver(); //通知观察者方法
}
//具体目标
class ConcreteSubject extends Subject {
public void notifyObserver() {
System.out.println("具体目标发生改变...");
System.out.println("--------------");
for (Object obs : observers) {
((Observer) obs).response();
}
}
}
//抽象观察者
interface Observer {
void response(); //反应
}
//具体观察者1
class ConcreteObserver1 implements Observer {
public void response() {
System.out.println("具体观察者1作出反应!");
}
}
//具体观察者1
class ConcreteObserver2 implements Observer {
public void response() {
System.out.println("具体观察者2作出反应!");
}
}
中介者(Mediator)模式的定义:定义一个中介对象来封装一系列对象之间的交互,使原有对象之间的耦合松散,且可以独立地改变它们之间的交互。中介者模式又叫调停模式,它是迪米特法则的典型应用。
优点:
缺点:
中介者模式包含以下主要角色。
package net.biancheng.c.mediator;
import java.util.*;
public class MediatorPattern {
public static void main(String[] args) {
Mediator md = new ConcreteMediator();
Colleague c1, c2;
c1 = new ConcreteColleague1();
c2 = new ConcreteColleague2();
md.register(c1);
md.register(c2);
c1.send();
System.out.println("-------------");
c2.send();
}
}
//抽象中介者
abstract class Mediator {
public abstract void register(Colleague colleague);
public abstract void relay(Colleague cl); //转发
}
//具体中介者
class ConcreteMediator extends Mediator {
private List<Colleague> colleagues = new ArrayList<Colleague>();
public void register(Colleague colleague) {
if (!colleagues.contains(colleague)) {
colleagues.add(colleague);
colleague.setMedium(this);
}
}
public void relay(Colleague cl) {
for (Colleague ob : colleagues) {
if (!ob.equals(cl)) {
((Colleague) ob).receive();
}
}
}
}
//抽象同事类
abstract class Colleague {
protected Mediator mediator;
public void setMedium(Mediator mediator) {
this.mediator = mediator;
}
public abstract void receive();
public abstract void send();
}
//具体同事类
class ConcreteColleague1 extends Colleague {
public void receive() {
System.out.println("具体同事类1收到请求。");
}
public void send() {
System.out.println("具体同事类1发出请求。");
mediator.relay(this); //请中介者转发
}
}
//具体同事类
class ConcreteColleague2 extends Colleague {
public void receive() {
System.out.println("具体同事类2收到请求。");
}
public void send() {
System.out.println("具体同事类2发出请求。");
mediator.relay(this); //请中介者转发
}
}
迭代器(Iterator)模式的定义:提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据,而不暴露聚合对象的内部表示。
优点:
缺点:
在日常开发中,我们几乎不会自己写迭代器。除非需要定制一个自己实现的数据结构对应的迭代器,否则,开源框架提供的 API 完全够用。
迭代器模式主要包含以下角色。
package net.biancheng.c.iterator;
import java.util.*;
public class IteratorPattern {
public static void main(String[] args) {
Aggregate ag = new ConcreteAggregate();
ag.add("中山大学");
ag.add("华南理工");
ag.add("韶关学院");
System.out.print("聚合的内容有:");
Iterator it = ag.getIterator();
while (it.hasNext()) {
Object ob = it.next();
System.out.print(ob.toString() + "\t");
}
Object ob = it.first();
System.out.println("\nFirst:" + ob.toString());
}
}
//抽象聚合
interface Aggregate {
public void add(Object obj);
public void remove(Object obj);
public Iterator getIterator();
}
//具体聚合
class ConcreteAggregate implements Aggregate {
private List<Object> list = new ArrayList<Object>();
public void add(Object obj) {
list.add(obj);
}
public void remove(Object obj) {
list.remove(obj);
}
public Iterator getIterator() {
return (new ConcreteIterator(list));
}
}
//抽象迭代器
interface Iterator {
Object first();
Object next();
boolean hasNext();
}
//具体迭代器
class ConcreteIterator implements Iterator {
private List<Object> list = null;
private int index = -1;
public ConcreteIterator(List<Object> list) {
this.list = list;
}
public boolean hasNext() {
if (index < list.size() - 1) {
return true;
} else {
return false;
}
}
public Object first() {
index = 0;
Object obj = list.get(index);
;
return obj;
}
public Object next() {
Object obj = null;
if (this.hasNext()) {
obj = list.get(++index);
}
return obj;
}
}
访问者(Visitor)模式的定义:将作用于某种数据结构中的各元素的操作分离出来封装成独立的类,使其在不改变数据结构的前提下可以添加作用于这些元素的新的操作,为数据结构中的每个元素提供多种访问方式。它将对数据的操作与数据结构进行分离,是行为类模式中最复杂的一种模式。
优点:
缺点:
访问者模式包含以下主要角色。
import java.util.*;
public class VisitorPattern {
public static void main(String[] args) {
ObjectStructure os = new ObjectStructure();
os.add(new ConcreteElementA());
os.add(new ConcreteElementB());
Visitor visitor = new ConcreteVisitorA();
os.accept(visitor);
System.out.println("------------------------");
visitor = new ConcreteVisitorB();
os.accept(visitor);
}
}
//抽象访问者
interface Visitor {
void visit(ConcreteElementA element);
void visit(ConcreteElementB element);
}
//具体访问者A类
class ConcreteVisitorA implements Visitor {
public void visit(ConcreteElementA element) {
System.out.println("具体访问者A访问-->" + element.operationA());
}
public void visit(ConcreteElementB element) {
System.out.println("具体访问者A访问-->" + element.operationB());
}
}
//具体访问者B类
class ConcreteVisitorB implements Visitor {
public void visit(ConcreteElementA element) {
System.out.println("具体访问者B访问-->" + element.operationA());
}
public void visit(ConcreteElementB element) {
System.out.println("具体访问者B访问-->" + element.operationB());
}
}
//抽象元素类
interface Element {
void accept(Visitor visitor);
}
//具体元素A类
class ConcreteElementA implements Element {
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
public String operationA() {
return "具体元素A的操作。";
}
}
//具体元素B类
class ConcreteElementB implements Element {
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
public String operationB() {
return "具体元素B的操作。";
}
}
//对象结构角色
class ObjectStructure {
private List<Element> list = new ArrayList<Element>();
public void accept(Visitor visitor) {
Iterator<Element> i = list.iterator();
while (i.hasNext()) {
((Element) i.next()).accept(visitor);
}
}
public void add(Element element) {
list.add(element);
}
public void remove(Element element) {
list.remove(element);
}
}
备忘录(Memento)模式的定义: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,以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。该模式又叫快照模式。
优点:
缺点:
备忘录模式的主要角色如下。
package net.biancheng.c.memento;
public class MementoPattern {
public static void main(String[] args) {
Originator or = new Originator();
Caretaker cr = new Caretaker();
or.setState("S0");
System.out.println("初始状态:" + or.getState());
cr.setMemento(or.createMemento()); //保存状态
or.setState("S1");
System.out.println("新的状态:" + or.getState());
or.restoreMemento(cr.getMemento()); //恢复状态
System.out.println("恢复状态:" + or.getState());
}
}
//备忘录
class Memento {
private String state;
public Memento(String state) {
this.state = state;
}
public void setState(String state) {
this.state = state;
}
public String getState() {
return state;
}
}
//发起人
class Originator {
private String state;
public void setState(String state) {
this.state = state;
}
public String getState() {
return state;
}
public Memento createMemento() {
return new Memento(state);
}
public void restoreMemento(Memento m) {
this.setState(m.getState());
}
}
//管理者
class Caretaker {
private Memento memento;
public void setMemento(Memento m) {
memento = m;
}
public Memento getMemento() {
return memento;
}
}
解释器(Interpreter)模式的定义:给分析对象定义一个语言,并定义该语言的文法表示,再设计一个解析器来解释语言中的句子。也就是说,用编译语言的方式来分析应用中的实例。这种模式实现了文法表达式处理的接口,该接口解释一个特定的上下文。
这里提到的文法和句子的概念同编译原理中的描述相同,“文法”指语言的语法规则,而“句子”是语言集中的元素。例如,汉语中的句子有很多,“我是中国人”是其中的一个句子,可以用一棵语法树来直观地描述语言中的句子。
优点:
缺点:
解释器模式包含以下主要角色。
package net.biancheng.c.interpreter;
//抽象表达式类
interface AbstractExpression {
public void interpret(String info); //解释方法
}
//终结符表达式类
class TerminalExpression implements AbstractExpression {
public void interpret(String info) {
//对终结符表达式的处理
}
}
//非终结符表达式类
class NonterminalExpression implements AbstractExpression {
private AbstractExpression exp1;
private AbstractExpression exp2;
public void interpret(String info) {
//非对终结符表达式的处理
}
}
//环境类
class Context {
private AbstractExpression exp;
public Context() {
//数据初始化
}
public void operation(String info) {
//调用相关表达式类的解释方法
}
}
利用一个表格对23种设计模式进行了总结:
分类 | 设计模式 | 简述 | 一句话归纳 | 目的 | 生活案例 |
创建型设计模式(简单来说就是用来创建对象的) | 工厂模式(Factory Pattern) | 不同条件下创建不同实例 | 产品标准化,生产更高效 | 封装创建细节 | 实体工厂 |
单例模式(Singleton Pattern) | 保证一个类仅有一个实例,并且提供一个全局访问点 | 世上只有一个我 | 保证独一无二 | CEO | |
原型模式(Prototype Pattern) | 通过拷贝原型创建新的对象 | 拔一根猴毛,吹出千万个 | 高效创建对象 | 克隆 | |
建造者模式(Builder Pattern) | 用来创建复杂的复合对象 | 高配中配和低配,想选哪配就哪配 | 开放个性配置步骤 | 选配 | |
结构型设计模式(关注类和对象的组合) | 代理模式(Proxy Pattern) | 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问 | 没有资源没时间,得找别人来帮忙 | 增强职责 | 媒婆 |
外观模式(Facade Pattern) | 对外提供一个统一的接口用来访问子系统 | 打开一扇门,通向全世界 | 统一访问入口 | 前台 | |
装饰器模式(Decorator Pattern) | 为对象添加新功能 | 他大舅他二舅都是他舅 | 灵活扩展、同宗同源 | 煎饼 | |
享元模式(Flyweight Pattern) | 使用对象池来减少重复对象的创建 | 优化资源配置,减少重复浪费 | 共享资源池 | 全国社保联网 | |
组合模式(Composite Pattern) | 将整体与局部(树形结构)进行递归组合,让客户端能够以一种的方式对其进行处理 | 人在一起叫团伙,心在一起叫团队 | 统一整体和个体 | 组织架构树 | |
适配器模式(Adapter Pattern) | 将原来不兼容的两个类融合在一起 | 万能充电器 | 兼容转换 | 电源适配 | |
桥接模式(Bridge Pattern) | 将两个能够独立变化的部分分离开来 | 约定优于配置 | 不允许用继承 | 桥 | |
行为型设计模式(关注对象之间的通信) | 模板模式(Template Pattern) | 定义一套流程模板,根据需要实现模板中的操作 | 流程全部标准化,需要微调请覆盖 | 逻辑复用 | 把大象装进冰箱 |
策略模式(Strategy Pattern) | 封装不同的算法,算法之间能互相替换 | 条条大道通罗马,具体哪条你来定 | 把选择权交给用户 | 选择支付方式 | |
责任链模式(Chain of Responsibility Pattern) | 拦截的类都实现统一接口,每个接收者都包含对下一个接收者的引用。将这些对象连接成一条链,并且沿着这条链传递请求,直到有对象处理它为止。 | 各人自扫门前雪,莫管他们瓦上霜 | 解耦处理逻辑 | 踢皮球 | |
迭代器模式(Iterator Pattern) | 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素 | 流水线上坐一天,每个包裹扫一遍 | 统一对集合的访问方式 | 逐个检票进站 | |
命令模式(Command Pattern) | 将请求封装成命令,并记录下来,能够撤销与重做 | 运筹帷幄之中,决胜千里之外 | 解耦请求和处理 | 遥控器 | |
状态模式(State Pattern) | 根据不同的状态做出不同的行为 | 状态驱动行为,行为决定状态 | 绑定状态和行为 | 订单状态跟踪 | |
备忘录模式(Memento Pattern) | 保存对象的状态,在需要时进行恢复 | 失足不成千古恨,想重来时就重来 | 备份、后悔机制 | 草稿箱 | |
中介者模式(Mediator Pattern) | 将对象之间的通信关联关系封装到一个中介类中单独处理,从而使其耦合松散 | 联系方式我给你,怎么搞定我不管 | 统一管理网状资源 | 朋友圈 | |
解释器模式(Interpreter Pattern) | 给定一个语言,定义它的语法表示,并定义一个解释器,这个解释器使用该标识来解释语言中的句子 | 我想说”方言“,一切解释权都归我 | 实现特定语法解析 | 摩斯密码 | |
观察者模式(Observer Pattern) | 状态发生改变时通知观察者,一对多的关系 | 到点就通知我 | 解耦观察者与被观察者 | 闹钟 | |
访问者模式(Visitor Pattern) | 稳定数据结构,定义新的操作行为 | 横看成岭侧成峰,远近高低各不同 | 解耦数据结构和数据操作 | KPI考核 | |
委派模式(Delegate Pattern) | 允许对象组合实现与继承相同的代码重用,负责任务的调用和分配 | 这个需求很简单,怎么实现我不管 | 只对结果负责 | 授权委托书 |