【23种设计模式】行为型模式详细介绍（下）

前言

本文为 【23种设计模式】行为型模式 相关内容介绍，下边将对访问者模式，模板模式，策略模式，状态模式，观察者模式，备忘录模式，中介者模式，迭代器模式，解释器模式，命令模式，责任链模式，具体包括它们的特点与实现等进行详尽介绍~

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目录

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一、中介者模式

中介者模式（Mediator Pattern）是用来降低多个对象和类之间的通信复杂性。这种模式提供了一个中介类，该类通常处理不同类之间的通信，并支持松耦合，使代码易于维护。中介者模式属于行为型模式。

1️⃣介绍

意图： 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。

主要解决： 对象与对象之间存在大量的关联关系，这样势必会导致系统的结构变得很复杂，同时若一个对象发生改变，我们也需要跟踪与之相关联的对象，同时做出相应的处理。

何时使用： 多个类相互耦合，形成了网状结构。

如何解决： 将上述网状结构分离为星型结构。

关键代码： 对象 Colleague 之间的通信封装到一个类中单独处理。

应用实例：

• 1、中国加入 WTO 之前是各个国家相互贸易，结构复杂，现在是各个国家通过 WTO 来互相贸易。
• 2、机场调度系统。
• 3、MVC 框架，其中C（控制器）就是 M（模型）和 V（视图）的中介者。

优点：

• 1、降低了类的复杂度，将一对多转化成了一对一。
• 2、各个类之间的解耦。
• 3、符合迪米特原则。

缺点： 中介者会庞大，变得复杂难以维护。

使用场景：

• 1、系统中对象之间存在比较复杂的引用关系，导致它们之间的依赖关系结构混乱而且难以复用该对象。
• 2、想通过一个中间类来封装多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。

注意事项： 不应当在职责混乱的时候使用。

2️⃣实现

我们通过聊天室实例来演示中介者模式。实例中，多个用户可以向聊天室发送消息，聊天室向所有的用户显示消息。我们将创建两个类 ChatRoom 和 User。User 对象使用 ChatRoom 方法来分享他们的消息。

MediatorPatternDemo，我们的演示类使用 User 对象来显示他们之间的通信。

（1）创建中介类。

ChatRoom.java：

import java.util.Date;
 
public class ChatRoom {
   public static void showMessage(User user, String message){
      System.out.println(new Date().toString()
         + " [" + user.getName() +"] : " + message);
   }
}

（2）创建 user 类。

User.java：

public class User {
   private String name;
 
   public String getName() {
      return name;
   }
 
   public void setName(String name) {
      this.name = name;
   }
 
   public User(String name){
      this.name  = name;
   }
 
   public void sendMessage(String message){
      ChatRoom.showMessage(this,message);
   }
}

（3）使用 User 对象来显示他们之间的通信。

MediatorPatternDemo.java：

public class MediatorPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      User robert = new User("Robert");
      User john = new User("John");
 
      robert.sendMessage("Hi! John!");
      john.sendMessage("Hello! Robert!");
   }
}

（4）执行程序

输出结果：

Thu Jan 31 16:05:46 IST 2013 [Robert] : Hi! John!
Thu Jan 31 16:05:46 IST 2013 [John] : Hello! Robert!

二、迭代器模式

迭代器模式（Iterator Pattern）是 Java 和 .Net 编程环境中非常常用的设计模式。这种模式用于顺序访问集合对象的元素，不需要知道集合对象的底层表示。

迭代器模式属于行为型模式。

1️⃣介绍

意图： 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又无须暴露该对象的内部表示。

主要解决： 不同的方式来遍历整个整合对象。

何时使用： 遍历一个聚合对象。

如何解决： 把在元素之间游走的责任交给迭代器，而不是聚合对象。

关键代码： 定义接口：hasNext, next。

应用实例： JAVA 中的 iterator。

优点：

• 1、它支持以不同的方式遍历一个聚合对象。
• 2、迭代器简化了聚合类。
• 3、在同一个聚合上可以有多个遍历。
• 4、在迭代器模式中，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码。

缺点： 由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加新的聚合类需要对应增加新的迭代器类，类的个数成对增加，这在一定程度上增加了系统的复杂性。

使用场景：

• 1、访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。
• 2、需要为聚合对象提供多种遍历方式。
• 3、为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

注意事项： 迭代器模式就是分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器类来负责，这样既可以做到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明地访问集合内部的数据。

2️⃣实现

我们将创建一个叙述导航方法的 Iterator 接口和一个返回迭代器的 Container 接口。实现了 Container 接口的实体类将负责实现 Iterator 接口。

IteratorPatternDemo，我们的演示类使用实体类 NamesRepository 来打印 NamesRepository 中存储为集合的 Names。

（1）创建接口

Iterator.java：

public interface Iterator {
   public boolean hasNext();
   public Object next();
}

Container.java：

public interface Container {
   public Iterator getIterator();
}

（2）创建实现了 Container 接口的实体类。该类有实现了 Iterator 接口的内部类 NameIterator。

NameRepository.java：

public class NameRepository implements Container {
   public String[] names = {"Robert" , "John" ,"Julie" , "Lora"};
 
   @Override
   public Iterator getIterator() {
      return new NameIterator();
   }
 
   private class NameIterator implements Iterator {
 
      int index;
 
      @Override
      public boolean hasNext() {
         if(index < names.length){
            return true;
         }
         return false;
      }
 
      @Override
      public Object next() {
         if(this.hasNext()){
            return names[index++];
         }
         return null;
      }     
   }
}

（3）使用 NameRepository 来获取迭代器，并打印名字。

IteratorPatternDemo.java：

public class IteratorPatternDemo {
   
   public static void main(String[] args) {
      NameRepository namesRepository = new NameRepository();
 
      for(Iterator iter = namesRepository.getIterator(); iter.hasNext();){
         String name = (String)iter.next();
         System.out.println("Name : " + name);
      }  
   }
}

（4）执行程序，输出结果：

Name : Robert
Name : John
Name : Julie
Name : Lora

三、解释器模式

解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

1️⃣介绍

意图： 给定一个语言，定义它的文法表示，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。

主要解决： 对于一些固定文法构建一个解释句子的解释器。

何时使用： 如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

如何解决： 构建语法树，定义终结符与非终结符。

关键代码： 构建环境类，包含解释器之外的一些全局信息，一般是 HashMap。

应用实例： 编译器、运算表达式计算。

优点：

• 1、可扩展性比较好，灵活。
• 2、增加了新的解释表达式的方式。
• 3、易于实现简单文法。

缺点：

• 1、可利用场景比较少。
• 2、对于复杂的文法比较难维护。
• 3、解释器模式会引起类膨胀。
• 4、解释器模式采用递归调用方法。

使用场景：

• 1、可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。
• 2、一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。
• 3、一个简单语法需要解释的场景。

注意事项： 可利用场景比较少，JAVA 中如果碰到可以用 expression4J 代替。

2️⃣实现

我们将创建一个接口 Expression 和实现了 Expression 接口的实体类。定义作为上下文中主要解释器的 TerminalExpression 类。其他的类 OrExpression、AndExpression 用于创建组合式表达式。

InterpreterPatternDemo，我们的演示类使用 Expression 类创建规则和演示表达式的解析。

（1）创建一个表达式接口。

Expression.java：

public interface Expression {
   public boolean interpret(String context);
}

（2）创建实现了上述接口的实体类。

TerminalExpression.java：

public class TerminalExpression implements Expression {
   
   private String data;
 
   public TerminalExpression(String data){
      this.data = data; 
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      if(context.contains(data)){
         return true;
      }
      return false;
   }
}

OrExpression.java：

public class OrExpression implements Expression {
    
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;
 
   public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {      
      return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
   }
}

AndExpression.java：

public class AndExpression implements Expression {
    
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;
 
   public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {      
      return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context);
   }
}

（3）InterpreterPatternDemo 使用 Expression 类来创建规则，并解析它们。

InterpreterPatternDemo.java：

public class InterpreterPatternDemo {
 
   //规则：Robert 和 John 是男性
   public static Expression getMaleExpression(){
      Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
      Expression john = new TerminalExpression("John");
      return new OrExpression(robert, john);    
   }
 
   //规则：Julie 是一个已婚的女性
   public static Expression getMarriedWomanExpression(){
      Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
      Expression married = new TerminalExpression("Married");
      return new AndExpression(julie, married);    
   }
 
   public static void main(String[] args) {
      Expression isMale = getMaleExpression();
      Expression isMarriedWoman = getMarriedWomanExpression();
 
      System.out.println("John is male? " + isMale.interpret("John"));
      System.out.println("Julie is a married women? " 
      + isMarriedWoman.interpret("Married Julie"));
   }
}

（4）执行程序，输出结果：

John is male? true
Julie is a married women? true

四、命令模式

命令模式（Command Pattern）是一种数据驱动的设计模式，它属于行为型模式。请求以命令的形式包裹在对象中，并传给调用对象。调用对象寻找可以处理该命令的合适的对象，并把该命令传给相应的对象，该对象执行命令。

1️⃣介绍

意图： 将一个请求封装成一个对象，从而使您可以用不同的请求对客户进行参数化。

主要解决： 在软件系统中，行为请求者与行为实现者通常是一种紧耦合的关系，但某些场合，比如需要对行为进行记录、撤销或重做、事务等处理时，这种无法抵御变化的紧耦合的设计就不太合适。

何时使用： 在某些场合，比如要对行为进行"记录、撤销/重做、事务"等处理，这种无法抵御变化的紧耦合是不合适的。在这种情况下，如何将"行为请求者"与"行为实现者"解耦？将一组行为抽象为对象，可以实现二者之间的松耦合。

如何解决： 通过调用者调用接受者执行命令，顺序：调用者→命令→接受者。

关键代码： 定义三个角色：

• 1、received 真正的命令执行对象
• 2、Command
• 3、invoker 使用命令对象的入口

应用实例： struts 1 中的 action 核心控制器 ActionServlet 只有一个，相当于 Invoker，而模型层的类会随着不同的应用有不同的模型类，相当于具体的 Command。

优点：

• 1、降低了系统耦合度。
• 2、新的命令可以很容易添加到系统中去。

缺点： 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。

使用场景： 认为是命令的地方都可以使用命令模式，比如：

• 1、GUI 中每一个按钮都是一条命令。
• 2、模拟 CMD。

注意事项： 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作，也可以考虑使用命令模式，见命令模式的扩展。

2️⃣实现

我们首先创建作为命令的接口 Order，然后创建作为请求的 Stock 类。实体命令类 BuyStock 和 SellStock，实现了 Order 接口，将执行实际的命令处理。创建作为调用对象的类 Broker，它接受订单并能下订单。

Broker 对象使用命令模式，基于命令的类型确定哪个对象执行哪个命令。CommandPatternDemo 类使用 Broker 类来演示命令模式。

（1）创建一个命令接口。

Order.java：

public interface Order {
   void execute();
}

（2）创建一个请求类。

Stock.java：

public class Stock {
   
   private String name = "ABC";
   private int quantity = 10;
 
   public void buy(){
      System.out.println("Stock [ Name: "+name+", 
         Quantity: " + quantity +" ] bought");
   }
   public void sell(){
      System.out.println("Stock [ Name: "+name+", 
         Quantity: " + quantity +" ] sold");
   }
}

（3）创建实现了 Order 接口的实体类。

BuyStock.java：

public class BuyStock implements Order {
   private Stock abcStock;
 
   public BuyStock(Stock abcStock){
      this.abcStock = abcStock;
   }
 
   public void execute() {
      abcStock.buy();
   }
}

SellStock.java：

public class SellStock implements Order {
   private Stock abcStock;
 
   public SellStock(Stock abcStock){
      this.abcStock = abcStock;
   }
 
   public void execute() {
      abcStock.sell();
   }
}

（4）创建命令调用类。

Broker.java：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Broker {
   private List<Order> orderList = new ArrayList<Order>(); 
 
   public void takeOrder(Order order){
      orderList.add(order);      
   }
 
   public void placeOrders(){
      for (Order order : orderList) {
         order.execute();
      }
      orderList.clear();
   }
}

（5）使用 Broker 类来接受并执行命令。

CommandPatternDemo.java：

public class CommandPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Stock abcStock = new Stock();
 
      BuyStock buyStockOrder = new BuyStock(abcStock);
      SellStock sellStockOrder = new SellStock(abcStock);
 
      Broker broker = new Broker();
      broker.takeOrder(buyStockOrder);
      broker.takeOrder(sellStockOrder);
 
      broker.placeOrders();
   }
}

（6）执行程序

输出结果：

Stock [ Name: ABC, Quantity: 10 ] bought
Stock [ Name: ABC, Quantity: 10 ] sold

五、责任链模式

顾名思义，责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）为请求创建了一个接收者对象的链。这种模式给予请求的类型，对请求的发送者和接收者进行解耦。这种类型的设计模式属于行为型模式。

在这种模式中，通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用。如果一个对象不能处理该请求，那么它会把相同的请求传给下一个接收者，依此类推。

1️⃣介绍

意图： 避免请求发送者与接收者耦合在一起，让多个对象都有可能接收请求，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。

主要解决： 职责链上的处理者负责处理请求，客户只需要将请求发送到职责链上即可，无须关心请求的处理细节和请求的传递，所以职责链将请求的发送者和请求的处理者解耦了。

何时使用： 在处理消息的时候以过滤很多道。

如何解决： 拦截的类都实现统一接口。

关键代码： Handler 里面聚合它自己，在 HandlerRequest 里判断是否合适，如果没达到条件则向下传递，向谁传递之前 set 进去。

应用实例：

• 1、红楼梦中的"击鼓传花"。
• 2、JS 中的事件冒泡。
• 3、JAVA WEB 中 Apache Tomcat 对 Encoding 的处理，Struts2 的拦截器，jsp servlet 的
  Filter。

优点：

• 1、降低耦合度。它将请求的发送者和接收者解耦。
• 2、简化了对象。使得对象不需要知道链的结构。
• 3、增强给对象指派职责的灵活性。通过改变链内的成员或者调动它们的次序，允许动态地新增或者删除责任。
• 4、增加新的请求处理类很方便。

缺点：

• 1、不能保证请求一定被接收。
• 2、系统性能将受到一定影响，而且在进行代码调试时不太方便，可能会造成循环调用。
• 3、可能不容易观察运行时的特征，有碍于除错。

使用场景：

• 1、有多个对象可以处理同一个请求，具体哪个对象处理该请求由运行时刻自动确定。
• 2、在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求。
• 3、可动态指定一组对象处理请求。

注意事项： 在 JAVA WEB 中遇到很多应用。

2️⃣实现

我们创建抽象类 AbstractLogger，带有详细的日志记录级别。然后我们创建三种类型的记录器，都扩展了 AbstractLogger。每个记录器消息的级别是否属于自己的级别，如果是则相应地打印出来，否则将不打印并把消息传给下一个记录器。

（1）创建抽象的记录器类。

AbstractLogger.java：

public abstract class AbstractLogger {
   public static int INFO = 1;
   public static int DEBUG = 2;
   public static int ERROR = 3;
 
   protected int level;
 
   //责任链中的下一个元素
   protected AbstractLogger nextLogger;
 
   public void setNextLogger(AbstractLogger nextLogger){
      this.nextLogger = nextLogger;
   }
 
   public void logMessage(int level, String message){
      if(this.level <= level){
         write(message);
      }
      if(nextLogger !=null){
         nextLogger.logMessage(level, message);
      }
   }
 
   abstract protected void write(String message);
   
}

（2）创建扩展了该记录器类的实体类。

ConsoleLogger.java：

public class ConsoleLogger extends AbstractLogger {
 
   public ConsoleLogger(int level){
      this.level = level;
   }
 
   @Override
   protected void write(String message) {    
      System.out.println("Standard Console::Logger: " + message);
   }
}

ErrorLogger.java：

public class ErrorLogger extends AbstractLogger {
 
   public ErrorLogger(int level){
      this.level = level;
   }
 
   @Override
   protected void write(String message) {    
      System.out.println("Error Console::Logger: " + message);
   }
}

FileLogger.java：

public class FileLogger extends AbstractLogger {
 
   public FileLogger(int level){
      this.level = level;
   }
 
   @Override
   protected void write(String message) {    
      System.out.println("File::Logger: " + message);
   }
}

（3）创建不同类型的记录器。赋予它们不同的错误级别，并在每个记录器中设置下一个记录器。每个记录器中的下一个记录器代表的是链的一部分。

ChainPatternDemo.java：

public class ChainPatternDemo {
   
   private static AbstractLogger getChainOfLoggers(){
 
      AbstractLogger errorLogger = new ErrorLogger(AbstractLogger.ERROR);
      AbstractLogger fileLogger = new FileLogger(AbstractLogger.DEBUG);
      AbstractLogger consoleLogger = new ConsoleLogger(AbstractLogger.INFO);
 
      errorLogger.setNextLogger(fileLogger);
      fileLogger.setNextLogger(consoleLogger);
 
      return errorLogger;  
   }
 
   public static void main(String[] args) {
      AbstractLogger loggerChain = getChainOfLoggers();
 
      loggerChain.logMessage(AbstractLogger.INFO, "This is an information.");
 
      loggerChain.logMessage(AbstractLogger.DEBUG, 
         "This is a debug level information.");
 
      loggerChain.logMessage(AbstractLogger.ERROR, 
         "This is an error information.");
   }
}

（4）执行程序

输出结果：

Standard Console::Logger: This is an information.
File::Logger: This is a debug level information.
Standard Console::Logger: This is a debug level information.
Error Console::Logger: This is an error information.
File::Logger: This is an error information.
Standard Console::Logger: This is an error information.

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后记

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