Java 设计模式（Design Patten）

一、 设计模式

• 设计模式（Design Patten）代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。
• 设计模式是一套被反复使用的、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重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 设计模式使代码编制真正工程化，是软件工程的基石，项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题。
• 总共有 23 种设计模式，这些模式可以分为三大类：创建型模式（Creational Patterns）、结构型模式（Structural Patterns）、行为型模式（Behavioral Patterns）
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• 设计模式的六大原则
  1、开闭原则（Open Close Principle）
  开闭原则的意思是：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。简言之，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。
  2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）
  里氏代换原则是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，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派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。
  3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
  这个原则是开闭原则的基础，具体内容：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
  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。它还有另外一个意思是：降低类之间的耦合度。由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想，它强调降低依赖，降低耦合。
  5、迪米特法则，又称最少知道原则（Demeter Principle）
  最少知道原则是指：一个实体应当尽量少地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）
  合成复用原则是指：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

二、常用设计模式的示例

1、单例模式

• 单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
  注意：
  1、单例类只能有一个实例。
  2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
  3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

• 介绍
  意图：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。
  主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
  何时使用：当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
  如何解决：判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
  关键代码：构造函数是私有的。
  

  单例示例代码如下
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  运行测试程序，可以通过Singleton的类方法Singleton.getInstance()获取到唯一的Singleton的对象，然后调用其showMessage()方法，得到输出结果。

2、工厂模式

• 工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
• 优点：
   1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。
   2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。
   3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。
• 缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度。

• 以下代码通过Shape接口、Circle和Rectangle实现类，ShapeFactory工厂类实现了一个基本的工厂模式，并用测试程序使用这个模式
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3、适配器模式

• 适配器模式（Adapter Pattern）是作为两个不兼容的接口之间的桥梁。这种类型的设计模式属于结构型模式，它结合了两个独立接口的功能。
• 介绍
  意图：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。适配器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。
  主要解决：主要解决在软件系统中，常常要将一些"现存的对象"放到新的环境中，而新环境要求的接口是现对象不能满足的。
• 何时使用：
   1、系统需要使用现有的类，而此类的接口不符合系统的需要。
   2、想要建立一个可以重复使用的类，用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类，包括一些可能在将来引进的类一起工作，这些源类不一定有一致的接口。
   3、通过接口转换，将一个类插入另一个类系中。（比如老虎和飞禽，现在多了一个飞虎，在不增加实体的需求下，增加一个适配器，在里面包容一个虎对象，实现飞的接口。）
• 如何解决：继承或依赖（推荐）。
• 关键代码：适配器继承或依赖已有的对象，实现想要的目标接口。
• 应用实例： 
  1、美国电器 110V，中国 220V，就要有一个适配器将 110V 转化为 220V。
  2、JAVA JDK 1.1 提供了 Enumeration 接口，而在 1.2 中提供了 Iterator 接口，想要使用 1.2 的 JDK，则要将以前系统的 Enumeration 接口转化为 Iterator 接口，这时就需要适配器模式。
  3、在 LINUX 上运行 WINDOWS 程序。
  4、JAVA 中的 jdbc。
• 优点：
   1、可以让任何两个没有关联的类一起运行。
   2、提高了类的复用。
   3、增加了类的透明度。
   4、灵活性好。
• 缺点： 
  1、过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。
  2、由于 JAVA 至多继承一个类，所以至多只能适配一个适配者类，而且目标类必须是抽象类。

• 使用场景：有动机地修改一个正常运行的系统的接口，这时应该考虑使用适配器模式。
  以下代码实现了一个简单的适配器模式
  

  1.创建Study接口，Sports接口
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  2.创建Student抽象类，实现Study接口和Sports接口，但是具体什么都不实现。
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  3.测试类
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4、代理模式

• 代理模式（Proxy Pattern）给目标对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对目标对象的引用。代理模式在java里面很常见，在开源框架里如spring，mybatis等里面大量使用。
• 代理对象：起到中介作用，连接客户端和目标对象
• 例子：电脑桌面的快捷方式。电脑对某个程序提供一个快捷方式（代理对象），快捷方式连接客户端和程序，客户端通过操作快捷方式就可以操作那个程序。
• 主要作用：通过引入代理对象的方式来间接访问目标对象
• 实例概况
  背景：小成希望买一台最新的顶配Mac电脑
  冲突：国内还没上，只有美国才有
  解决方案：寻找代购进行购买
  代购（代理对象） 代替 我（真实对象） 去买Mac（间接访问的操作）

• 使用步骤
  

  步骤1： 创建抽象对象接口（Subject）：声明你（真实对象）需要让代购（代理对象）帮忙做的事（买Mac）
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  步骤2： 创建真实对象类（RealSubject）,即“我”
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  步骤3：创建代理对象类（Proxy），即”代购“，并通过代理类创建真实对象实例并访问其方法
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  步骤4：客户端调用
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5、装饰器模式

• 装饰器模式（Decorator Pattern）可以用于在运行时选择性地修改对象的行为，在处理无法修改的类时能发挥其强大的能力。
  我们可以在想修改对象的行为时，又不想修改对象所属的类或其使用者，就可以使用装饰器模式。
• Java I/O的设计就是采用了装饰者模式。各种InputStream和OutputStream层层嵌套，感觉就像洋葱，如果给装饰者一个形象化的描述，想必非洋葱莫属。

• 例子：
  有一个记录日志的接口和它的两个实现类，但是实现类只有输出日志到不同地方的功能，LoggerFileSystem能将日志输出到文件系统（磁盘）中，LoggerCloud能将日志输出到云端的某个文件中。
  

  现在新需求来了，要在每条日志输出后顺带输出这条日志的时间，又不想去修改每个实现类的方法，这时候就能使用装饰者模式，为这个接口编写一个装饰类，修饰原来的日志输出。
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  为Logger编写一个装饰器，在输出日志之后输出当前时间，这个装饰类要实现Logger接口并且拥有一个Logger成员变量。
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