（JavaSE高级）三、Java 中的设计模式

1. 你所知道的设计模式有哪些

Java 中一般认为有 23 种设计模式，我们不需要所有的都会，但是其中常用的几种设计模式应该去掌握。下面列出了所有的设计模式。需要掌握的设计模式我单独列出来了，当然能掌握的越多越好。

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。

2. 单例设计模式

最好理解的一种设计模式，分为懒汉式和饿汉式。

饿汉式：
1. public class Singleton {
2. // 直接创建对象
3. public static Singleton instance = new Singleton();
4.
5. // 私有化构造函数
6. private Singleton() {
7. }
8.
9. // 返回对象实例
10. public static Singleton getInstance() {
11. return instance;
12. }
13. }

优点：没有并发问题，只会产生一个Singleton对象；
缺点：类初始化时就创建了对象，可能整个运行过程都不会调用，占用内存。

懒汉式：

1. public class Singleton {
2. // 声明变量
3. private static volatile Singleton singleton = null;
4.
5. // 私有构造函数
6. private Singleton() {
7. }
8.
9. // 提供对外方法
10. public static Singleton getInstance() {
11. if (singleton == null) {
12. synchronized (Singleton.class) {
13. if (singleton == null) {
14. singleton = new Singleton();
15. }
16. }
17. }
18. return singleton;
19. }
20. }

优点：使用时才会创建对象，避免了占用内存的问题；
缺点：使用synchronized解决并发问题（如果不用synchronized会有并发问题），则会影响效率。

3. 工厂设计模式

工厂模式分为工厂方法模式和抽象工厂模式。

• 工厂方法模式
  工厂方法模式分为三种：

1. 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。
2. 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。
3. 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。

普通工厂模式

1. public interface Sender {
2. public void Send();
3. }
4. public class MailSender implements Sender {
5.
6. @Override
7. public void Send() {
8. System.out.println("this is mail sender!");
9. }
10. }
11. public class SmsSender implements Sender {
12.
13. @Override
14. public void Send() {
15. System.out.println("this is sms sender!");
16. }
17. }
18. public class SendFactory {
19. public Sender produce(String type) {
20. if ("mail".equals(type)) {
21. return new MailSender();
22. } else if ("sms".equals(type)) {
23. return new SmsSender();
24. } else {
25. System.out.println("请输入正确的类型!");
26. return null;
27. }
28. }
29. }

多个工厂方法模式
该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。

1. public class SendFactory {
2. public Sender produceMail(){
3. return new MailSender();
4. }
5.
6. public Sender produceSms(){
7. return new SmsSender();
8. }
9. }
10.
11. public class FactoryTest {
12. public static void main(String[] args) {
13. SendFactory factory = new SendFactory();
14. Sender sender = factory.produceMail();
15. sender.send();
16. }
17. }

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。

1. public class SendFactory {
2. public static Sender produceMail(){ 
3. return new MailSender();
4. }
5.
6. public static Sender produceSms(){
7. return new SmsSender();
8. }
9. }
10.
11.
12. public class FactoryTest {
13. public static void main(String[] args) {
14. Sender sender = SendFactory.produceMail();
15. sender.send();
16. }
17. }

• 抽象工厂模式
  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。

1. public interface Provider {
2. public Sender produce();
3. }
4. -------------------------------------------------------------------------------------
5. public interface Sender {
6. public void send();
7. }
8. -------------------------------------------------------------------------------------
9. public class MailSender implements Sender {
10.
11. @Override
12. public void send() {
13. System.out.println("this is mail sender!");
14. }
15. }
16. -------------------------------------------------------------------------------------
17. public class SmsSender implements Sender {
18.
19. @Override
20. public void send() {
21. System.out.println("this is sms sender!");
22. }
23. }
24. -------------------------------------------------------------------------------------
25. public class SendSmsFactory implements Provider {
26.
27. @Override
28. public Sender produce() {
29. return new SmsSender();
30. }
31. }

1. public class SendMailFactory implements Provider {
2.
3. @Override
4. public Sender produce() {
5. return new MailSender();
6. }
7. }
8. -------------------------------------------------------------------------------------
9. public class Test {
10. public static void main(String[] args) {
11. Provider provider = new SendMailFactory();
12. Sender sender = provider.produce();
13. sender.send();
14. }
15. }

4. 建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的 Test 结合起来得到的。（意思大概是工厂模式每次只会返回一种特定的对象，但是使用建造者模式，可以返回多种实现同一接口的不同实现类对象，就像建大楼，我需要材料，工厂方法每次就只送砖或其它某一种材料；但是通过建造者模式送砖及其混泥土等一堆材料）

1. public class Builder {
2. private List list = new ArrayList();
3.
4. public void produceMailSender(int count) {
5. for (int i = 0; i < count; i++) {
6. list.add(new MailSender());
7. }
8. }
9.
10. public void produceSmsSender(int count) {
11. for (int i = 0; i < count; i++) {
12. list.add(new SmsSender());
13. }
14. }
15. }

1. public class TestBuilder {
2. public static void main(String[] args) {
3. Builder builder = new Builder();
4. builder.produceMailSender(10);
5. }
6. }

5. 适配器设计模式

适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。

• 类的适配器模式

1. public class Source {
2. public void method1() {
3. System.out.println("this is original method!");
4. }
5. }
6. -------------------------------------------------------------
7. public interface Targetable {
8. /* 与原类中的方法相同 */
9. public void method1();
10. /* 新类的方法 */
11. public void method2();
12. }
13. public class Adapter extends Source implements Targetable {
14. @Override
15. public void method2() {
16. System.out.println("this is the targetable method!");
17. }
18. }
19. public class AdapterTest {
20. public static void main(String[] args) {
21. Targetable target = new Adapter();
22. target.method1();
23. target.method2();
24. }
25. }

• 对象的适配器模式
  基本思路和类的适配器模式相同，只是将 Adapter 类作修改，这次不继承 Source 类，而是持有 Source 类的实例，以达到解决兼容性的问题。

1. public class Wrapper implements Targetable {
2. private Source source;
3.
4. public Wrapper(Source source) {
5. super();
6. this.source = source;
7. }
8.
9. @Override
10. public void method2() {
11. System.out.println("this is the targetable method!");
12. }
13.
14. @Override
15. public void method1() {
16. source.method1();
17. }
18. }
19. --------------------------------------------------------------
20. public class AdapterTest {
21.
22. public static void main(String[] args) {
23. Source source = new Source();
24. Targetable target = new Wrapper(source);
25. target.method1();
26. target.method2();
27. }
28. }

• 接口的适配器模式
  接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。

6. 装饰模式（Decorator）

顾名思义，装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例。

1. public interface Sourceable {
2. public void method();
3. }
4. ----------------------------------------------------
5. public class Source implements Sourceable {
6. @Override
7. public void method() {
8. System.out.println("the original method!");
9. }
10. }
11. ----------------------------------------------------
12. public class Decorator implements Sourceable {
13. private Sourceable source;
14. public Decorator(Sourceable source) {
15. super();
16. this.source = source;
17. }
18.
19. @Override
20. public void method() {
21. System.out.println("before decorator!");
22. source.method();
23. System.out.println("after decorator!");
24. }
25. }
26. ----------------------------------------------------
27. public class DecoratorTest {
28. public static void main(String[] args) {
29. Sourceable source = new Source();
30. Sourceable obj = new Decorator(source);
31. obj.method();
32. }
33. }

7. 策略模式（strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数。策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。

1. public interface ICalculator {
2. public int calculate(String exp);
3. }
4. ---------------------------------------------------------
5. public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator {
6.
7. @Override
8. public int calculate(String exp) {
9. int arrayInt[] = split(exp, "-");
10. return arrayInt[0] - arrayInt[1];
11. }
12. }
13. ---------------------------------------------------------
14. public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator {
15.
16. @Override
17. public int calculate(String exp) {
18. int arrayInt[] = split(exp, "\\+");
19. return arrayInt[0] + arrayInt[1];
20. }
21. }
22. --------------------------------------------------------
23. public class AbstractCalculator {
24. public int[] split(String exp, String opt) {
25. String array[] = exp.split(opt);
26. int arrayInt[] = new int[2];
27. arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);
28. arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);
29. return arrayInt;
30. }
31. }
1. public class StrategyTest {
2. public static void main(String[] args) {
3. String exp = "2+8";
4. ICalculator cal = new Plus();
5. int result = cal.calculate(exp);
6. System.out.println(result);
7. }
8. }

8. 观察者模式（Observer）

观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和 RSS 订阅，当我们浏览一些博客或 wiki 时，经常会看到 RSS 图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。

1. public interface Observer {
2. public void update();
3. }
4.
5. public class Observer1 implements Observer {
6. @Override
7. public void update() {
8. System.out.println("observer1 has received!");
9. }
10. }
11.
12. public class Observer2 implements Observer {
13. @Override
14. public void update() {
15. System.out.println("observer2 has received!");
16. }
17. }
18.
19. public interface Subject {
20. /*增加观察者*/
21. public void add(Observer observer);
22.
23. /*删除观察者*/
24. public void del(Observer observer);
25. /*通知所有的观察者*/
1. public void notifyObservers();
2. 
3. /*自身的操作*/
4. public void operation();
5. }
6.
7. public abstract class AbstractSubject implements Subject {
8.
9. private Vector vector = new Vector();
10.
11. @Override
12. public void add(Observer observer) {
13. vector.add(observer);
14. }
15.
16. @Override
17. public void del(Observer observer) {
18. vector.remove(observer);
19. }
20.
21. @Override
22. public void notifyObservers() {
23. Enumeration enumo = vector.elements();
24. while (enumo.hasMoreElements()) {
25. enumo.nextElement().update();
26. }
27. }
28. }
29.
30. public class MySubject extends AbstractSubject {
31.
32. @Override
33. public void operation() {
34. System.out.println("update self!");
35. notifyObservers();
36. }
37. }
38.
39. public class ObserverTest {
40. public static void main(String[] args) {
41. Subject sub = new MySubject();
42. sub.add(new Observer1());
43. sub.add(new Observer2());
44. sub.operation();
45. }
46. }