设计模式-15-Jdk源码中的设计模式

之前我们学习了一些设计模式，今天我们剖析Java JDK 源码中用到的几种常见的设计模式。

1-jdk之工厂模式

       在前面讲到工厂模式的时候，大部分工厂类都是以Factory作为后缀来命名，并且工厂类主要负责创建对象这样一件事情。但在实际的项目开发中，工厂类的设计更加灵活。那我们就来看下，工厂模式在Java JDK中的一个应用：java.util.Calendar。

public static Calendar getInstance(){
        return createCalendar(TimeZone.getDefault(), Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
}

private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,Locale aLocale){
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }

        Calendar cal = null;

        if (aLocale.hasExtensions()) {
            String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
            if (caltype != null) {
                switch (caltype) {
                case "buddhist":
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "japanese":
                    cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "gregory":
                    cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                }
            }
        }
        if (cal == null) {
            if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
            } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
                       && aLocale.getCountry() == "JP") {
                cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
            } else {
                cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
            }
        }
        return cal;
    }

       getInstance()方法可以根据不同TimeZone和Locale，创建不同的Calendar子类对象，比如BuddhistCalendar、JapaneseImperialCalendar、GregorianCalendar，这些细节完全封装在工厂方法createCalendar中，使用者只需要传递当前的时区和地址，就能够获得一个Calendar类对象来使用，而获得的对象具体是哪个Calendar子类的对象，使用者在使用的时候并不关心。

2-jdk之建造者模式

        建造者模式有两种实现方法，一种是单独定义一个Builder类，另一种是将Builder实现为原始类的内部类。Calendar就采用了第二种实现思路。

  public static class Builder {
        private static final int NFIELDS = FIELD_COUNT + 1; // +1 for WEEK_YEAR
        private static final int WEEK_YEAR = FIELD_COUNT;
        private long instant;//省略其他的成员变量

}

        在Builder里面还有build方法来创建Calendar类对象；既然已经有了getInstance()工厂方法来创建Calendar类对象，为什么还要用Builder来创建Calendar类对象呢？这两者之间的区别在哪里呢？工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。建造者模式用来创建一种类型的复杂对象，通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。

       粗看Calendar的Builder类的build()方法，你可能会觉得它有点像工厂模式。你的感觉没错，前面一半代码确实跟getInstance()工厂方法类似，根据不同的type创建了不同的Calendar子类。实际上，后面一半代码才属于标准的建造者模式，根据setXXX()方法设置的参数，来定制化刚刚创建的Calendar子类对象。

3-jdk之装饰器模式

      Java IO类库是装饰器模式的非常经典的应用。实际上，Java的Collections类也用到了装饰器模式。Collections类是一个集合容器的工具类，提供了很多静态方法，用来创建各种集合容器，比如通过unmodifiableColletion()静态方法，来创建UnmodifiableCollection类对象。而这些容器类中的UnmodifiableCollection类、CheckedCollection和SynchronizedCollection类，就是针对Collection类的装饰器类。

       装饰器模式中的装饰器类是对原始类功能的增强。UnmodifiableCollection的构造函数接收一个Collection类对象，然后对其所有的函数进行了包裹（Wrap）：重新实现（比如add()函数）或者简单封装（比如stream()函数）。而简单的接口实现或者继承，并不会如此来实现UnmodifiableCollection类。所以，从代码实现的角度来说，UnmodifiableCollection类是典型的装饰器类。

4-jdk之适配器模式

      老版本的JDK提供了Enumeration类来遍历容器。新版本的JDK用Iterator类替代Enumeration类来遍历容器。为了兼容老的客户端代码（使用老版本JDK的代码），我们保留了Enumeration类，并且在Collections类中，仍然保留了enumaration()静态方法（因为我们一般都是通过这个静态函数来创建一个容器的Enumeration类对象）。

       在新版本的JDK中，Enumeration类是适配器类。它适配的是客户端代码（使用Enumeration类）和新版本JDK中新的迭代器Iterator类。不过，从代码实现的角度来说，这个适配器模式的代码实现，跟经典的适配器模式的代码实现，差别稍微有点大。enumeration()静态函数的逻辑和Enumeration适配器类的代码耦合在一起，enumeration()静态函数直接通过new的方式创建了匿名类对象。 

public static  Enumeration enumeration(final Collection c) {
        return new Enumeration() {
            private final Iterator i = c.iterator();

            public boolean hasMoreElements() {
                return i.hasNext();
            }

            public T nextElement() {
                return i.next();
            }
        };
}

 5-jdk之模板模式

      Java中的Collections类的sort()函数就是利用了模板模式的这个扩展特性。Collections.sort()实现了对集合的排序。为了扩展性，它将其中“比较大小”这部分逻辑，委派给用户来实现。如果我们把比较大小这部分逻辑看作整个排序逻辑的其中一个步骤，那我们就可以把它看作模板模式。不过，从代码实现的角度来看，它看起来有点类似之前讲过的JdbcTemplate，并不是模板模式的经典代码实现，而是基于Callback回调机制来实现的。

6-jdk之观察者模式

       之前我们讲解观察者模式的时候说到Google Guava的EventBus框架，它提供了观察者模式的骨架代码，使用EventBus。Java JDK也提供了观察者模式的简单框架实现。只包含两个类：java.util.Observable和java.util.Observer。前者是被观察者，后者是观察者。

7-jdk之单例模式

      JDK中java.lang.Runtime类就是一个单例类。每个Java应用在运行时会启动一个JVM进程，每个JVM进程都只对应一个Runtime实例，用于查看JVM状态以及控制JVM行为。进程内唯一，所以比较适合设计为单例。在编程的时候，我们不能自己去实例化一个Runtime对象，只能通过getRuntime()静态方法来获得。它使用了最简单的饿汉式的单例实现方式。

public class Runtime {
  private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

  public static Runtime getRuntime() {
    return currentRuntime;
  }
  
  /** Don't let anyone else instantiate this class */
  private Runtime() {}
  
  //....
  public void addShutdownHook(Thread hook) {
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
       sm.checkPermission(new RuntimePermission("shutdownHooks"));
    }
    ApplicationShutdownHooks.add(hook);
  }
  //.

8-jdk之其他模式

享元模式，Integer类中的-128~127之间的整型对象是可以复用的，还讲到String类型中的常量字符串也是可以复用的。这些都是享元模式的经典应用。

职责链模式，Java Servlet中的Filter就是通过职责链来实现的，同时还对比了Spring中的interceptor。实际上，拦截器、过滤器这些功能绝大部分都是采用职责链模式来实现的。

迭代器模式，重点剖析了Java中Iterator迭代器的实现。