Java 23種設(shè)計(jì)模型詳解
設(shè)計(jì)模式（Design Patterns）
——可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)
設(shè)計(jì)模式（Design pattern）是一套被反復(fù)使用、多數(shù)人知曉的、經(jīng)過(guò)分類編目的、代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。使用設(shè)計(jì)模式是為了可重用代碼、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性。 毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)計(jì)模式于己于他人于系統(tǒng)都是多贏的，設(shè)計(jì)模式使代碼編制真正工程化，設(shè)計(jì)模式是軟件工程的基石，如同大廈的一塊塊磚石一樣。項(xiàng)目中合理的運(yùn)用設(shè)計(jì)模式可以完美的解決很多問(wèn)題，每種模式在現(xiàn)在中都有相應(yīng)的原理來(lái)與之對(duì)應(yīng)，每一個(gè)模式描述了一個(gè)在我們周?chē)粩嘀貜?fù)發(fā)生的問(wèn)題，以及該問(wèn)題的核心解決方案，這也是它能被廣泛應(yīng)用的原因。本章系Java之美[從菜鳥(niǎo)到高手演變]系列之設(shè)計(jì)模式，我們會(huì)以理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行本章的學(xué)習(xí)，希望廣大程序愛(ài)好者，學(xué)好設(shè)計(jì)模式，做一個(gè)優(yōu)秀的軟件工程師！
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一、設(shè)計(jì)模式的分類
總體來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)模式分為三大類：
創(chuàng)建型模式，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。
結(jié)構(gòu)型模式，共七種：適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。
行為型模式，共十一種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責(zé)任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態(tài)模式、訪問(wèn)者模式、中介者模式、解釋器模式。
其實(shí)還有兩類：并發(fā)型模式和線程池模式。用一個(gè)圖片來(lái)整體描述一下：
二、設(shè)計(jì)模式的六大原則
1、開(kāi)閉原則（Open Close Principle）
開(kāi)閉原則就是說(shuō)對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放，對(duì)修改關(guān)閉。在程序需要進(jìn)行拓展的時(shí)候，不能去修改原有的代碼，實(shí)現(xiàn)一個(gè)熱插拔的效果。所以一句話概括就是：為了使程序的擴(kuò)展性好，易于維護(hù)和升級(jí)。想要達(dá)到這樣的效果，我們需要使用接口和抽象類，后面的具體設(shè)計(jì)中我們會(huì)提到這點(diǎn)。
2、里氏代換原則（Liskov Substitution Principle）
里氏代換原則(Liskov Substitution Principle LSP)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的基本原則之一。 里氏代換原則中說(shuō)，任何基類可以出現(xiàn)的地方，子類一定可以出現(xiàn)。 LSP是繼承復(fù)用的基石，只有當(dāng)衍生類可以替換掉基類，軟件單位的功能不受到影響時(shí)，基類才能真正被復(fù)用，而衍生類也能夠在基類的基礎(chǔ)上增加新的行為。里氏代換原則是對(duì)“開(kāi)-閉”原則的補(bǔ)充。實(shí)現(xiàn)“開(kāi)-閉”原則的關(guān)鍵步驟就是抽象化。而基類與子類的繼承關(guān)系就是抽象化的具體實(shí)現(xiàn)，所以里氏代換原則是對(duì)實(shí)現(xiàn)抽象化的具體步驟的規(guī)范。—— From Baidu 百科
3、依賴倒轉(zhuǎn)原則（Dependence Inversion Principle）
這個(gè)是開(kāi)閉原則的基礎(chǔ)，具體內(nèi)容：真對(duì)接口編程，依賴于抽象而不依賴于具體。
4、接口隔離原則（Interface Segregation Principle）
這個(gè)原則的意思是：使用多個(gè)隔離的接口，比使用單個(gè)接口要好。還是一個(gè)降低類之間的耦合度的意思，從這兒我們看出，其實(shí)設(shè)計(jì)模式就是一個(gè)軟件的設(shè)計(jì)思想，從大型軟件架構(gòu)出發(fā)，為了升級(jí)和維護(hù)方便。所以上文中多次出現(xiàn)：降低依賴，降低耦合。
5、迪米特法則（最少知道原則）（Demeter Principle）
為什么叫最少知道原則，就是說(shuō)：一個(gè)實(shí)體應(yīng)當(dāng)盡量少的與其他實(shí)體之間發(fā)生相互作用，使得系統(tǒng)功能模塊相對(duì)獨(dú)立。
6、合成復(fù)用原則（Composite Reuse Principle）
原則是盡量使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。
三、Java的23中設(shè)計(jì)模式
從這一塊開(kāi)始，我們?cè)敿?xì)介紹Java中23種設(shè)計(jì)模式的概念，應(yīng)用場(chǎng)景等情況，并結(jié)合他們的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)模式的原則進(jìn)行分析。
1、工廠方法模式（Factory Method）
工廠方法模式分為三種：
11、普通工廠模式，就是建立一個(gè)工廠類，對(duì)實(shí)現(xiàn)了同一接口的一些類進(jìn)行實(shí)例的創(chuàng)建。首先看下關(guān)系圖：
舉例如下：（我們舉一個(gè)發(fā)送郵件和短信的例子）
首先，創(chuàng)建二者的共同接口：
public interface Sender {
public void Send();
}
其次，創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)類：
public class MailSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("this is mailsender!");
}
}
public class SmsSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("this is sms sender!");
}
}
最后，建工廠類：
public class SendFactory {
public Sender produce(String type) {
if ("mail".equals(type)) {
return new MailSender();
} else if ("sms".equals(type)) {
return new SmsSender();
} else {
System.out.println("請(qǐng)輸入正確的類型!");
return null;
}
}
}
我們來(lái)測(cè)試下：
public class FactoryTest {
public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produce("sms");
sender.Send();
}
}
輸出：this is sms sender!
22、多個(gè)工廠方法模式，是對(duì)普通工廠方法模式的改進(jìn)，在普通工廠方法模式中，如果傳遞的字符串出錯(cuò)，則不能正確創(chuàng)建對(duì)象，而多個(gè)工廠方法模式是提供多個(gè)工廠方法，分別創(chuàng)建對(duì)象。關(guān)系圖：
將上面的代碼做下修改，改動(dòng)下SendFactory類就行，如下：
view plaincopypublic class SendFactory {
public Sender produceMail(){
return new MailSender();
}
public Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}
測(cè)試類如下：
public class FactoryTest {
public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produceMail();
sender.Send();
}
}
輸出：this is mailsender!
33、靜態(tài)工廠方法模式，將上面的多個(gè)工廠方法模式里的方法置為靜態(tài)的，不需要?jiǎng)?chuàng)建實(shí)例，直接調(diào)用即可。
public class SendFactory {
public static Sender produceMail(){
return new MailSender();
}
public static Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}
public class FactoryTest {
public static void main(String[] args) {
Sender sender = SendFactory.produceMail();
sender.Send();
}
}
輸出：this is mailsender!
總體來(lái)說(shuō)，工廠模式適合：凡是出現(xiàn)了大量的產(chǎn)品需要?jiǎng)?chuàng)建，并且具有共同的接口時(shí)，可以通過(guò)工廠方法模式進(jìn)行創(chuàng)建。在以上的三種模式中，第一種如果傳入的字符串有誤，不能正確創(chuàng)建對(duì)象，第三種相對(duì)于第二種，不需要實(shí)例化工廠類，所以，大多數(shù)情況下，我們會(huì)選用第三種——靜態(tài)工廠方法模式。
2、抽象工廠模式（Abstract Factory）
工廠方法模式有一個(gè)問(wèn)題就是，類的創(chuàng)建依賴工廠類，也就是說(shuō)，如果想要拓展程序，必須對(duì)工廠類進(jìn)行修改，這違背了閉包原則，所以，從設(shè)計(jì)角度考慮，有一定的問(wèn)題，如何解決？就用到抽象工廠模式，創(chuàng)建多個(gè)工廠類，這樣一旦需要增加新的功能，直接增加新的工廠類就可以了，不需要修改之前的代碼。因?yàn)槌橄蠊S不太好理解，我們先看看圖，然后就和代碼，就比較容易理解。
請(qǐng)看例子：
public interface Sender {
public void Send();
}
兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類：
public class MailSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("this is mailsender!");
}
}
public class SmsSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("this is sms sender!");
}
}
兩個(gè)工廠類：
public class SendMailFactory implements Provider {
@Override
public Sender produce(){
return new MailSender();
}
}
public class SendSmsFactory implements Provider{
@Override
public Sender produce() {
return new SmsSender();
}
}
在提供一個(gè)接口：
public interface Provider {
public Sender produce();
}
測(cè)試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Provider provider = new SendMailFactory();
Sender sender = provider.produce();
sender.Send();
}
}
其實(shí)這個(gè)模式的好處就是，如果你現(xiàn)在想增加一個(gè)功能：發(fā)及時(shí)信息，則只需做一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，實(shí)現(xiàn)Sender接口，同時(shí)做一個(gè)工廠類，實(shí)現(xiàn)Provider接口，就OK了，無(wú)需去改動(dòng)現(xiàn)成的代碼。這樣做，拓展性較好！
3、單例模式（Singleton）
單例對(duì)象（Singleton）是一種常用的設(shè)計(jì)模式。在Java應(yīng)用中，單例對(duì)象能保證在一個(gè)JVM中，該對(duì)象只有一個(gè)實(shí)例存在。這樣的模式有幾個(gè)好處：
1、某些類創(chuàng)建比較頻繁，對(duì)于一些大型的對(duì)象，這是一筆很大的系統(tǒng)開(kāi)銷。
2、省去了new操作符，降低了系統(tǒng)內(nèi)存的使用頻率，減輕GC壓力。
3、有些類如交易所的核心交易引擎，控制著交易流程，如果該類可以創(chuàng)建多個(gè)的話，系統(tǒng)完全亂了。（比如一個(gè)軍隊(duì)出現(xiàn)了多個(gè)司令員同時(shí)指揮，肯定會(huì)亂成一團(tuán)），所以只有使用單例模式，才能保證核心交易服務(wù)器獨(dú)立控制整個(gè)流程。
首先我們寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的單例類：
public class Singleton {
/* 持有私有靜態(tài)實(shí)例，防止被引用，此處賦值為null，目的是實(shí)現(xiàn)延遲加載 */
private static Singleton instance = null;
/* 私有構(gòu)造方法，防止被實(shí)例化 */
private Singleton() {
}
/* 靜態(tài)工程方法，創(chuàng)建實(shí)例 */
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
/* 如果該對(duì)象被用于序列化，可以保證對(duì)象在序列化前后保持一致 */
public Object readResolve() {
return instance;
}
}
這個(gè)類可以滿足基本要求，但是，像這樣毫無(wú)線程安全保護(hù)的類，如果我們把它放入多線程的環(huán)境下，肯定就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題了，如何解決？我們首先會(huì)想到對(duì)getInstance方法加synchronized關(guān)鍵字，如下：
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
但是，synchronized關(guān)鍵字鎖住的是這個(gè)對(duì)象，這樣的用法，在性能上會(huì)有所下降，因?yàn)槊看握{(diào)用getInstance()，都要對(duì)對(duì)象上鎖，事實(shí)上，只有在第一次創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候需要加鎖，之后就不需要了，所以，這個(gè)地方需要改進(jìn)。我們改成下面這個(gè)：
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (instance) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
似乎解決了之前提到的問(wèn)題，將synchronized關(guān)鍵字加在了內(nèi)部，也就是說(shuō)當(dāng)調(diào)用的時(shí)候是不需要加鎖的，只有在instance為null，并創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候才需要加鎖，性能有一定的提升。但是，這樣的情況，還是有可能有問(wèn)題的，看下面的情況：在Java指令中創(chuàng)建對(duì)象和賦值操作是分開(kāi)進(jìn)行的，也就是說(shuō)instance = new Singleton();語(yǔ)句是分兩步執(zhí)行的。但是JVM并不保證這兩個(gè)操作的先后順序，也就是說(shuō)有可能JVM會(huì)為新的Singleton實(shí)例分配空間，然后直接賦值給instance成員，然后再去初始化這個(gè)Singleton實(shí)例。這樣就可能出錯(cuò)了，我們以A、B兩個(gè)線程為例：
a>A、B線程同時(shí)進(jìn)入了第一個(gè)if判斷
b>A首先進(jìn)入synchronized塊，由于instance為null，所以它執(zhí)行instance = new Singleton();
c>由于JVM內(nèi)部的優(yōu)化機(jī)制，JVM先畫(huà)出了一些分配給Singleton實(shí)例的空白內(nèi)存，并賦值給instance成員（注意此時(shí)JVM沒(méi)有開(kāi)始初始化這個(gè)實(shí)例），然后A離開(kāi)了synchronized塊。
d>B進(jìn)入synchronized塊，由于instance此時(shí)不是null，因此它馬上離開(kāi)了synchronized塊并將結(jié)果返回給調(diào)用該方法的程序。
e>此時(shí)B線程打算使用Singleton實(shí)例，卻發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有被初始化，于是錯(cuò)誤發(fā)生了。
所以程序還是有可能發(fā)生錯(cuò)誤，其實(shí)程序在運(yùn)行過(guò)程是很復(fù)雜的，從這點(diǎn)我們就可以看出，尤其是在寫(xiě)多線程環(huán)境下的程序更有難度，有挑戰(zhàn)性。我們對(duì)該程序做進(jìn)一步優(yōu)化：
private static class SingletonFactory{
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonFactory.instance;
}
實(shí)際情況是，單例模式使用內(nèi)部類來(lái)維護(hù)單例的實(shí)現(xiàn)，JVM內(nèi)部的機(jī)制能夠保證當(dāng)一個(gè)類被加載的時(shí)候，這個(gè)類的加載過(guò)程是線程互斥的。這樣當(dāng)我們第一次調(diào)用getInstance的時(shí)候，JVM能夠幫我們保證instance只被創(chuàng)建一次，并且會(huì)保證把賦值給instance的內(nèi)存初始化完畢，這樣我們就不用擔(dān)心上面的問(wèn)題。同時(shí)該方法也只會(huì)在第一次調(diào)用的時(shí)候使用互斥機(jī)制，這樣就解決了低性能問(wèn)題。這樣我們暫時(shí)總結(jié)一個(gè)完美的單例模式：
public class Singleton {
/* 私有構(gòu)造方法，防止被實(shí)例化 */
private Singleton() {
}
/* 此處使用一個(gè)內(nèi)部類來(lái)維護(hù)單例 */
private static class SingletonFactory {
private static Singleton instance = new Singleton();
}
/* 獲取實(shí)例 */
public static Singleton getInstance() {
return SingletonFactory.instance;
}
/* 如果該對(duì)象被用于序列化，可以保證對(duì)象在序列化前后保持一致 */
public Object readResolve() {
return getInstance();
}
}
其實(shí)說(shuō)它完美，也不一定，如果在構(gòu)造函數(shù)中拋出異常，實(shí)例將永遠(yuǎn)得不到創(chuàng)建，也會(huì)出錯(cuò)。所以說(shuō)，十分完美的東西是沒(méi)有的，我們只能根據(jù)實(shí)際情況，選擇最適合自己應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)方法。也有人這樣實(shí)現(xiàn)：因?yàn)槲覀冎恍枰趧?chuàng)建類的時(shí)候進(jìn)行同步，所以只要將創(chuàng)建和getInstance()分開(kāi)，單獨(dú)為創(chuàng)建加synchronized關(guān)鍵字，也是可以的：
public class SingletonTest {
private static SingletonTest instance = null;
private SingletonTest() {
}
private static synchronized void syncInit() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonTest();
}
}
public static SingletonTest getInstance() {
if (instance == null) {
syncInit();
}
return instance;
}
}
考慮性能的話，整個(gè)程序只需創(chuàng)建一次實(shí)例，所以性能也不會(huì)有什么影響。
補(bǔ)充：采用"影子實(shí)例"的辦法為單例對(duì)象的屬性同步更新
public class SingletonTest {
private static SingletonTest instance = null;
private Vector properties = null;
public Vector getProperties() {
return properties;
}
private SingletonTest() {
}
private static synchronized void syncInit() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonTest();
}
}
public static SingletonTest getInstance() {
if (instance == null) {
syncInit();
}
return instance;
}
public void updateProperties() {
SingletonTest shadow = new SingletonTest();
properties = shadow.getProperties();
}
}
通過(guò)單例模式的學(xué)習(xí)告訴我們：
1、單例模式理解起來(lái)簡(jiǎn)單，但是具體實(shí)現(xiàn)起來(lái)還是有一定的難度。
2、synchronized關(guān)鍵字鎖定的是對(duì)象，在用的時(shí)候，一定要在恰當(dāng)?shù)牡胤绞褂茫ㄗ⒁庑枰褂面i的對(duì)象和過(guò)程，可能有的時(shí)候并不是整個(gè)對(duì)象及整個(gè)過(guò)程都需要鎖）。
到這兒，單例模式基本已經(jīng)講完了，結(jié)尾處，筆者突然想到另一個(gè)問(wèn)題，就是采用類的靜態(tài)方法，實(shí)現(xiàn)單例模式的效果，也是可行的，此處二者有什么不同？
首先，靜態(tài)類不能實(shí)現(xiàn)接口。（從類的角度說(shuō)是可以的，但是那樣就破壞了靜態(tài)了。因?yàn)榻涌谥胁辉试S有static修飾的方法，所以即使實(shí)現(xiàn)了也是非靜態(tài)的）
其次，單例可以被延遲初始化，靜態(tài)類一般在第一次加載是初始化。之所以延遲加載，是因?yàn)橛行╊惐容^龐大，所以延遲加載有助于提升性能。
再次，單例類可以被繼承，他的方法可以被覆寫(xiě)。但是靜態(tài)類內(nèi)部方法都是static，無(wú)法被覆寫(xiě)。
最后一點(diǎn)，單例類比較靈活，畢竟從實(shí)現(xiàn)上只是一個(gè)普通的Java類，只要滿足單例的基本需求，你可以在里面隨心所欲的實(shí)現(xiàn)一些其它功能，但是靜態(tài)類不行。從上面這些概括中，基本可以看出二者的區(qū)別，但是，從另一方面講，我們上面最后實(shí)現(xiàn)的那個(gè)單例模式，內(nèi)部就是用一個(gè)靜態(tài)類來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以，二者有很大的關(guān)聯(lián)，只是我們考慮問(wèn)題的層面不同罷了。兩種思想的結(jié)合，才能造就出完美的解決方案，就像HashMap采用數(shù)組+鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)一樣，其實(shí)生活中很多事情都是這樣，單用不同的方法來(lái)處理問(wèn)題，總是有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，最完美的方法是，結(jié)合各個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)，才能最好的解決問(wèn)題！
4、建造者模式（Builder）
工廠類模式提供的是創(chuàng)建單個(gè)類的模式，而建造者模式則是將各種產(chǎn)品集中起來(lái)進(jìn)行管理，用來(lái)創(chuàng)建復(fù)合對(duì)象，所謂復(fù)合對(duì)象就是指某個(gè)類具有不同的屬性，其實(shí)建造者模式就是前面抽象工廠模式和最后的Test結(jié)合起來(lái)得到的。我們看一下代碼：
還和前面一樣，一個(gè)Sender接口，兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類MailSender和SmsSender。最后，建造者類如下：
public class Builder {
private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();
public void produceMailSender(int count){
for(int i=0; i<count; i++){
list.add(new MailSender());
}
}
public void produceSmsSender(int count){
for(int i=0; i<count; i++){
list.add(new SmsSender());
}
}
}
測(cè)試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Builder builder = new Builder();
builder.produceMailSender(10);
}
}
從這點(diǎn)看出，建造者模式將很多功能集成到一個(gè)類里，這個(gè)類可以創(chuàng)造出比較復(fù)雜的東西。所以與工程模式的區(qū)別就是：工廠模式關(guān)注的是創(chuàng)建單個(gè)產(chǎn)品，而建造者模式則關(guān)注創(chuàng)建符合對(duì)象，多個(gè)部分。因此，是選擇工廠模式還是建造者模式，依實(shí)際情況而定。
5、原型模式（Prototype）
原型模式雖然是創(chuàng)建型的模式，但是與工程模式?jīng)]有關(guān)系，從名字即可看出，該模式的思想就是將一個(gè)對(duì)象作為原型，對(duì)其進(jìn)行復(fù)制、克隆，產(chǎn)生一個(gè)和原對(duì)象類似的新對(duì)象。本小結(jié)會(huì)通過(guò)對(duì)象的復(fù)制，進(jìn)行講解。在Java中，復(fù)制對(duì)象是通過(guò)clone()實(shí)現(xiàn)的，先創(chuàng)建一個(gè)原型類：
public class Prototype implements Cloneable {
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}
}
很簡(jiǎn)單，一個(gè)原型類，只需要實(shí)現(xiàn)Cloneable接口，覆寫(xiě)clone方法，此處clone方法可以改成任意的名稱，因?yàn)镃loneable接口是個(gè)空接口，你可以任意定義實(shí)現(xiàn)類的方法名，如cloneA或者cloneB，因?yàn)榇颂幍闹攸c(diǎn)是super.clone()這句話，super.clone()調(diào)用的是Object的clone()方法，而在Object類中，clone()是native的，具體怎么實(shí)現(xiàn)，我會(huì)在另一篇文章中，關(guān)于解讀Java中本地方法的調(diào)用，此處不再深究。在這兒，我將結(jié)合對(duì)象的淺復(fù)制和深復(fù)制來(lái)說(shuō)一下，首先需要了解對(duì)象深、淺復(fù)制的概念：
淺復(fù)制：將一個(gè)對(duì)象復(fù)制后，基本數(shù)據(jù)類型的變量都會(huì)重新創(chuàng)建，而引用類型，指向的還是原對(duì)象所指向的。
深復(fù)制：將一個(gè)對(duì)象復(fù)制后，不論是基本數(shù)據(jù)類型還有引用類型，都是重新創(chuàng)建的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是深復(fù)制進(jìn)行了完全徹底的復(fù)制，而淺復(fù)制不徹底。
此處，寫(xiě)一個(gè)深淺復(fù)制的例子：
public class Prototype implements Cloneable, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String string;
private SerializableObject obj;
/* 淺復(fù)制 */
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}
/* 深復(fù)制 */
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
/* 寫(xiě)入當(dāng)前對(duì)象的二進(jìn)制流 */
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
/* 讀出二進(jìn)制流產(chǎn)生的新對(duì)象 */
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
public String getString() {
return string;
}
public void setString(String string) {
this.string = string;
}
public SerializableObject getObj() {
return obj;
}
public void setObj(SerializableObject obj) {
this.obj = obj;
}
}
class SerializableObject implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
}
要實(shí)現(xiàn)深復(fù)制，需要采用流的形式讀入當(dāng)前對(duì)象的二進(jìn)制輸入，再寫(xiě)出二進(jìn)制數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的對(duì)象。
我們接著討論設(shè)計(jì)模式，上篇文章我講完了5種創(chuàng)建型模式，這章開(kāi)始，我將講下7種結(jié)構(gòu)型模式：適配器模式、裝飾模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。其中對(duì)象的適配器模式是各種模式的起源，我們看下面的圖：
適配器模式將某個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換成客戶端期望的另一個(gè)接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的類的兼容性問(wèn)題。主要分為三類：類的適配器模式、對(duì)象的適配器模式、接口的適配器模式。首先，我們來(lái)看看類的適配器模式，先看類圖：
核心思想就是：有一個(gè)Source類，擁有一個(gè)方法，待適配，目標(biāo)接口時(shí)Targetable，通過(guò)Adapter類，將Source的功能擴(kuò)展到Targetable里，看代碼：
public class Source {
public void method1() {
System.out.println("this is original method!");
}
}
public interface Targetable {
/* 與原類中的方法相同 */
public void method1();
/* 新類的方法 */
public void method2();
}
public class Adapter extends Source implements Targetable {
@Override
public void method2() {
System.out.println("this is the targetable method!");
}
}
Adapter類繼承Source類，實(shí)現(xiàn)Targetable接口，下面是測(cè)試類：
public class AdapterTest {
public static void main(String[] args) {
Targetable target = new Adapter();
target.method1();
target.method2();
}
}
輸出：
this is original method!
this is the targetable method!
這樣Targetable接口的實(shí)現(xiàn)類就具有了Source類的功能。
對(duì)象的適配器模式
基本思路和類的適配器模式相同，只是將Adapter類作修改，這次不繼承Source類，而是持有Source類的實(shí)例，以達(dá)到解決兼容性的問(wèn)題?？磮D：
只需要修改Adapter類的源碼即可：
public class Wrapper implements Targetable {
private Source source;
public Wrapper(Source source){
super();
this.source = source;
}
@Override
public void method2() {
System.out.println("this is the targetable method!");
}
@Override
public void method1() {
source.method1();
}
}
測(cè)試類：
public class AdapterTest {
public static void main(String[] args) {
Source source = new Source();
Targetable target = new Wrapper(source);
target.method1();
target.method2();
}
}
輸出與第一種一樣，只是適配的方法不同而已。
第三種適配器模式是接口的適配器模式，接口的適配器是這樣的：有時(shí)我們寫(xiě)的一個(gè)接口中有多個(gè)抽象方法，當(dāng)我們寫(xiě)該接口的實(shí)現(xiàn)類時(shí)，必須實(shí)現(xiàn)該接口的所有方法，這明顯有時(shí)比較浪費(fèi)，因?yàn)椴⒉皇撬械姆椒ǘ际俏覀冃枰?，有時(shí)只需要某一些，此處為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入了接口的適配器模式，借助于一個(gè)抽象類，該抽象類實(shí)現(xiàn)了該接口，實(shí)現(xiàn)了所有的方法，而我們不和原始的接口打交道，只和該抽象類取得聯(lián)系，所以我們寫(xiě)一個(gè)類，繼承該抽象類，重寫(xiě)我們需要的方法就行?？匆幌骂悎D：
這個(gè)很好理解，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，我們也常會(huì)遇到這種接口中定義了太多的方法，以致于有時(shí)我們?cè)谝恍?shí)現(xiàn)類中并不是都需要。看代碼：
public interface Sourceable {
public void method1();
public void method2();
}
抽象類Wrapper2：
public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{
public void method1(){}
public void method2(){}
}
public class SourceSub1 extends Wrapper2 {
public void method1(){
System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");
}
}
public class SourceSub2 extends Wrapper2 {
public void method2(){
System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");
}
}
public class WrapperTest {
public static void main(String[] args) {
Sourceable source1 = new SourceSub1();
Sourceable source2 = new SourceSub2();
source1.method1();
source1.method2();
source2.method1();
source2.method2();
}
}
測(cè)試輸出：
the sourceable interface's first Sub1!
the sourceable interface's second Sub2!
達(dá)到了我們的效果！
講了這么多，總結(jié)一下三種適配器模式的應(yīng)用場(chǎng)景：
類的適配器模式：當(dāng)希望將一個(gè)類轉(zhuǎn)換成滿足另一個(gè)新接口的類時(shí)，可以使用類的適配器模式，創(chuàng)建一個(gè)新類，繼承原有的類，實(shí)現(xiàn)新的接口即可。
對(duì)象的適配器模式：當(dāng)希望將一個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)換成滿足另一個(gè)新接口的對(duì)象時(shí)，可以創(chuàng)建一個(gè)Wrapper類，持有原類的一個(gè)實(shí)例，在Wrapper類的方法中，調(diào)用實(shí)例的方法就行。
接口的適配器模式：當(dāng)不希望實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口中所有的方法時(shí)，可以創(chuàng)建一個(gè)抽象類Wrapper，實(shí)現(xiàn)所有方法，我們寫(xiě)別的類的時(shí)候，繼承抽象類即可。
7、裝飾模式（Decorator）
顧名思義，裝飾模式就是給一個(gè)對(duì)象增加一些新的功能，而且是動(dòng)態(tài)的，要求裝飾對(duì)象和被裝飾對(duì)象實(shí)現(xiàn)同一個(gè)接口，裝飾對(duì)象持有被裝飾對(duì)象的實(shí)例，關(guān)系圖如下：
Source類是被裝飾類，Decorator類是一個(gè)裝飾類，可以為Source類動(dòng)態(tài)的添加一些功能，代碼如下：
public interface Sourceable {
public void method();
}
public class Source implements Sourceable {
@Override
public void method() {
System.out.println("the original method!");
}
}
public class Decorator implements Sourceable {
private Sourceable source;
public Decorator(Sourceable source){
super();
this.source = source;
}
@Override
public void method() {
System.out.println("before decorator!");
source.method();
System.out.println("after decorator!");
}
}
測(cè)試類：
public class DecoratorTest {
public static void main(String[] args) {
Sourceable source = new Source();
Sourceable obj = new Decorator(source);
obj.method();
}
}
輸出：
before decorator!
the original method!
after decorator!
裝飾器模式的應(yīng)用場(chǎng)景：
1、需要擴(kuò)展一個(gè)類的功能。
2、動(dòng)態(tài)的為一個(gè)對(duì)象增加功能，而且還能動(dòng)態(tài)撤銷。（繼承不能做到這一點(diǎn)，繼承的功能是靜態(tài)的，不能動(dòng)態(tài)增刪。）
缺點(diǎn)：產(chǎn)生過(guò)多相似的對(duì)象，不易排錯(cuò)！
8、代理模式（Proxy）
其實(shí)每個(gè)模式名稱就表明了該模式的作用，代理模式就是多一個(gè)代理類出來(lái)，替原對(duì)象進(jìn)行一些操作，比如我們?cè)谧夥孔拥臅r(shí)候回去找中介，為什么呢？因?yàn)槟銓?duì)該地區(qū)房屋的信息掌握的不夠全面，希望找一個(gè)更熟悉的人去幫你做，此處的代理就是這個(gè)意思。再如我們有的時(shí)候打官司，我們需要請(qǐng)律師，因?yàn)槁蓭熢诜煞矫嬗袑ｉL(zhǎng)，可以替我們進(jìn)行操作，表達(dá)我們的想法。先來(lái)看看關(guān)系圖：
根據(jù)上文的闡述，代理模式就比較容易的理解了，我們看下代碼：
public interface Sourceable {
public void method();
}
public class Source implements Sourceable {
@Override
public void method() {
System.out.println("the original method!");
}
}
public class Proxy implements Sourceable {
private Source source;
public Proxy(){
super();
this.source = new Source();
}
@Override
public void method() {
before();
source.method();
atfer();
}
private void atfer() {
System.out.println("after proxy!");
}
private void before() {
System.out.println("before proxy!");
}
}
測(cè)試類：
public class ProxyTest {
public static void main(String[] args) {
Sourceable source = new Proxy();
source.method();
}
}
輸出：
before proxy!
the original method!
after proxy!
代理模式的應(yīng)用場(chǎng)景：
如果已有的方法在使用的時(shí)候需要對(duì)原有的方法進(jìn)行改進(jìn)，此時(shí)有兩種辦法：
1、修改原有的方法來(lái)適應(yīng)。這樣違反了“對(duì)擴(kuò)展開(kāi)放，對(duì)修改關(guān)閉”的原則。
2、就是采用一個(gè)代理類調(diào)用原有的方法，且對(duì)產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行控制。這種方法就是代理模式。
使用代理模式，可以將功能劃分的更加清晰，有助于后期維護(hù)！
9、外觀模式（Facade）
外觀模式是為了解決類與類之家的依賴關(guān)系的，像spring一樣，可以將類和類之間的關(guān)系配置到配置文件中，而外觀模式就是將他們的關(guān)系放在一個(gè)Facade類中，降低了類類之間的耦合度，該模式中沒(méi)有涉及到接口，看下類圖：（我們以一個(gè)計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程為例）
我們先看下實(shí)現(xiàn)類：
public class CPU {
public void startup(){
System.out.println("cpu startup!");
}
public void shutdown(){
System.out.println("cpu shutdown!");
}
}
public class Memory {
public void startup(){
System.out.println("memory startup!");
}
public void shutdown(){
System.out.println("memory shutdown!");
}
}
public class Disk {
public void startup(){
System.out.println("disk startup!");
}
public void shutdown(){
System.out.println("disk shutdown!");
}
}
public class Computer {
private CPU cpu;
private Memory memory;
private Disk disk;
public Computer(){
cpu = new CPU();
memory = new Memory();
disk = new Disk();
}
public void startup(){
System.out.println("start the computer!");
cpu.startup();
memory.startup();
disk.startup();
System.out.println("start computer finished!");
}
public void shutdown(){
System.out.println("begin to close the computer!");
cpu.shutdown();
memory.shutdown();
disk.shutdown();
System.out.println("computer closed!");
}
}
User類如下：
public class User {
public static void main(String[] args) {
Computer computer = new Computer();
computer.startup();
computer.shutdown();
}
}
輸出：
start the computer!
cpu startup!
memory startup!
disk startup!
start computer finished!
begin to close the computer!
cpu shutdown!
memory shutdown!
disk shutdown!
computer closed!
如果我們沒(méi)有Computer類，那么，CPU、Memory、Disk他們之間將會(huì)相互持有實(shí)例，產(chǎn)生關(guān)系，這樣會(huì)造成嚴(yán)重的依賴，修改一個(gè)類，可能會(huì)帶來(lái)其他類的修改，這不是我們想要看到的，有了Computer類，他們之間的關(guān)系被放在了Computer類里，這樣就起到了解耦的作用，這，就是外觀模式！
10、橋接模式（Bridge）
橋接模式就是把事物和其具體實(shí)現(xiàn)分開(kāi)，使他們可以各自獨(dú)立的變化。橋接的用意是：將抽象化與實(shí)現(xiàn)化解耦，使得二者可以獨(dú)立變化，像我們常用的JDBC橋DriverManager一樣，JDBC進(jìn)行連接數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，在各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行切換，基本不需要?jiǎng)犹嗟拇a，甚至絲毫不用動(dòng)，原因就是JDBC提供統(tǒng)一接口，每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)提供各自的實(shí)現(xiàn)，用一個(gè)叫做數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的程序來(lái)橋接就行了。我們來(lái)看看關(guān)系圖：
實(shí)現(xiàn)代碼：
先定義接口：
public interface Sourceable {
public void method();
}
分別定義兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類：
public class SourceSub1 implements Sourceable {
@Override
public void method() {
System.out.println("this is the first sub!");
}
}
public class SourceSub2 implements Sourceable {
@Override
public void method() {
System.out.println("this is the second sub!");
}
}
定義一個(gè)橋，持有Sourceable的一個(gè)實(shí)例：
public abstract class Bridge {
private Sourceable source;
public void method(){
source.method();
}
public Sourceable getSource() {
return source;
}
public void setSource(Sourceable source) {
this.source = source;
}
}
public class MyBridge extends Bridge {
public void method(){
getSource().method();
}
}
測(cè)試類：
public class BridgeTest {
public static void main(String[] args) {
Bridge bridge = new MyBridge();
/*調(diào)用第一個(gè)對(duì)象*/
Sourceable source1 = new SourceSub1();
bridge.setSource(source1);
bridge.method();
/*調(diào)用第二個(gè)對(duì)象*/
Sourceable source2 = new SourceSub2();
bridge.setSource(source2);
bridge.method();
}
}
output：
this is the first sub!
this is the second sub!
這樣，就通過(guò)對(duì)Bridge類的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接口Sourceable的實(shí)現(xiàn)類SourceSub1和SourceSub2的調(diào)用。接下來(lái)我再畫(huà)個(gè)圖，大家就應(yīng)該明白了，因?yàn)檫@個(gè)圖是我們JDBC連接的原理，有數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的，一結(jié)合就都懂了。
11、組合模式（Composite）
組合模式有時(shí)又叫部分-整體模式在處理類似樹(shù)形結(jié)構(gòu)的問(wèn)題時(shí)比較方便，看看關(guān)系圖：
直接來(lái)看代碼：
public class TreeNode {
private String name;
private TreeNode parent;
private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();
public TreeNode(String name){
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public TreeNode getParent() {
return parent;
}
public void setParent(TreeNode parent) {
this.parent = parent;
}
//添加孩子節(jié)點(diǎn)
public void add(TreeNode node){
children.add(node);
}
//刪除孩子節(jié)點(diǎn)
public void remove(TreeNode node){
children.remove(node);
}
//取得孩子節(jié)點(diǎn)
public Enumeration<TreeNode> getChildren(){
return children.elements();
}
}
public class Tree {
TreeNode root = null;
public Tree(String name) {
root = new TreeNode(name);
}
public static void main(String[] args) {
Tree tree = new Tree("A");
TreeNode nodeB = new TreeNode("B");
TreeNode nodeC = new TreeNode("C");
nodeB.add(nodeC);
tree.root.add(nodeB);
System.out.println("build the tree finished!");
}
}
使用場(chǎng)景：將多個(gè)對(duì)象組合在一起進(jìn)行操作，常用于表示樹(shù)形結(jié)構(gòu)中，例如二叉樹(shù)，數(shù)等。
12、享元模式（Flyweight）
享元模式的主要目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)象的共享，即共享池，當(dāng)系統(tǒng)中對(duì)象多的時(shí)候可以減少內(nèi)存的開(kāi)銷，通常與工廠模式一起使用。
FlyWeightFactory負(fù)責(zé)創(chuàng)建和管理享元單元，當(dāng)一個(gè)客戶端請(qǐng)求時(shí)，工廠需要檢查當(dāng)前對(duì)象池中是否有符合條件的對(duì)象，如果有，就返回已經(jīng)存在的對(duì)象，如果沒(méi)有，則創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象，F(xiàn)lyWeight是超類。一提到共享池，我們很容易聯(lián)想到Java里面的JDBC連接池，想想每個(gè)連接的特點(diǎn)，我們不難總結(jié)出：適用于作共享的一些個(gè)對(duì)象，他們有一些共有的屬性，就拿數(shù)據(jù)庫(kù)連接池來(lái)說(shuō)，url、driverClassName、username、password及dbname，這些屬性對(duì)于每個(gè)連接來(lái)說(shuō)都是一樣的，所以就適合用享元模式來(lái)處理，建一個(gè)工廠類，將上述類似屬性作為內(nèi)部數(shù)據(jù)，其它的作為外部數(shù)據(jù)，在方法調(diào)用時(shí)，當(dāng)做參數(shù)傳進(jìn)來(lái)，這樣就節(jié)省了空間，減少了實(shí)例的數(shù)量。
看個(gè)例子：
看下數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的代碼：
public class ConnectionPool {
private Vector<Connection> pool;
/*公有屬性*/
private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
private String username = "root";
private String password = "root";
private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";
private int poolSize = 100;
private static ConnectionPool instance = null;
Connection conn = null;
/*構(gòu)造方法，做一些初始化工作*/
private ConnectionPool() {
pool = new Vector<Connection>(poolSize);
for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
try {
Class.forName(driverClassName);
conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
pool.add(conn);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
/* 返回連接到連接池 */
public synchronized void release() {
pool.add(conn);
}
/* 返回連接池中的一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接 */
public synchronized Connection getConnection() {
if (pool.size() > 0) {
Connection conn = pool.get(0);
pool.remove(conn);
return conn;
} else {
return null;
}
}
}
通過(guò)連接池的管理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)連接的共享，不需要每一次都重新創(chuàng)建連接，節(jié)省了數(shù)據(jù)庫(kù)重新創(chuàng)建的開(kāi)銷，提升了系統(tǒng)的性能！本章講解了7種結(jié)構(gòu)型模式，因?yàn)槠膯?wèn)題，剩下的11種行為型模式，
本章是關(guān)于設(shè)計(jì)模式的最后一講，會(huì)講到第三種設(shè)計(jì)模式——行為型模式，共11種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責(zé)任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態(tài)模式、訪問(wèn)者模式、中介者模式、解釋器模式。這段時(shí)間一直在寫(xiě)關(guān)于設(shè)計(jì)模式的東西，終于寫(xiě)到一半了，寫(xiě)博文是個(gè)很費(fèi)時(shí)間的東西，因?yàn)槲业脼樽x者負(fù)責(zé)，不論是圖還是代碼還是表述，都希望能盡量寫(xiě)清楚，以便讀者理解，我想不論是我還是讀者，都希望看到高質(zhì)量的博文出來(lái)，從我本人出發(fā)，我會(huì)一直堅(jiān)持下去，不斷更新，源源動(dòng)力來(lái)自于讀者朋友們的不斷支持，我會(huì)盡自己的努力，寫(xiě)好每一篇文章！希望大家能不斷給出意見(jiàn)和建議，共同打造完美的博文！
先來(lái)張圖，看看這11中模式的關(guān)系：
第一類：通過(guò)父類與子類的關(guān)系進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。第二類：兩個(gè)類之間。第三類：類的狀態(tài)。第四類：通過(guò)中間類
13、策略模式（strategy）
策略模式定義了一系列算法，并將每個(gè)算法封裝起來(lái)，使他們可以相互替換，且算法的變化不會(huì)影響到使用算法的客戶。需要設(shè)計(jì)一個(gè)接口，為一系列實(shí)現(xiàn)類提供統(tǒng)一的方法，多個(gè)實(shí)現(xiàn)類實(shí)現(xiàn)該接口，設(shè)計(jì)一個(gè)抽象類（可有可無(wú)，屬于輔助類），提供輔助函數(shù)，關(guān)系圖如下：
圖中ICalculator提供同意的方法，
AbstractCalculator是輔助類，提供輔助方法，接下來(lái)，依次實(shí)現(xiàn)下每個(gè)類：
首先統(tǒng)一接口：
public interface ICalculator {
public int calculate(String exp);
}
輔助類：
public abstract class AbstractCalculator {
public int[] split(String exp,String opt){
String array[] = exp.split(opt);
int arrayInt[] = new int[2];
arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);
arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);
return arrayInt;
}
}
三個(gè)實(shí)現(xiàn)類：
public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator {
@Override
public int calculate(String exp) {
int arrayInt[] = split(exp,"\\+");
return arrayInt[0]+arrayInt[1];
}
}
public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator {
@Override
public int calculate(String exp) {
int arrayInt[] = split(exp,"-");
return arrayInt[0]-arrayInt[1];
}
}
public class Multiply extends AbstractCalculator implements ICalculator {
@Override
public int calculate(String exp) {
int arrayInt[] = split(exp,"\\*");
return arrayInt[0]*arrayInt[1];
}
}
簡(jiǎn)單的測(cè)試類：
public class StrategyTest {
public static void main(String[] args) {
String exp = "2+8";
ICalculator cal = new Plus();
int result = cal.calculate(exp);
System.out.println(result);
}
}
輸出：10
策略模式的決定權(quán)在用戶，系統(tǒng)本身提供不同算法的實(shí)現(xiàn)，新增或者刪除算法，對(duì)各種算法做封裝。因此，策略模式多用在算法決策系統(tǒng)中，外部用戶只需要決定用哪個(gè)算法即可。
14、模板方法模式（Template Method）
解釋一下模板方法模式，就是指：一個(gè)抽象類中，有一個(gè)主方法，再定義1...n個(gè)方法，可以是抽象的，也可以是實(shí)際的方法，定義一個(gè)類，繼承該抽象類，重寫(xiě)抽象方法，通過(guò)調(diào)用抽象類，實(shí)現(xiàn)對(duì)子類的調(diào)用，先看個(gè)關(guān)系圖：
就是在AbstractCalculator類中定義一個(gè)主方法calculate，calculate()調(diào)用spilt()等，Plus和Minus分別繼承AbstractCalculator類，通過(guò)對(duì)AbstractCalculator的調(diào)用實(shí)現(xiàn)對(duì)子類的調(diào)用，看下面的例子：
public abstract class AbstractCalculator {
/*主方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)本類其它方法的調(diào)用*/
public final int calculate(String exp,String opt){
int array[] = split(exp,opt);
return calculate(array[0],array[1]);
}
/*被子類重寫(xiě)的方法*/
abstract public int calculate(int num1,int num2);
public int[] split(String exp,String opt){
String array[] = exp.split(opt);
int arrayInt[] = new int[2];
arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);
arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);
return arrayInt;
}
}
public class Plus extends AbstractCalculator {
@Override
public int calculate(int num1,int num2) {
return num1 + num2;
}
}
測(cè)試類：
public class StrategyTest {
public static void main(String[] args) {
String exp = "8+8";
AbstractCalculator cal = new Plus();
int result = cal.calculate(exp, "\\+");
System.out.println(result);
}
}
我跟蹤下這個(gè)小程序的執(zhí)行過(guò)程：首先將exp和"\\+"做參數(shù)，調(diào)用AbstractCalculator類里的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)里調(diào)用同類的split()，之后再調(diào)用calculate(int ,int)方法，從這個(gè)方法進(jìn)入到子類中，執(zhí)行完return num1 + num2后，將值返回到AbstractCalculator類，賦給result，打印出來(lái)。正好驗(yàn)證了我們開(kāi)頭的思路。
15、觀察者模式（Observer）
包括這個(gè)模式在內(nèi)的接下來(lái)的四個(gè)模式，都是類和類之間的關(guān)系，不涉及到繼承，學(xué)的時(shí)候應(yīng)該 記得歸納，記得本文最開(kāi)始的那個(gè)圖。觀察者模式很好理解，類似于郵件訂閱和RSS訂閱，當(dāng)我們?yōu)g覽一些博客或wiki時(shí)，經(jīng)常會(huì)看到RSS圖標(biāo)，就這的意思是，當(dāng)你訂閱了該文章，如果后續(xù)有更新，會(huì)及時(shí)通知你。其實(shí)，簡(jiǎn)單來(lái)講就一句話：當(dāng)一個(gè)對(duì)象變化時(shí)，其它依賴該對(duì)象的對(duì)象都會(huì)收到通知，并且隨著變化！對(duì)象之間是一種一對(duì)多的關(guān)系。先來(lái)看看關(guān)系圖：
我解釋下這些類的作用：MySubject類就是我們的主對(duì)象，Observer1和Observer2是依賴于MySubject的對(duì)象，當(dāng)MySubject變化時(shí)，Observer1和Observer2必然變化。AbstractSubject類中定義著需要監(jiān)控的對(duì)象列表，可以對(duì)其進(jìn)行修改：增加或刪除被監(jiān)控對(duì)象，且當(dāng)MySubject變化時(shí)，負(fù)責(zé)通知在列表內(nèi)存在的對(duì)象。我們看實(shí)現(xiàn)代碼：
一個(gè)Observer接口：
public interface Observer {
public void update();
}
兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類：
public class Observer1 implements Observer {
@Override
public void update() {
System.out.println("observer1 has received!");
}
}
public class Observer2 implements Observer {
@Override
public void update() {
System.out.println("observer2 has received!");
}
}
Subject接口及實(shí)現(xiàn)類：
public interface Subject {
/*增加觀察者*/
public void add(Observer observer);
/*刪除觀察者*/
public void del(Observer observer);
/*通知所有的觀察者*/
public void notifyObservers();
/*自身的操作*/
public void operation();
}
public abstract class AbstractSubject implements Subject {
private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>();
@Override
public void add(Observer observer) {
vector.add(observer);
}
@Override
public void del(Observer observer) {
vector.remove(observer);
}
@Override
public void notifyObservers() {
Enumeration<Observer> enumo = vector.elements();
while(enumo.hasMoreElements()){
enumo.nextElement().update();
}
}
}
public class MySubject extends AbstractSubject {
@Override
public void operation() {
System.out.println("update self!");
notifyObservers();
}
}
測(cè)試類：
public class ObserverTest {
public static void main(String[] args) {
Subject sub = new MySubject();
sub.add(new Observer1());
sub.add(new Observer2());
sub.operation();
}
}
輸出：
update self!
observer1 has received!
observer2 has received!
這些東西，其實(shí)不難，只是有些抽象，不太容易整體理解，建議讀者：根據(jù)關(guān)系圖，新建項(xiàng)目，自己寫(xiě)代碼（或者參考我的代碼）,按照總體思路走一遍，這樣才能體會(huì)它的思想，理解起來(lái)容易！
16、迭代子模式（Iterator）
顧名思義，迭代器模式就是順序訪問(wèn)聚集中的對(duì)象，一般來(lái)說(shuō)，集合中非常常見(jiàn)，如果對(duì)集合類比較熟悉的話，理解本模式會(huì)十分輕松。這句話包含兩層意思：一是需要遍歷的對(duì)象，即聚集對(duì)象，二是迭代器對(duì)象，用于對(duì)聚集對(duì)象進(jìn)行遍歷訪問(wèn)。我們看下關(guān)系圖：
這個(gè)思路和我們常用的一模一樣，MyCollection中定義了集合的一些操作，MyIterator中定義了一系列迭代操作，且持有Collection實(shí)例，我們來(lái)看看實(shí)現(xiàn)代碼：
兩個(gè)接口：
public interface Collection {
public Iterator iterator();
/*取得集合元素*/
public Object get(int i);
/*取得集合大小*/
public int size();
}
public interface Iterator {
//前移
public Object previous();
//后移
public Object next();
public boolean hasNext();
//取得第一個(gè)元素
public Object first();
}
兩個(gè)實(shí)現(xiàn)：
public class MyCollection implements Collection {
public String string[] = {"A","B","C","D","E"};
@Override
public Iterator iterator() {
return new MyIterator(this);
}
@Override
public Object get(int i) {
return string[i];
}
@Override
public int size() {
return string.length;
}
}
public class MyIterator implements Iterator {
private Collection collection;
private int pos = -1;
public MyIterator(Collection collection){
this.collection = collection;
}
@Override
public Object previous() {
if(pos > 0){
pos--;
}
return collection.get(pos);
}
@Override
public Object next() {
if(pos<collection.size()-1){
pos++;
}
return collection.get(pos);
}
@Override
public boolean hasNext() {
if(pos<collection.size()-1){
return true;
}else{
return false;
}
}
@Override
public Object first() {
pos = 0;
return collection.get(pos);
}
}
測(cè)試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Collection collection = new MyCollection();
Iterator it = collection.iterator();
while(it.hasNext()){
System.out.println(it.next());
}
}
}
輸出：A B C D E
此處我們貌似模擬了一個(gè)集合類的過(guò)程，感覺(jué)是不是很爽？其實(shí)JDK中各個(gè)類也都是這些基本的東西，加一些設(shè)計(jì)模式，再加一些優(yōu)化放到一起的，只要我們把這些東西學(xué)會(huì)了，掌握好了，我們也可以寫(xiě)出自己的集合類，甚至框架！
17、責(zé)任鏈模式（Chain of Responsibility）
接下來(lái)我們將要談?wù)勜?zé)任鏈模式，有多個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象持有對(duì)下一個(gè)對(duì)象的引用，這樣就會(huì)形成一條鏈，請(qǐng)求在這條鏈上傳遞，直到某一對(duì)象決定處理該請(qǐng)求。但是發(fā)出者并不清楚到底最終那個(gè)對(duì)象會(huì)處理該請(qǐng)求，所以，責(zé)任鏈模式可以實(shí)現(xiàn)，在隱瞞客戶端的情況下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調(diào)整。先看看關(guān)系圖：
Abstracthandler類提供了get和set方法，方便MyHandle類設(shè)置和修改引用對(duì)象，MyHandle類是核心，實(shí)例化后生成一系列相互持有的對(duì)象，構(gòu)成一條鏈。
public interface Handler {
public void operator();
}
public abstract class AbstractHandler {
private Handler handler;
public Handler getHandler() {
return handler;
}
public void setHandler(Handler handler) {
this.handler = handler;
}
}
public class MyHandler extends AbstractHandler implements Handler {
private String name;
public MyHandler(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public void operator() {
System.out.println(name+"deal!");
if(getHandler()!=null){
getHandler().operator();
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
MyHandler h1 = new MyHandler("h1");
MyHandler h2 = new MyHandler("h2");
MyHandler h3 = new MyHandler("h3");
h1.setHandler(h2);
h2.setHandler(h3);
h1.operator();
}
}
輸出：
h1deal!
h2deal!
h3deal!
此處強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)就是，鏈接上的請(qǐng)求可以是一條鏈，可以是一個(gè)樹(shù)，還可以是一個(gè)環(huán)，模式本身不約束這個(gè)，需要我們自己去實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，在一個(gè)時(shí)刻，命令只允許由一個(gè)對(duì)象傳給另一個(gè)對(duì)象，而不允許傳給多個(gè)對(duì)象。
18、命令模式（Command）
命令模式很好理解，舉個(gè)例子，司令員下令讓士兵去干件事情，從整個(gè)事情的角度來(lái)考慮，司令員的作用是，發(fā)出口令，口令經(jīng)過(guò)傳遞，傳到了士兵耳朵里，士兵去執(zhí)行。這個(gè)過(guò)程好在，三者相互解耦，任何一方都不用去依賴其他人，只需要做好自己的事兒就行，司令員要的是結(jié)果，不會(huì)去關(guān)注到底士兵是怎么實(shí)現(xiàn)的。我們看看關(guān)系圖：
Invoker是調(diào)用者（司令員），Receiver是被調(diào)用者（士兵），MyCommand是命令，實(shí)現(xiàn)了Command接口，持有接收對(duì)象，看實(shí)現(xiàn)代碼：
public interface Command {
public void exe();
}
public class MyCommand implements Command {
private Receiver receiver;
public MyCommand(Receiver receiver) {
this.receiver = receiver;
}
@Override
public void exe() {
receiver.action();
}
}
public class Receiver {
public void action(){
System.out.println("command received!");
}
}
public class Invoker {
private Command command;
public Invoker(Command command) {
this.command = command;
}
public void action(){
command.exe();
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Receiver receiver = new Receiver();
Command cmd = new MyCommand(receiver);
Invoker invoker = new Invoker(cmd);
invoker.action();
}
}
輸出：command received!
這個(gè)很哈理解，命令模式的目的就是達(dá)到命令的發(fā)出者和執(zhí)行者之間解耦，實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求和執(zhí)行分開(kāi)，熟悉Struts的同學(xué)應(yīng)該知道，Struts其實(shí)就是一種將請(qǐng)求和呈現(xiàn)分離的技術(shù)，其中必然涉及命令模式的思想！
其實(shí)每個(gè)設(shè)計(jì)模式都是很重要的一種思想，看上去很熟，其實(shí)是因?yàn)槲覀冊(cè)趯W(xué)到的東西中都有涉及，盡管有時(shí)我們并不知道，其實(shí)在Java本身的設(shè)計(jì)之中處處都有體現(xiàn)，像AWT、JDBC、集合類、IO管道或者是Web框架，里面設(shè)計(jì)模式無(wú)處不在。因?yàn)槲覀兤邢?，很難講每一個(gè)設(shè)計(jì)模式都講的很詳細(xì)，不過(guò)我會(huì)盡我所能，盡量在有限的空間和篇幅內(nèi)，把意思寫(xiě)清楚了，更好讓大家明白。本章不出意外的話，應(yīng)該是設(shè)計(jì)模式最后一講了，首先還是上一下上篇開(kāi)頭的那個(gè)圖：
本章講講第三類和第四類。
19、備忘錄模式（Memento）
主要目的是保存一個(gè)對(duì)象的某個(gè)狀態(tài)，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候恢復(fù)對(duì)象，個(gè)人覺(jué)得叫備份模式更形象些，通俗的講下：假設(shè)有原始類A，A中有各種屬性，A可以決定需要備份的屬性，備忘錄類B是用來(lái)存儲(chǔ)A的一些內(nèi)部狀態(tài)，類C呢，就是一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)備忘錄的，且只能存儲(chǔ)，不能修改等操作。做個(gè)圖來(lái)分析一下：
Original類是原始類，里面有需要保存的屬性value及創(chuàng)建一個(gè)備忘錄類，用來(lái)保存value值。Memento類是備忘錄類，Storage類是存儲(chǔ)備忘錄的類，持有Memento類的實(shí)例，該模式很好理解。直接看源碼：
public class Original {
private String value;
public String getValue() {
return value;
}
public void setValue(String value) {
this.value = value;
}
public Original(String value) {
this.value = value;
}
public Memento createMemento(){
return new Memento(value);
}
public void restoreMemento(Memento memento){
this.value = memento.getValue();
}
}
public class Memento {
private String value;
public Memento(String value) {
this.value = value;
}
public String getValue() {
return value;
}
public void setValue(String value) {
this.value = value;
}
}
public class Storage {
private Memento memento;
public Storage(Memento memento) {
this.memento = memento;
}
public Memento getMemento() {
return memento;
}
public void setMemento(Memento memento) {
this.memento = memento;
}
}
測(cè)試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建原始類
Original origi = new Original("egg");
// 創(chuàng)建備忘錄
Storage storage = new Storage(origi.createMemento());
// 修改原始類的狀態(tài)
System.out.println("初始化狀態(tài)為：" + origi.getValue());
origi.setValue("niu");
System.out.println("修改后的狀態(tài)為：" + origi.getValue());
// 回復(fù)原始類的狀態(tài)
origi.restoreMemento(storage.getMemento());
System.out.println("恢復(fù)后的狀態(tài)為：" + origi.getValue());
}
}
輸出：
初始化狀態(tài)為：egg
修改后的狀態(tài)為：niu
恢復(fù)后的狀態(tài)為：egg
簡(jiǎn)單描述下：新建原始類時(shí)，value被初始化為egg，后經(jīng)過(guò)修改，將value的值置為niu，最后倒數(shù)第二行進(jìn)行恢復(fù)狀態(tài)，結(jié)果成功恢復(fù)了。其實(shí)我覺(jué)得這個(gè)模式叫“備份-恢復(fù)”模式最形象。
20、狀態(tài)模式（State）
核心思想就是：當(dāng)對(duì)象的狀態(tài)改變時(shí)，同時(shí)改變其行為，很好理解！就拿QQ來(lái)說(shuō)，有幾種狀態(tài)，在線、隱身、忙碌等，每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的操作，而且你的好友也能看到你的狀態(tài)，所以，狀態(tài)模式就兩點(diǎn)：1、可以通過(guò)改變狀態(tài)來(lái)獲得不同的行為。2、你的好友能同時(shí)看到你的變化。看圖：
State類是個(gè)狀態(tài)類，Context類可以實(shí)現(xiàn)切換，我們來(lái)看看代碼：
package com.xtfggef.dp.state;
/**
* 狀態(tài)類的核心類
* 2012-12-1
* @author erqing
*
*/
public class State {
private String value;
public String getValue() {
return value;
}
public void setValue(String value) {
this.value = value;
}
public void method1(){
System.out.println("execute the first opt!");
}
public void method2(){
System.out.println("execute the second opt!");
}
}
package com.xtfggef.dp.state;
/**
* 狀態(tài)模式的切換類 2012-12-1
* @author erqing
*
*/
public class Context {
private State state;
public Context(State state) {
this.state = state;
}
public State getState() {
return state;
}
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void method() {
if (state.getValue().equals("state1")) {
state.method1();
} else if (state.getValue().equals("state2")) {
state.method2();
}
}
}
測(cè)試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
State state = new State();
Context context = new Context(state);
//設(shè)置第一種狀態(tài)
state.setValue("state1");
context.method();
//設(shè)置第二種狀態(tài)
state.setValue("state2");
context.method();
}
}
輸出：
execute the first opt!
execute the second opt!
根據(jù)這個(gè)特性，狀態(tài)模式在日常開(kāi)發(fā)中用的挺多的，尤其是做網(wǎng)站的時(shí)候，我們有時(shí)希望根據(jù)對(duì)象的某一屬性，區(qū)別開(kāi)他們的一些功能，比如說(shuō)簡(jiǎn)單的權(quán)限控制等。
21、訪問(wèn)者模式（Visitor）
訪問(wèn)者模式把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和作用于結(jié)構(gòu)上的操作解耦合，使得操作集合可相對(duì)自由地演化。訪問(wèn)者模式適用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定算法又易變化的系統(tǒng)。因?yàn)樵L問(wèn)者模式使得算法操作增加變得容易。若系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象易于變化，經(jīng)常有新的數(shù)據(jù)對(duì)象增加進(jìn)來(lái)，則不適合使用訪問(wèn)者模式。訪問(wèn)者模式的優(yōu)點(diǎn)是增加操作很容易，因?yàn)樵黾硬僮饕馕吨黾有碌脑L問(wèn)者。訪問(wèn)者模式將有關(guān)行為集中到一個(gè)訪問(wèn)者對(duì)象中，其改變不影響系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其缺點(diǎn)就是增加新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很困難?！?From 百科
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，訪問(wèn)者模式就是一種分離對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與行為的方法，通過(guò)這種分離，可達(dá)到為一個(gè)被訪問(wèn)者動(dòng)態(tài)添加新的操作而無(wú)需做其它的修改的效果。簡(jiǎn)單關(guān)系圖：
來(lái)看看原碼：一個(gè)Visitor類，存放要訪問(wèn)的對(duì)象，
public interface Visitor {
public void visit(Subject sub);
}
public class MyVisitor implements Visitor {
@Override
public void visit(Subject sub) {
System.out.println("visit the subject："+sub.getSubject());
}
}
Subject類，accept方法，接受將要訪問(wèn)它的對(duì)象，getSubject()獲取將要被訪問(wèn)的屬性，
public interface Subject {
public void accept(Visitor visitor);
public String getSubject();
}
public class MySubject implements Subject {
@Override
public void accept(Visitor visitor) {
visitor.visit(this);
}
@Override
public String getSubject() {
return "love";
}
}
測(cè)試：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Visitor visitor = new MyVisitor();
Subject sub = new MySubject();
sub.accept(visitor);
}
}
輸出：visit the subject：love
該模式適用場(chǎng)景：如果我們想為一個(gè)現(xiàn)有的類增加新功能，不得不考慮幾個(gè)事情：1、新功能會(huì)不會(huì)與現(xiàn)有功能出現(xiàn)兼容性問(wèn)題？2、以后會(huì)不會(huì)再需要添加？3、如果類不允許修改代碼怎么辦？面對(duì)這些問(wèn)題，最好的解決方法就是使用訪問(wèn)者模式，訪問(wèn)者模式適用于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法解耦，
22、中介者模式（Mediator）
中介者模式也是用來(lái)降低類類之間的耦合的，因?yàn)槿绻愵愔g有依賴關(guān)系的話，不利于功能的拓展和維護(hù)，因?yàn)橹灰薷囊粋€(gè)對(duì)象，其它關(guān)聯(lián)的對(duì)象都得進(jìn)行修改。如果使用中介者模式，只需關(guān)心和Mediator類的關(guān)系，具體類類之間的關(guān)系及調(diào)度交給Mediator就行，這有點(diǎn)像spring容器的作用。先看看圖：
User類統(tǒng)一接口，User1和User2分別是不同的對(duì)象，二者之間有關(guān)聯(lián)，如果不采用中介者模式，則需要二者相互持有引用，這樣二者的耦合度很高，為了解耦，引入了Mediator類，提供統(tǒng)一接口，
MyMediator為其實(shí)現(xiàn)類，里面持有User1和User2的實(shí)例，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)User1和User2的控制。這樣User1和User2兩個(gè)對(duì)象相互獨(dú)立，他們只需要保持好和Mediator之間的關(guān)系就行，剩下的全由MyMediator類來(lái)維護(hù)！基本實(shí)現(xiàn)：
public interface Mediator {
public void createMediator();
public void workAll();
}
public class MyMediator implements Mediator {
private User user1;
private User user2;
public User getUser1() {
return user1;
}
public User getUser2() {
return user2;
}
@Override
public void createMediator() {
user1 = new User1(this);
user2 = new User2(this);
}
@Override
public void workAll() {
user1.work();
user2.work();
}
}
public abstract class User {
private Mediator mediator;
public Mediator getMediator(){
return mediator;
}
public User(Mediator mediator) {
this.mediator = mediator;
}
public abstract void work();
}
public class User1 extends User {
public User1(Mediator mediator){
super(mediator);
}
@Override
public void work() {
System.out.println("user1 exe!");
}
}
[java] view plaincopy
public class User2 extends User {
public User2(Mediator mediator){
super(mediator);
}
@Override
public void work() {
System.out.println("user2 exe!");
}
}
測(cè)試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Mediator mediator = new MyMediator();
mediator.createMediator();
mediator.workAll();
}
}
輸出：
user1 exe!
user2 exe!
23、解釋器模式（Interpreter）
解釋器模式是我們暫時(shí)的最后一講，一般主要應(yīng)用在OOP開(kāi)發(fā)中的編譯器的開(kāi)發(fā)中，所以適用面比較窄。
Context類是一個(gè)上下文環(huán)境類，Plus和Minus分別是用來(lái)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，代碼如下：
public interface Expression {
public int interpret(Context context);
}
public class Plus implements Expression {
@Override
public int interpret(Context context) {
return context.getNum1()+context.getNum2();
}
}
public class Minus implements Expression {
@Override
public int interpret(Context context) {
return context.getNum1()-context.getNum2();
}
}
public class Context {
private int num1;
private int num2;
public Context(int num1, int num2) {
this.num1 = num1;
this.num2 = num2;
}
public int getNum1() {
return num1;
}
public void setNum1(int num1) {
this.num1 = num1;
}
public int getNum2() {
return num2;
}
public void setNum2(int num2) {
this.num2 = num2;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 計(jì)算9+2-8的值
int result = new Minus().interpret((new Context(new Plus()
.interpret(new Context(9, 2)), 8)));
System.out.println(result);
}
}
最后輸出正確的結(jié)果：3。
基本就這樣，解釋器模式用來(lái)做各種各樣的解釋器，如正則表達(dá)式等的解釋器等等！
設(shè)計(jì)模式基本就這么大概講完了，總體感覺(jué)有點(diǎn)簡(jiǎn)略，的確，這么點(diǎn)兒篇幅，不足以對(duì)整個(gè)23種設(shè)計(jì)模式做全面的闡述，此處讀者可將它作為一個(gè)理論基礎(chǔ)去學(xué)習(xí)，通過(guò)這四篇博文，先基本有個(gè)概念，雖然我講的有些簡(jiǎn)單，但基本都能說(shuō)明問(wèn)題及他們的特點(diǎn)，如果對(duì)哪一個(gè)感興趣，可以繼續(xù)深入研究！同時(shí)我也會(huì)不斷更新，盡量補(bǔ)全遺漏、修正不足，歡迎廣大讀者及時(shí)提出好的建議，我們一起學(xué)習(xí)！項(xiàng)目中涉及到的代碼，已經(jīng)放到了我的資源里：http://download.csdn.net/detail/zhangerqing/4835830（因?yàn)槲也幌矚g不勞而獲，所以沒(méi)有免積分，只設(shè)置了5個(gè)，如果有人實(shí)在沒(méi)積分又急要，那么聯(lián)系我吧，我給你發(fā)過(guò)去）。
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