23种设计模式
chengrile 2019-06-27
- 23种设计模式总体来说分为三大类
- 创建型模式(5种)：工厂方法、抽象工厂、单例、建造者、原型。
- 结构型模式(7种）：适配器、装饰器、代理、外观、桥接、组合、享元。
- 行为型模式（11种）：策略、模板方法、观察者、迭代子、责任链、命令、备忘录、状态、访问者、中介者、解释器。
- 其实还有两类：并发型和线程池。
六大原则
总原则：开闭原则(使程序扩展性好、易于维护、升级)
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，而是要扩展原有代码，实现一个热插拔的效果。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类等。
- 单一职责：每个类应该实现单一的职责，如若不然，就应该把类拆分。
- 里氏替换原则：基类出现的地方，子类一定可以出现。
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。
子类对父类的方法尽量不要重写和重载。因为父类代表了定义好的结构，通过这个规范的接口与外界交互，子类不应该随便破坏它。 - 依赖倒转原则
这个是开闭原则的基础，具体内容：面向接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。写代码时用到具体类时，不与具体类交互，而与具体类的上层接口交互。 - 接口隔离原则
这个原则的意思是：每个接口中不存在子类用不到却必须实现的方法，如果不然，就要将接口拆分。使用多个隔离的接口，比使用单个接口（多个接口方法集合到一个的接口）要好。 - 迪米特法则（最少知道原则）
就是说：一个类对自己依赖的类知道的越少越好。也就是说无论被依赖的类多么复杂，都应该将逻辑封装在方法的内部，通过 public 方法提供给外部。这样当被依赖的类变化时，才能最小的影响该类。
最少知道原则的另一个表达方式是：只与直接的朋友通信。类之间只要有耦合关系，就叫朋友关系。耦合分为依赖、关联、聚合、组合等。我们称出现为成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接朋友。局部变量、临时变量则不是直接的朋友。我们要求陌生的类不要作为局部变量出现在类中。 - 合成复用原则：尽量首先使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。
创建型模式(5种)
这里主要介绍创建型模式(5种)：工厂方法、抽象工厂、单例、建造者、原型。
简单工厂模式（不属于23种设计模式的）
简单工厂模式分为3种：普通、多个方法、多个静态方法
创建1个接口、2个实现类：
public interface Sender {
void send();
}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!");
}
}创建工厂类：
普通模式：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
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("请输入正确的类型！"); return null; } } }测试类
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produce("sms"); sender.send(); } }
缺点：如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象
多个方法模式
public class SendFactory { public Sender produceMail(){ return new MailSender(); } public Sender produceSms(){ return new SmsSender(); } }测试类
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produceMail(); sender.send(); } }
多个静态方法：方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可
public class SendFactory { public static Sender produceMail(){ return new MailSender(); } public static Sender produceSms(){ return new SmsSender(); } }测试类
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { Sender sender = SendFactory.produceMail(); sender.send(); } }缺点：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。
一、工厂方法模式
创建一个工厂接口和创建多个工厂实现类，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。
创建1个接口、2个实现类
public interface Sender {
void send();
}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 smssender!");
}
}创建1个工厂接口、2个工厂实现类
public interface Provider {
Sender produce();
}public class SendMailFactory implements Provider {
@Override
public Sender produce() {
return new MailSender();
}
}public class SendSmsFactory implements Provider {
@Override
public Sender produce() {
return new SmsSender();
}
}测试类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Provider provider = new SendMailFactory();
Sender sender = provider.produce();
sender.send();
}
}
如果想增加一个功能，则只需做一个实现类，实现 Sender 接口，同时做一个工厂类，实现 Provider 接口，就 OK 了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！
二、抽象工厂模式
工厂方法模式和抽象工厂模式的区别如下：
工厂方法模式：
- 1个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。
- 1个抽象工厂类可以派生出多个具体工厂类。1个具体工厂类只能创建1个具体产品类的实例。
抽象工厂模式：
- 多个抽象产品类，1个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。
- 1个抽象工厂类可以派生出多个具体工厂类。1个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例，也就是创建的是一个产品线下的多个产品。
对于 java 来说，你能见到的大部分抽象工厂模式都是这样的：
---它的里面是一堆工厂方法，每个工厂方法返回某种类型的对象。
比如说工厂可以生产鼠标和键盘。那么抽象工厂的实现类（它的某个具体子类）的对象都可以生产鼠标和键盘，但可能工厂 A 生产的是罗技的键盘和鼠标，工厂 B 是微软的。
用了工厂方法模式，你替换生成键盘的工厂方法，就可以把键盘从罗技换到微软。但是用了抽象工厂模式，你只要换家工厂，就可以同时替换鼠标和键盘一套。如果你要的产品有几十个，当然用抽象工厂模式一次替换全部最方便（这个工厂会替你用相应的工厂方法）所以说抽象工厂就像工厂，而工厂方法则像是工厂的一种产品生产线
三、单例模式（Singleton）
单例对象能保证在一个 JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：
1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。
2、省去了 new 操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻 GC 压力。
3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。
简单的单例类（单线程）：
只能在单线程中用，不能用于多线程。public class Singleton { /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为 null，目的是实现延迟加载 */ private static Singleton instance = null; /* 私有构造方法，防止被实例化 */ private Singleton() { } /* 静态工程方法，创建实例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null){ instance = new Singleton(); } return instance; } /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve(){ return instance; } }同步方法，对getInstance方法加synchronized关键字
/* 静态工程方法，创建实例 */ public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null){ instance = new Singleton(); } return instance; }但是，synchronized 关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：
同步代码块：/* 静态工程方法，创建实例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null){ synchronized (instance){ if(instance == null){ instance = new Singleton(); } } } return instance; }在 Java 指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说 instance = new Singleton();语句是分两步执行的，可能会先为Singleton实例分配空间，再赋值给instance，最后初始化Singleton实例。
A、B 两个线程为例：- A、B 线程同时进入了第一个 if 判断
- A首先进入 synchronized 块，由于 instance 为 null，所以它执行 instance = new Singleton();
- 由于 JVM 内部的优化机制，JVM 先画出了一些分配给 Singleton 实例的空白内存，并赋值给 instance 成员（注意此时 JVM 没有开始初始化这个实例），然后 A 离开了 synchronized块。
- B进入 synchronized 块，由于 instance 此时不是 null，因此它马上离开了 synchronized 块并将结果返回给调用该方法的程序。
- 此时 B 线程打算使用 Singleton 实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
上面这些话可以理解为A线程从同步代码块出来后，JVM没有初始化Singleton实例，B线程调用instance时发现Singleton没有初始化。
多线程单例
使用内部类来维护单例的实现，JVM 内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用 getInstance 的时候，JVM 能够帮我们保证 instance 只被创建一次，并且会保证把赋值给 instance 的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。public class Singleton { /* 私有构造方法，防止被实例化 */ private Singleton() { } /* 此处使用一个内部类来维护单例 */ private static class SingletonFactory{ private static Singleton instance = new Singleton(); } /* 获取实例 */ public static Singleton getInstance(){ return SingletonFactory.instance; } /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve(){ return getInstance(); } }将创建和赋值分开，单独为创建类加静态同步方法
因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建加 synchronized 关键字，也是可以的public class SingletonTest { private static SingletonTest instance = null; public SingletonTest() { } private static synchronized void syncInit(){ if(instance == null){ instance = new SingletonTest(); } } public static SingletonTest getInstance() { if (instance == null){ syncInit(); } return instance; } }补充：用 采用" 影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新
public class SingletonTest { private static SingletonTest instance = null; private Vector properties = null; public Vector getProperties() { return properties; } public 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(); } }类和静态方法与静态类区别：
- 静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有 static 修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）
- 单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。
- 单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是 static，无法被覆写。
四、建造者模式（Builder）
五、原型模式（Prototype）
将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的新对象
浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。
深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。
一个原型类，只需要实现 Cloneable 接口，覆写 clone 方法，此处 clone 方法可以改成任意的名称，因为 Cloneable 接口是个空接口，你可以任意定义实现类的方法名，如 cloneA或者cloneB，因为此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法，而在 Object 类中，clone()是 native 的。这里写一个深浅复制的例子
public class Prototype implements Cloneable, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String string;
private SerializableObject obj;
/*浅复制*/
public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
Prototype proto = (Prototype)super.clone();
return proto;
}
/*深复制*/
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
/* 写入当前对象的二进制流 */
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
/* 读出二进制流产生的新对象 */
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;
} 