JAVA基础再回首(二十六)——面向对象思想设计原则、设计模式、简单工厂模式、工厂方法模式、单例设计模式之饿汉式和懒汉式、Runtime类

时间:2022-10-02 16:53:23

JAVA基础再回首(二十六)——面向对象思想设计原则、设计模式、简单工厂模式、工厂方法模式、单例设计模式之饿汉式和懒汉式、Runtime类

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这篇我们来学习面向对象思想设计原则及常见的设计模式

面向对象思想设计原则

在实际的开发中,我们要想更深入的了解面向对象思想,就必须熟悉前人总结过的面向对象的思想的设计原则,那么都有哪些原则呢,我们就来了解一下

  • 单一职责原则
    • 其实就是开发人员经常说的”高内聚,低耦合”
  • 开闭原则
    • 核心思想是:一个对象对扩展开放,对修改关闭。其实开闭原则的意思就是:对类的改动是通过增加代码进行的,而不是修改现有代码。
  • 里氏替换原则
    • 核心思想:在任何父类出现的地方都可以用它的子类来替代。其实就是说:同一个继承体系中的对象应该有共同的行为特征。
  • 依赖注入原则
    • 核心思想:要依赖于抽象,不要依赖于具体实现。
  • 接口分离原则
    • 核心思想:不应该强迫程序依赖它们不需要使用的方法。
  • 迪米特原则
    • 核心思想:一个对象应当对其他对象尽可能少的了解
      这些原则呢,我们在平时开发中可以用到,做一些大一点的项目,就要考虑用到这些思想,下面,我简单的介绍一下这些原则的核心思想,大家做以了解,如果要将这些原则运用到自己项目中,还要自己更加深入的学习、理解、运用。

设计模式

设计模式在我们开发中还是经常用到的,那么,下面我们来学习一下

  • 设计模式概述

    • 设计模式(Design pattern)是一套被反复使用、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可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。
    • 设计模式不是一种方法和技术,而是一种思想
    • 设计模式和具体的语言无关,学习设计模式就是要建立面向对象的思想,尽可能的面向接口编程,低耦合,高内聚,使设计的程序可复用
    • 学习设计模式能够促进对面向对象思想的理解,反之亦然。它们相辅相成
  • 设计模式的几个要素:

    • 名字 必须有一个简单,有意义的名字
    • 问题 描述在何时使用模式
    • 解决方案 描述设计的组成部分以及如何解决问题
    • 效果 描述模式的效果以及优缺点
  • 设计模式的分类

    • 创建型模式 对象的创建
    • 结构型模式 对象的组成(结构)
    • 行为型模式 对象的行为

    创建型模式:简单工厂模式,工厂方法模式,抽象工厂模式,建造者模式,原型模式,单例模式。(6个)
    结构型模式:外观模式、适配器模式、代理模式、装饰模式、桥接模式、组合模式、享元模式。(7个)
    行为型模式:模版方法模式、观察者模式、状态模式、职责链模式、命令模式、访问者模式、策略模式、备忘录模式、迭代器模式、解释器模式。(10个)

设计模式的分类虽然很多,但是我们平时能用到的也就下面几种而已,所以不要被它这么多模式所吓倒。

  • 常见的设计模式
    • 简单工厂模式和工厂方法模式(接口)
    • 模版设计模式(抽象类)
    • 装饰设计模式(IO流)
    • 单例设计模式(多线程)
    • 适配器模式(GUI)
      下面我们就来学习我们常用的几种设计模式,让大家掌握,熟悉,并运用到自己的项目中,学会学以致用。

简单工厂模式

  • 简单工厂模式概述
    • 又叫静态工厂方法模式,它定义一个具体的工厂类负责创建一些类的实例
      我们来写一个简单的例子来解释简单工厂模式
/*
* 抽象的动物类,里面有抽象的方法
*/

public abstract class Animal {
public abstract void eat();
}

/*
* 具体的动物猫继承抽象动物类,重写抽象方法
*/

public class Cat extends Animal {

@Override
public void eat() {
System.out.println("猫吃鱼");
}
}

/*
* 具体的动物狗继承抽象动物类,重写抽象方法
*/

public class Dog extends Animal {

@Override
public void eat() {
System.out.println("狗吃肉");
}
}

/*
* 动物工厂类,可以造猫和狗
*/

public class AnimalFactory {

private AnimalFactory() {
}
public static Animal createAnimal(String type) {
if ("dog".equals(type)) {
return new Dog();
} else if ("cat".equals(type)) {
return new Cat();
} else {
return null;
}
}
}

/*
* 测试类
*/

public class AnimalDemo {
public static void main(String[] args) {

// 工厂有了后,通过工厂给造
Animal a = AnimalFactory.createAnimal("dog");
a.eat();
a = AnimalFactory.createAnimal("cat");
a.eat();

// NullPointerException
a = AnimalFactory.createAnimal("pig");
if (a != null) {
a.eat();
} else {
System.out.println("对不起,暂时不提供这种动物");
}
}
}

运行程序控制台输出JAVA基础再回首(二十六)——面向对象思想设计原则、设计模式、简单工厂模式、工厂方法模式、单例设计模式之饿汉式和懒汉式、Runtime类

以前我们在学代码的时候,不会去创建这个动物的工厂类,而是直接具体类的调用,比如:
        Dog d = new Dog();
d.eat();
Cat c = new Cat();
c.eat();
现在我们运用了简单工厂模式后,就不用每次用的时候去new对象,而是直接去调用这个工厂类里面的具体方法,它会给我们返回一个已经new好的对象。那么这样做有什么有缺点呢,我们来总结一下。
  • 优点
    • 客户端不需要在负责对象的创建,从而明确了各个类的职责
  • 缺点
    • 这个静态工厂类负责所有对象的创建,如果有新的对象增加,或者某些对象的创建方式不同,就需要不断的修改工厂类,不利于后期的维护
      当我们要用一个模式时,当这个模式的优点大于缺点的时候,我们就可以使用了,但是在简单工厂模式中我们可以看到它的缺点,当我们有新的对象增加时,就要不断的修改工厂类,所以不推荐大家用简单工厂模式,那么我们要用什么呢,这就引出了我们要学的下一个知识点工厂方法模式

工厂方法模式

  • 工厂方法模式概述
    • 工厂方法模式中抽象工厂类负责定义创建对象的接口,具体对象的创建工作由继承抽象工厂的具体类实现。
      我们就来用工厂方法模式对上面的那个例子进行改进
/*
* 抽象的动物类,里面有抽象的方法
*/

public abstract class Animal {
public abstract void eat();
}

/*
* 工厂类接口,里面有抽象的创造动物的方法
*/

public interface Factory {
public abstract Animal createAnimal();
}

/*
* 具体的猫类继承抽象动物类,重写抽象方法
*/

public class Cat extends Animal {
@Override
public void eat() {
System.out.println("猫吃鱼");
}
}

/*
* 猫工厂类实现工厂类并实现它的抽象方法,返回一个猫对象
*/

public class CatFactory implements Factory {

@Override
public Animal createAnimal() {
return new Cat();
}
}

/*
* 具体的狗类继承抽象动物类,重写抽象方法
*/

public class Dog extends Animal {

@Override
public void eat() {
System.out.println("狗吃肉");
}
}

/*
* 狗工厂类实现工厂类并实现它的抽象方法,返回一个狗对象
*/

public class DogFactory implements Factory {

@Override
public Animal createAnimal() {
return new Dog();
}
}

/*
* 测试类
*/

public class AnimalDemo {
public static void main(String[] args) {
// 需求:我要买只狗
Factory f = new DogFactory();
Animal a = f.createAnimal();
a.eat();

//需求:我要买只猫
f = new CatFactory();
a = f.createAnimal();
a.eat();
}
}

运行程序,控制台会输出,狗吃肉 猫吃鱼

我们仔细观察用工厂方法模式比比简单工厂模式多了几个类,但是当我们在需要一种动物猪时,我们就不用去修改工厂类里面的代码了,只需用创建一个猪类继承抽象动物类,重写抽象方法,再创建一个猪的工厂类实现工厂类并实现它的抽象方法,就可以了。代码具有很强的维护性和扩展性,那么我们来分析一下工厂方法模式的优缺点。

  • 优点
    • 客户端不需要在负责对象的创建,从而明确了各个类的职责,如果有新的对象增加,只需要增加一个具体的类和具体的工厂类即可,不影响已有的代码,后期维护容易,增强了系统的扩展性
  • 缺点
    • 需要额外的编写代码,增加了工作量
      我们可以看到工厂方法模式的优点明显大于缺点,所以推荐大家使用。

单例设计模式

  • 单例设计模式概述
    • 单例模式就是要确保类在内存中只有一个对象,该实例必须自动创建,并且对外提供。

如何实现类在内存中只有一个对象呢?

  • 构造私有
  • 本身提供一个对象
  • 通过公共的方法让外界访问

那么我们就来学习单例模式中饿汉式懒汉式 这两种模式,并做以比较

饿汉式

饿汉式:类一加载就创建对象

public class Student {
// 构造私有
private Student() {
}

// 自己造一个对象
// 静态方法只能访问静态成员变量,加静态
// 为了不让外界直接访问修改这个值,加private
private static Student s = new Student();

// 提供公共的访问方式
// 为了保证外界能够直接使用该方法,加静态
public static Student getStudent() {
return s;
}
}

public class StudentDemo {
public static void main(String[] args) {

// 通过单例得到对象
Student s1 = Student.getStudent();
Student s2 = Student.getStudent();
System.out.println(s1 == s2); //true


}
}

运行程序,控制台会输出true,说明我们用单例模式的饿汉式确保类在内存中只有一个对象,他的特点就是类一加载就创建对象,可以在代码中Student类中体现到。那么我们怎样才能在用这个对象的时候才去创建它呢,我们就要来看下懒汉式了。

懒汉式

懒汉式:用对象的时候,才去创建对象

public class Teacher {
private Teacher() {
}

private static Teacher t = null;

public static Teacher getTeacher() {
if (t == null) {
t = new Teacher();//当我们去用这个对象的时候才去创建它
}
return t;
}
}

public class TeacherDemo {
public static void main(String[] args) {

Teacher t1 = Teacher.getTeacher();
Teacher t2 = Teacher.getTeacher();
System.out.println(t1 == t2); //true

}
}

单例模式的饿汉式和懒汉式是不是很容易理解呢,那么我们什么时候用饿汉式什么时候用懒汉式呢?
我们就来总结一下

饿汉式懒汉式比较

饿汉式我们经常在开发中使用,因为饿汉式是不会出问题的单例模式
懒汉式我们在面试中回答用,因为懒汉式可能会出问题的单例模式。
面试主要面两个思想,分别是:

  • 懒加载思想(延迟加载)
  • 线程安全问题(就要考虑下面3个方面)
    • 是否多线程环境
    • b:是否有共享数据
    • c:是否有多条语句操作共享数据
      如果都是,就会存在线程的安全问题,我们上面的懒汉式代码是不完整的,应该给对象中的方法加上synchronized关键字,这样才算完整
public synchronized static Teacher getTeacher() {   
if (t == null) {
t = new Teacher();
}
return t;
}

Runtime类

我们在这里为什么要说Runtime类,因为它在java中的设计就是按照单例模式之饿汉式设计的,我们来看一段源码

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

我们来了解一下他的概述

  • 每个 Java 应用程序都有一个 Runtime 类实例,使应用程序能够与其运行的环境相连接。可以通过 getRuntime 方法获取当前运行时。
  • 应用程序不能创建自己的 Runtime 类实例。

  • Runtime类使用

    • public Process exec(String command)
      这个类是用来干什么的呢,它可以帮助我们运行DOS命令,比如打开记事本、计算器之类的电脑工具,当然也有更多的功能,我们来体验一下
public class RuntimeDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Runtime r = Runtime.getRuntime();

r.exec("notepad");

}
}

运行程序会帮我们打开记事本

 r.exec("calc");//换成calc,会帮我们打开计算机
r.exec("shutdown -s -t 1000");

这个命令会帮我们把电脑定时关机,上面的意思就是1000秒以后关机,我们来看运行后的效果图
JAVA基础再回首(二十六)——面向对象思想设计原则、设计模式、简单工厂模式、工厂方法模式、单例设计模式之饿汉式和懒汉式、Runtime类
那么怎么取消呢?

r.exec("shutdown -a");

哈哈,这样就取消了
JAVA基础再回首(二十六)——面向对象思想设计原则、设计模式、简单工厂模式、工厂方法模式、单例设计模式之饿汉式和懒汉式、Runtime类

下面我们来说说模版设计模式和装饰设计模式,这个大家作为了解,想要深入学习的话,可以在网上查阅相关的资料进行学习

模版设计模式

  • 模版设计模式概述
    • 模版方法模式就是定义一个算法的骨架,而将具体的算法延迟到子类中来实现
  • 优点
    • 使用模版方法模式,在定义算法骨架的同时,可以很灵活的实现具体的算法,满足用户灵活多变的需求
  • 缺点
    • 如果算法骨架有修改的话,则需要修改抽象类

我们可以在计算程序的运行时间中应用模版设计模式,在代码中我们只需用改变要计算的代码就可以了,把计算的时间设计成一个模版。

装饰设计模式

  • 装饰设计模式概述
    • 装饰模式就是使用被装饰类的一个子类的实例,在客户端将这个子类的实例交给装饰类。是继承的替代方案
  • 优点
    • 使用装饰模式,可以提供比继承更灵活的扩展对象的功能,它可以动态的添加对象的功能,并且可以随意的组合这些功能
  • 缺点
    • 正因为可以随意组合,所以就可能出现一些不合理的逻辑

在IO流中的装饰模式应用

BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
BufferedWriter bw = new BufferedWriter((new OutputStreamWriter(System.out)));

好了,我们设计模式就将这么多了,最后呢,我上传一本书《java与模式》有兴趣的你可以下载看看

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