java-23种设计模式概述

一、设计模式基本介绍（是什么、作用、优点）

1、软件设计模式是什么？

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式。

2、设计模式的作用

★ 提高代码的可复用性、可维护性、稳健性、安全性和可读性。

3、学习设计模式的意义

★ 设计模式的​​本质是面向对象设计原则的实际运用​​，是对类的​​封装性、继承性和多态性​​以及​​类的关联关系和组合关系​​的充分理解。

4、软件设计模式的最关键的4个基本要素:

模式名称、问题(描述了该模式的应用环境，即何时使用该模式。)、解决方案、效果。

5、使用设计模式优点:

（1）可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。
（2）使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期。
（3）使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

二、模式的分类和介绍

1、模式的分类：根据目的来，创建型模式、结构型模式、行为型模式

■ 创建型模式(5种，单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者)；

■ 结构型模式(7种，代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合)；

■ 行为型模式(11种，模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器)

2、模式的介绍

■ 创建型模式：描述了​​“怎样创建对象”​​，主要特点是​​“将对象的创建与使用分离”​​。

（1） ​​单例​​（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。

（2） ​​原型​​（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。

（3）​​工厂方法​​（Factory Method）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。

（4）​​抽象工厂​​（Abstract Factory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。

（5）​​建造者​​（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。

■ 结构型模式：描述了如何将类或对象按某种​​布局组成​​更大的结构。

（1）​​代理​​（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象(真实对象)，从而限制、增强或修改该对象的一些特性。

（2）​​适配器​​（Adapter）模式：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。

（3）​​桥接​​（Bridge）模式：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。

（4）​​装饰​​（Decorator）模式：动态的给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。

（5）​​外观​​（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。

（6）​​享元​​（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。

（7）​​组合​​（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。

■ 行为型模式：用于描述类或对象之间怎样​​相互协作​​共同完成单个对象都无法单独完成的任务，以及怎​​分配职责​​。

（1）​​模板方法​​（Template Method）模式：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。

（2）​​策略​​（Strategy）模式：定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的改变不会影响使用算法的客户。

（3）​​命令​​（Command）模式：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。

（4）​​职责链​​（Chain of Responsibility）模式：把请求从链中的一个对象传到下一个对象，直到请求被响应为止。通过这种方式去除对象之间的耦合。

（5）​​状态​​（State）模式：允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。

（6）​​观察者​​（Observer）模式：多个对象间存在一对多关系，当一个对象发生改变时，把这种改变通知给其他多个对象，从而影响其他对象的行为。

（7）​​中介者​​（Mediator）模式：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，降低系统中对象间的耦合度，使原有对象之间不必相互了解。

（8）​​迭代器​​（Iterator）模式：提供一种方法来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。

（9）​​访问者​​（Visitor）模式：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每个元素提供多种访问方式，即每个元素有多个访问者对象访问。

（10）​​备忘录​​（Memento）模式：在不破坏封装性的前提下，获取并保存一个对象的内部状态，以便以后恢复它。

（11）​​解释器​​（Interpreter）模式：提供如何定义语言的文法，以及对语言句子的解释方法，即解释器。

示例：

软件设计七大原则

1. 开闭原则
2. 依赖倒置原则
3. 单一职责原则
4. 接口隔离原则
5. 迪米特原则
6. 里氏替换法则
7. 合成复用法则

这里不一一详细介绍，有兴趣的可以深入研究一下各种原则的优点。

大部分都是为了提高代码的复用性和健壮性而提出的！！！

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GOF外的简单工厂模式

​ 通过标题可以看出，该模式是不在​​GOF 23种设计模式之中的​​。

定义

有一个冲对象决定创建出哪一种产品类的实例

类型

​ 创建型，但不属于​​GOF 23种设计模式​​。

使用场景

工厂类负责创建的对象比较少；

客户端（应用层）只知道传入工厂类的参数对于如何创建对象（逻辑）不关心。

优点

只需要传入一个正确的参数，就可以获取你所需要的对象，而无须知道其中创建的细节。

缺点

工厂类的职责相对过重，增加新的产品需要修改工厂的判断逻辑，违背了开闭原则。

Coding

​ 所有代码都在我的​​GitHub​​上

​​设计模式代码托管​​

第一种简单工厂方案

使用对字符串的比较来确定实体类的具体实现

/**
* v1：
* 简单的判断方式来进行初始化类
*/
public void videoFactory(String videoName) {
if ("java".equalsIgnoreCase(videoName)) {
new JavaVideo().production();
       } else if ("FE".equalsIgnoreCase(videoName)) {
new FEVideo().production();
       }else {
System.out.println("没有该课程啊");
        }
    }

简单工厂

第二种简单工厂方案

利用Java的反射机制，完成实体类的实现。此种方法更加的灵活，且完美的符合开闭原则。在后续功能的增加时，只需要添加相应的继承类就可以了，不需要对工厂类的调整。

/**
* v2：
* 利用反射机制替代判断来创建实体类。并且完美的解决了之后如果课程增加需要修改工厂类的麻烦。
*
* @param clazz
*/
public Video videoFactoryV2(Class clazz) {
Video video = null;
// 使用反射 创建实体类
try {
video = (Video) Class.forName(clazz.getName()).newInstance();
        } catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
        }
return video;
    }

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从源码种发现简单工厂模式

​ 在Java 源码中 ​​Calendar​​类中的​​getInstance（）​​方法

public static Calendar getInstance(TimeZone zone)
    {
return createCalendar(zone, 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;

// 这里用来判断语言，则使用上述简单工厂的第一种方法。
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 no known calendar type is explicitly specified,
// perform the traditional way to create a Calendar:
// create a BuddhistCalendar for th_TH locale,
// a JapaneseImperialCalendar for ja_JP_JP locale, or
// a GregorianCalendar for any other locales.
// NOTE: The language, country and variant strings are interned.
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;
    }

UML

这里可以看到 ​​Calendar​​是一个抽象类。

第二种使用反射机制的源码则是​​JAVA JDBC​​中驱动加载时应用到了简单工厂模式。

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")；

//加载驱动在mysqk 驱动类中又一个静态代码块（会在该类加载时执行该代码块） 
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
public Driver() throws SQLException {
    }

static {
try {
DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException var1) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
    }
}
// 如果不存在则注册！！！ addIfAbsent
public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver,
DriverAction da)
throws SQLException {

/* Register the driver if it has not already been added to our list */
if(driver != null) {
registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
        } else {
// This is for compatibility with the original DriverManager
throw new NullPointerException();
        }

println("registerDriver: " + driver);

    }