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Java程序员不得不知道的一些设计模式

满载星辉 2024-10-12 12:01:03

简介Java程序员不得不知道的一些设计模式

1、什么是设计模式

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。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。一些简单的设计模式略过，如常量接口模式、标识类型模式。以下，将从最简单的设计模式开始讲起：

2、单例模式 Singleton

单例模式是指一个类只能拥有唯一的实例。为了保证这一点，我们必须要限制类的创建。即某个单例类，只可以实例化一次。那怎么才可以做到呢？实现思路如下：

给需要单例的类声明私有的构造方法。这样就限制了其他类对此类的随意创建。在单例类内部，声明自己的静态成员变量，且实例化自己。由在当前类中，是可以访问自己的所有私有成员及方法的，所以，即使构造方法为私有也可以成功创建对象。一般情况下，再提供一个静态方法以返回创建的喻一对象。一般情况下，我们将此方法取名为newInstace,getInstance等，不过这并不是硬性的规定。示例代码如下：

public class SingletonDemo {
 //私有化构造方法
 private SingletonDemo(){}
 //声明静态私有成员变量
 private static SingletonDemo demo;
 //提供静态工厂方法
 public static SingletonDemo getInstance(){
  if(demo==null){
   demo = new SingletonDemo();
  }
  return demo;
 }
}

4、多例模式 Multition

既然有单例，就会有多例。多例是指限定一个类的只能创建N（具体数量）个的设计模式。如以下性别类，就只能创建两个实例。实现思路是在本类中声明多个类的实例，并提供静态方法返回不同的实例即可：

第一种实现：

public class Gender {
 private String sex;
 private Gender(String sex){
  this.sex = sex;
 }
 //男性
 private static Gender MALE;
 //女性
 private static Gender FEMALE;
 public static Gender getMale(){
  if(MALE==null){
   MALE = new Gender("男");
  }
  return MALE;
 }
 public static Gender getFemale(){
  if(FEMALE==null){
   FEMALE = new Gender("女");
  }
  return FEMALE;
 }
}

第二种实现：

public class Gender {
 private String sex;
 private Gender(String sex){
  this.sex = sex;
 }
 //男性
 private static Gender MALE;
 //女性
 private static Gender FEMALE;
 static{//静态代码块中初始化
  MALE = new Gender("男");
  FEMALE = new Gender("女");
 }
 public static Gender getMale(){
  return MALE;
 }
 public static Gender getFemale(){
  return FEMALE;
 }
}

第三种实现：直接使用枚举

public enum Gender{
 MALE("男"),FEMALE("女");
 private String sex;
 private Gender(String sex){
  this.sex=sex;
 }
 @Override
 public String toString() {
  return sex;
 }
}

5、工厂方法模式Factory Method

工厂方法指在一个类内部，提供一个静态方法，返回自己的实例或是其他类的实例。具体是返回自己的实例，还是返回其他类的实例，这个要看具体业务的需求。我们的数据连接池返回的就是其他对象的实例：

public class FactoryDemo{
 private static Connection con;
 static{
 //在此连接数据库
 con = DriverManager.getConnection(…);
}
//提供一个静态工厂方法
public static Connection getConn(){
 return con;
}
}

6、适配置器模式 Adapter

一个接口，往往定义很多方法，但实现此接口的类，可能只需要几个方法。那么那些多余的方法，占据了我们大量的代码，将失去意义。那怎么才可以即省去一些无用的方法，又实现此接口呢？这就是适配置器模式。 Awt开发中的Listener大量使用了此模式。如WindowListener和WindowAdapter。请见上面两个类（WindowListener和WindowAdapter）的源代码。

7、装饰器设计模式(Decorator)也叫包装设计模式(Wrapper)

如果一个类，即是某个类的子类，又拥有某个类的一个成员变量，则被叫做包装模式。如：

public Interface IA{}  //定义一个接口
public class B implements IA{  //首先B是IA的子类
 private IA ia;     //然后B拥有一个IA的成员变量。
}

使用装饰器或是包装模式一般是为了增强类的功能。如增强某个方法等。

8、代理模式 Proxy

代理模式的定义：对其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。在某些情况下，一个对象不想或者不能直接引用另一个对象，而代理对象可以在客户端和目标对象之间起到中介的作用。假设有一个Italk接口，有空的方法talk（）（说话），所有的people对象都实现（implements）这个接口，实现talk（）方法，前端有很多地方都将people实例化，执行talk方法，后来发现这些前端里有一些除了要说话以外还要唱歌（sing），那么我们既不能在Italk接口里增加sing()方法，又不能在每个前端都增加sing方法，我们只有增加一个代理类talkProxy，这个代理类里实现talk和sing方法，然后在需要sing方法的客户端调用代理类即可，代码如下：

//定义接口
interface ITalk {
 public void talk(String msg);
}
//定义一个代理，接收ITalk,并增加一个方法sing
class TalkProxy implements ITalk{
 private ITalk talker;
 private String music;
 public TalkProxy(ITalk talker,String music){
  this.talker=talker;
  this.music = music;
 }
 
 @Override
 public void talk(String msg) {
  talker.talk(msg);
  sing();
 }
 //再多定义一个唱歌方法
 private void sing(){
  System.err.println("正在唱:"+music);
 }
}
//接口的一个实现类
class Tom implements ITalk{
 public void talk(String msg) {
  System.err.println("正在说话："+msg);
 }
}
//测试调用
public class ProxyDemo{
 public static void main(String[] args) {
  TalkProxy proxy = new TalkProxy(new Tom(),"十里香");
  proxy.talk("Hello");
 }
}

9、动态代理 Dync Proxy

在JDK中，Proxy类和InvocationHandler可以在不添加任何代码的情况下增强某个方法：

package cn.arcstack.pattern;
import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
//测试代码
public class DyncProxyDemo {
 public static void main(String[] args) {
  List list =(List) MyProxy.getProxy(new ArrayList());
  list.add("Hello");
 }
}
//书写代理类
class MyProxy implements InvocationHandler{
 //声明被代理之前的对象
 private Object src;
 //私有构造方法
 private MyProxy(Object src){
  this.src=src;
 }
 //提供一个静态方法以返回被代理以后的对象
 public static Object getProxy(Object src){
  Object dest = null;//被代理以后的对象
  try{
   //处理代理的核心代码
   dest = Proxy.newProxyInstance(MyProxy.class.getClassLoader(),
      src.getClass().getInterfaces(),
      new MyProxy(src));
  }catch(Exception e){
   throw new RuntimeException(e.getMessage(),e);
  }
  return dest;
 }
 //拦截方法
 public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)
   throws Throwable {
  System.err.println("正直执行方法:"+method.getName());
  Object oo = method.invoke(src, args);
  return oo;
 }
 
}

10、观察者模式Observer

观察者模式又叫做发布订阅模式。在此种模式中，一个目标物件管理所有相依于它的观察者物件，并且在它本身的状态改变时主动发出通知。这通常透过呼叫各观察者所提供的方法来实现。此种模式通常被用来实作事件处理系统。如Awt中的监听器Listener都是采用了种模式。在此种模式下，观察者只是一个接口，即定义一个规范，具体的实现应该是客户端完成。就像Swing中的注册一个监听器一样如：

JFrame frame = new Jframe();//声明被观察，被监听者对象
frame.addWindowListener(new WindowListener(){…});//添加一个实现WindowListener的观察者
frame.setVisible(true); //执行一些后续的操作，只要注册了观察者，就会被观察者所监听到

示例代码如下：

public class ObserverDemo {
 public static void main(String[] args) {
  //杰克逊对象
  Singer jackson = new Singer();
  //注册观察者
  jackson.addListener(new SingListener() {
   public void listener(Singer singer) {
    System.err.println("监听到了手的正在唱歌。。。。");
   }
  });
  //唱歌
  jackson.sing();
 }
}
//设置一个监听器接口-监听谁在唱歌
interface SingListener{
 public void listener(Singer singer);
}
//一个可能的被监听者
class Singer{
 //声明观察者
 private SingListener listener;
 public void addListener(SingListener sl){
  this.listener=sl;
 }
 public void sing(){
  //判断是否有观察者
  if(this.listener!=null){
   this.listener.listener(this);
  }
  System.err.println("歌手正在唱歌");
 }
}

给观察者添加一个观察事件对象，SingEvent,以便于解藕：完整的示例代码如下：

package cn.arcstack.pattern;
//测试代码
public class ObserverDemo {
 public static void main(String[] args) {
  Singer jackson = new Singer();
  jackson.addListener(new SingListener() {
   public void listener(SingEvent event) {
    System.err.println("歌手是:"+event.getSource());
   }
  });
  jackson.sing();
 }
}
//设置一个监听器接口-监听谁在唱歌
interface SingListener{
 public void listener(SingEvent event);
}
//设计一个事件对象
class SingEvent{
 //接收事件对象，即被观察者
 private Object source;
 public SingEvent(Object source){
  this.source=source;
 }
 public Object getSource() {
  return source;
 }
}
//一个可能的被监听者
class Singer{
 //声明观察者
 private SingListener listener;
 public void addListener(SingListener sl){
  this.listener=sl;
 }
 public void sing(){
  //判断是否有观察者
  if(this.listener!=null){
   this.listener.listener(new SingEvent(this));
  }
  System.err.println("歌手正在唱歌"+this);
 }
}

11、策略模式Strategy

策略模式定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，而且使它们还可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而独立变化。策略模式的组成－抽象策略角色：策略类，通常由一个接口或者抽象类实现。　　－具体策略角色：包装了相关的算法和行为。－环境角色：持有一个策略类的引用，最终给客户端调用。

package cn.arcstack.pattern;
/**
 * 策略模式
 */
public class StrategyDemo {
 public static void main(String[] args) {
  Context ctx = new Context(new JavaProgrammer());
  ctx.doSth();
 }
}
//设计一个公共的接口
interface IStrategy{
 public void doSth();
}
//分别书写多个实现类，有不同的实现策略
class JavaProgrammer implements IStrategy{
 public void doSth() {
  System.err.println("写Java代码");
 }
}
class PhpProgrammer implements IStrategy{
 public void doSth() {
  System.err.println("写PHP代码");
 }
}
//实现策略类
class Context{
 private IStrategy strategy;
 public Context(IStrategy strategy){
  this.strategy = strategy;
 }
 //具体调用
 public void doSth(){
  this.strategy.doSth();
 }

12、门面设计模式

门面设计模式的结构：

没有门面设计模式的调用方法：

有了门面设计模式的类框架图如下：即由原来的客户端一一调用每一个系统，修改成一使用一个统一中调用：

具体实现代码略。

13、命令模式Command

在软件系统中，“行为请求者”与“行为实现者”通常呈现一种“紧耦合”。但在某些场合，比如要对行为进行“记录、撤销/重做、事务”等处理，这种无法抵御变化的紧耦合是不合适的。在这种情况下，如何将“行为请求者”与“行为实现者”解耦？将一组行为抽象为对象，实现二者之间的松耦合。这就是命令模式（Command Pattern）

示例代码如下：

package cn.arcstack.pattern;
public class CommandDemo {
 public static void main(String[] args) {
  //命令的接收者只有一个
  Receiver receiver = new Receiver();
  //定义命令的执行者
  Invoker invoker = new Invoker();
  //通过Command类具体通知命令的接收者做什么工作
  invoker.setCommand(new CommandA(receiver));
  invoker.execute();
  //再设置第二个命令
  invoker.setCommand(new CommandB(receiver));
  invoker.execute();
 }
}
//定义命令
abstract class Command{
 //定义接收命令对象
 protected Receiver receiver;
 public Command(Receiver rec){
  this.receiver=rec;
 }
 public abstract void execute();
}
//指定接收者的工作
class Receiver{
 public void actionA(){
  System.err.println("做第一件事");
 }
 public void actionB(){
  System.err.println("做第二件事");
 }
}
//执行者
class Invoker{
 //接收一个命令
 private Command command;
 public void setCommand(Command cmd){
  this.command = cmd;
 }
 //执行命令
 public void execute(){
  command.execute();
 }
}
//定义两个具体的命令
class CommandA extends Command{
 public CommandA(Receiver rec) {
  super(rec);
 }
 @Override
 public void execute() {
  this.receiver.actionA();
 }
}
//定义两个具体的命令
class CommandB extends Command{
 public CommandB(Receiver rec) {
  super(rec);
 }
 @Override
 public void execute() {
  this.receiver.actionB();
 }
}

14、原型模式Prototype

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。 Prototype原型模式是一种创建型设计模式，Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。它主要面对的问题是：“某些结构复杂的对象”的创建工作；由于需求的变化，这些对象经常面临着剧烈的变化，但是他们却拥有比较稳定一致的接口。　　如何使用? 　　因为Java中的提供clone()方法来实现对象的克隆，所以Prototype模式实现一下子变得很简单。代码略。

15、亨元模式flyweight

可以理解成为轻量级模式,是一种软件设计模式。面向对象的思想很好地解决了抽象性的问题，一般也不会出现性能上的问题。但是在某些情况下，对象的数量可能会太多，从而导致了运行时的代价。那么我们如何去避免大量细粒度的对象，同时又不影响客户程序使用面向对象的方式进行操作？见下面的代码： //使用Integer对象的示例 Integer b1 = 100; Integer b2 = 100; System.err.println(b1==b2); //true //由于大量细粒度的对象出现在128以下，所以，下现的值为false Integer b3 = 128; Integer b4 = 128; System.err.println(b3==b4); //false