Java常用设计模式

　　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。项目中合理使用设计模式可以完美的解决很多问题，每种设计模式在现在中都有响应的原理来与之对应。在某些场景下，设计模式就是针对某类问题的某种通用方案。

一、设计模式简介

设计模式分为三个类别：

• 创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式用于解耦对象实例化的过程
• 结构性模式：把类或对象结合在一起形成一个更大的结构
• 行为型模式：类和对象如何交互，及划分责任和算法

创建型模式关键点：

• 单例模式：某个类只能有一个实例，提供一个全局的访问点
• 简单工厂：一个工厂类根据传入的参量决定创建出哪一种产品类的实例
• 工厂方法：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类
• 抽象工厂：创建相关或依赖对象的家族，而无需明确指定具体类
• 建造者模式：封装一个复杂对象的构建过程，并可以按步骤构造
• 原型模式：通过复制现有的实例来创建新的实例

结构性模式关键点：

• 适配器模式：将一个类的方法接口转换成客户希望的另外一个接口
• 组合模式：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构
• 装饰模式：动态的给对象添加新的功能
• 代理模式：为其他对象提供一个代理以便控制这个对象的访问
• 亨元模式：通过共享技术来有效的支持大量细粒度的对象
• 外观模式：对外提供一个统一的方法，来访问子系统中的一群接口
• 桥接模式：将对象部分和它的实现部分分离，使它们都可以独立的变化

行为性模式关键点：

• 模板模式：定义一个算法结构，而将一些步骤延迟到子类实现
• 解释器模式：给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器
• 策略模式：定义一系列算法，把它们封装起来，并且使它们可以相互转换
• 状态模式：允许一个对象在其对象内部状态改变时改变它的行为
• 观察者模式：对象间的一对多的依赖关系
• 备忘录模式：在不破坏封装的前提下，保持对象的内部状态
• 中介者模式：用一个中介对象来封装一系列的对象交互
• 命令模式：将命令请求封装为一个对象，使得可以用不同的请求来进行参数化
• 访问者模式：在不改变数据结构的前提下，增加作用于一组对象元素的新功能
• 责任链模式：将请求的发送者和接受者解耦，使得多个对象都有处理这个请求的机会
• 迭代器模式：一种遍历访问聚合对象中各个元素的方法，不暴露该对象的内部结构

二、常用设计模式

单例模式

单例模式三个特性：只有一个实例、自我实例化、提供全局访问点

当系统中只需要一个实例对象或者系统中只允许一个公共访问点，除了这个公共访问点外，不能通过其他访问点访问该实例时，可以使用单例模式。单例模式的主要优点就是节约系统资源、提高了系统效率，同时也能够严格控制客户对它的访问。也许就是因为系统中只有一个实例，这样就导致了单例类的职责过重，违背了“单一职责原则”，同时也没有抽象类，所以扩展起来有一定的困难。

/*
    单例模式之懒汉式
    线程不安全，延迟初始化，严格意义上不是单例模式
 */
public class LazyPattern {
    //自己创建一个对象
    public static LazyPattern lazy;
    //私有化构造器，放置被其他地方实例化
    private LazyPattern() {

    }
    //提供一个构造器给外部使用,存在一定的线程安全问题，线程A执行到new 的时候，线程B判断hungry=true，也进到new，这样就会创建两个实例
    public static LazyPattern getInstance(){
        if(lazy==null){
            lazy = new LazyPattern();
        }
        return lazy;
    }
}

懒汉式，就是实例在使用的时候才去创建，比较懒，用的时候检查有没有实例，如果没有实例，就自己新建一个。有线程安全和不安全两种写法，区别就是synchronized关键字

/*
    单例模式之饿汉式
    线程安全，比较常用，但容易产生垃圾，因为一开始就初始化
 */
public class HungryPattern {
    //定义的时候就把对象创建出来
    private static HungryPattern instance =  new HungryPattern();
    //私有构造器
    private HungryPattern(){

    }
    //外部调用构造器，一开始创建的时候就创建了对象，可以有效方式线程不安全问题
    public static HungryPattern getInstance(){
        return instance;
    }
}

饿汉式，就是比较勤，实例在初始化的时候就已经创建完毕，不管有没有使用到。好处是没有线程安全的问题，坏处是浪费内存空间

/*
    单例模式之双重锁模式
 */
public class HungrySyronPattern {
    private volatile static HungrySyronPattern instance;

    private HungrySyronPattern() {

    }

    public static HungrySyronPattern getInstance(){
            if(instance==null){
                synchronized (HungrySyronPattern.class){
                    if(instance==null){
                        instance = new HungrySyronPattern();
                    }
                }
            }
            return instance;
    }
}

双重锁模式，综合了饿汉和懒汉模式，在创建时增加了synchronized关键字，这样既保证了线程安全问题 ，也直接上锁提高了执行效率，节省 了内存空间

/*
    单例模式之静态类部类
    只有第一次调用getInstance方法时，虚拟机才加载 Inner 并初始化instance ，
    只有一个线程可以获得对象的初始化锁，其他线程无法进行初始化，保证对象的唯一性。
 */
public class SinglePattern {

    private SinglePattern() {

    }

    public static SinglePattern getInstance(){
        return Inner.instance;
    }

    private static class Inner{
        private static  final SinglePattern instance = new SinglePattern();
    }
}

静态类部类，类似双重锁，实现起来更加简单

/*
    单例模式之枚举单例模式

 */
public enum EnumPattern {
    INSTANCE;

    public static EnumPattern getInstance(){
        return EnumPattern.INSTANCE;
    }
}

枚举，较为少见。

简单工厂模式

/*
    简单工厂模式
    定义：定义一个工厂类，他可以根据参数的不同返回不同类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类
    结构：1、Factory(工厂):核心部分，负责实现创建所有产品的内部逻辑，工厂类可以被外界直接调用，创建所需对象
    2、Product(抽象类产品)：工厂类所创建的所有对象的父类，封装了产品对象的公共方法，所有的具体产品为其子类对象
    3、ConcreteProduct(具体产品)：简单工厂模式的创建目标，所有被创建的对象都是某个具体类的实例。
        它要实现抽象产品中声明的抽象方法(有关抽象类)
 */
public class SingleFactoryPattern {
    public static void main(String[] args) {
        Product product;
        product = Factory.GetProduct("A");//工厂类创建对象
        product.MethName();
        product.MethodDiff();
    }
}
abstract class Product{
    public void MethName(){
        //公共方法的实现
    }
    //生命业务抽象方法
    public abstract void MethodDiff();
}
class ProductA extends Product{

    @Override
    public void MethodDiff() {
        //业务方法的实现
    }
}

class ProductB extends Product{

    @Override
    public void MethodDiff() {
        //业务方法的实现
    }
}

class Factory{
    public static Product GetProduct(String arg){
        Product product =  null;
        if("A".equals(arg)){
            product = new ProductA();
        }else if("B".equals(arg)){
            product = new ProductB();
        }else{
            //其他情况
        }
        return product;
    }
}

抽象工厂模式

/*
    抽象工厂模式
    定义：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。抽象工厂模式又称为Kit模式，
    属于对象创建型模式，是工厂方法模式的升级版，在有多个业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象是、
    一种非常好的解决方式。
    优缺点：1、隔离了具体类的生成，使得客户并不需要知道什么被创建，具有良好的封装性。
    2、横向扩展容易。同个产品族如果需要增加多个 产品，只需要增加新的工厂类和产品类即可。
    3、纵向扩展困难。如果增加新的产品组，抽象工厂类也要添加创建该产品组的对应方法，
        这样一来所有的具体工厂类都要做修改了，严重违背了开闭原则。
 */
public class AbstractFactoryPattern {
    public static void main(String[] args) {
        //定义出两个工厂
        AbstractCreator creator1 = new Creator1();
        AbstractCreator creator2 = new Creator2();
        //产生A1对象
        AbstractProductA a1 = creator1.createProductA();
        //产生A2对象
        AbstractProductA a2 = creator2.createProductA();
        //产生B1对象
        AbstractProductB b1 = creator1.createProductB();
        //产生B2对象
        AbstractProductB b2 = creator2.createProductB();
        a1.doSomething();
        a2.doSomething();
        b1.doSomething();
        b2.doSomething();
    }
}
//产品族的抽象类A
abstract class AbstractProductA {
    //每个产品共有的方法
    public void shareMethod() {
    }

    // 每个产品相同方法，不同实现
    public abstract void doSomething();
}
//产品族的抽象类B
abstract class AbstractProductB {
    //每个产品共有的方法
    public void shareMethod() {
    }

    // 每个产品相同方法，不同实现
    public abstract void doSomething();
}
//产品族的具体实现
class ProductA1 extends AbstractProductA {
    public void doSomething() {
        System.out.println("我是产品A1");
    }
}
//产品族的具体实现
class ProductA2 extends AbstractProductA {
    public void doSomething() {
        System.out.println("我是产品A2");
    }
}
//产品族的具体实现
class ProductB1 extends AbstractProductB {
    public void doSomething() {
        System.out.println("我是产品B1");
    }
}
//产品族的具体实现
class ProductB2 extends AbstractProductB {
    public void doSomething() {
        System.out.println("我是产品B2");
    }
}
//抽象工厂类AbstractCreator，有N个产品族，在抽象工厂类中就应该有N个创建方法。
abstract class AbstractCreator {
    //创建A产品
    public abstract AbstractProductA createProductA();

    //创建B产品
    public abstract AbstractProductB createProductB();
}
//创建产品的具体工厂，有N个产品等级就应该有N个实现工厂类，在每个实现工厂中，实现不同产品族的生产任务。
class Creator1 extends AbstractCreator {
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    public AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}
//创建产品的具体工厂，有N个产品等级就应该有N个实现工厂类，在每个实现工厂中，实现不同产品族的生产任务。
class Creator2 extends AbstractCreator {
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    public AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}

观察者模式

/*
    观察者模式
    定义：定义对象间一种一对多的依赖关系，使得每当一个对象改变状态，则所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。
    简释：观察者一般可以看做是第三者，比如在学校上自习的时候，大家肯定都有过交头接耳、各种玩耍的经历，
            这时总会有一个“放风”的小伙伴，当老师即将出现时及时“通知”大家老师来了。
    成员：Subject：主题，它把所有对观察者对象的引用文件存在了一个聚集里，每个主题都可以有任何数量的观察者。
            抽象主题提供了一个接口，可以增加和删除观察者对象
          Observer：抽象观察者，为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题的通知时更新自己
          ConcreteSubject：具体主题，将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题内部状态改变时，给所有登记过的观察者发出通知
          ConcreteObserver：具体观察者，实现抽象观察者角色所要求的更新接口，以便使本身的状态与主题的状态相协同
     优缺点：观察者和被观察者是抽象耦合的，建立了一套触发机制
     如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间
     如果观察者和观察目标间有循环依赖，可能导致系统崩溃
     没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个主题
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        //定义一个观察者
        Observer observer = new ConcreteObserver();
        //观察
        subject.addObserver(observer);
        //开始活动
        subject.doSomething();
    }
}
//首先定义一个观察者数组，并实现增、删及通知操作。它的职责很简单，就是定义谁能观察，谁不能观察，
// 用Vector是线程同步的，比较安全，也可以使用ArrayList，是线程异步的，但不安全。
class Subject{
    //观察者数组
    private Vector<Observer> oVector = new Vector<>();

    //增加一个观察者
    public void addObserver(Observer observer) {
        this.oVector.add(observer);
    }

    //删除一个观察者
    public void deleteObserver(Observer observer) {
        this.oVector.remove(observer);
    }

    //通知所有观察者
    public void notifyObserver() {
        for(Observer observer : this.oVector) {
            observer.update();
        }
    }
}
//具体主题
class ConcreteSubject extends Subject{
    //具体业务
    public void doSomething() {
        //
        super.notifyObserver();
    }
}
//抽象观察者Observer
interface Observer {
    public void update();
}
//具体观察者
class ConcreteObserver implements Observer {

    @Override
    public void update() {
        System.out.println("收到消息，进行处理");
    }
}