23种设计模式（概念、原则、场景、优势、缺点、应用）简述

 23种设计模式汇总：

      简单工厂模式，策略模式、装饰模式、代理模式、工厂方法模式、原型模式、模板方法模式、外观模式、建造者模式、观察者模式、抽象工厂模式、状态模式、适配器模式、备忘录模式、组合模式、迭代器模式、单例模式、桥接模式、命令模式、职责链模式、中介者模式、享元模式、解释器模式、访问者模式。按照类型分为： 

一、建立型模式：抽象工厂、建造者模式、工厂方法、原型模式、单例模式；

      建立型模式抽象了实例化的过程。建立性模式隐藏了这些类的实例是如何被建立和放在一块儿，整个系统关于这些对象所知道的是由抽象类所定义的接口。这样，建立性模式在建立了什么、谁建立它、她是怎么被建立的、以及什么时候建立方面提供了灵活性。建立相应数目的原型并克隆她们一般比每次用适合的状态手工实例化该类更方便。

二、结构型模式：适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰者模式、外观模式、享元模式、代理模式；

三、行为型模式：观察者模式、模板方法、命令模式、状态模式、职责链模式、解释器模式、中介者模式、访问者模式、策略模式、备忘录模式、迭代器模式。

其余： MVC模式：集观察者、组合、策略为一体，是多种模式的综合应用，算是一种架构模式。

 

下面按照【概念】+【原则】+【场景】+【优势】+【缺点】+【应用】分别简述一下23种设计模式： 

抽象工厂模式(Abstract Factory) 提供一个建立一系列相关或互相依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

原则：LSP 里氏替换原则

场景：建立不一样的产品对象，客户端应使用不一样的具体工厂。

优势：

     a)   改变具体工厂便可使用不一样的产品配置，使改变一个应用的具体工厂变得很容易。

     b)   让具体的建立实例过程与客户端分离，客户端经过抽象接口操做实例，产品的具体类名也被具体工厂的实现分离。

缺点：若是要新增方法，改动极大。

应用：

      a)  jdk中链接数据库的代码是典型的抽象工厂模式，每一种数据库只需提供一个统一的接口：Driver（工厂类），并实现其中的方法便可。无论是jdbc仍是odbc都可以经过扩展产品线来达到链接自身数据库的方法。

      b)  java.util.Collection 接口中定义了一个抽象的 iterator() 方法，该方法就是一个工厂方法。对于 iterator() 方法来讲 Collection 就是一个抽象工厂。

 

建造者模式(Builder) 【又名，生成器模式】：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得一样的构建过程能够建立不一样的表示。

原则：依赖倒转原则

场景：若是须要将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得一样的构建过程能够建立不一样的表示。建造者模式是当建立复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时适用的模式。

优势：使得建造代码与表示代码分离。

缺点：一、增长代码量；二、Builder只是一个替代构造器的选择，不能直接用于下降非构造函数方法的参数数量。

应用：StringBuilder和StringBuffer的append()方法

 

工厂方法模式(Factory Method) 定义一个用于建立对象的接口，让子类决定实例化哪个类，工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

原则：开放封闭原则

场景：不改变工厂和产品体系，只是要扩展产品（变化）。

优势：是简单工厂模式的进一步抽象和推广，既保持了简单工厂模式的优势（工厂类中包含了必要的逻辑判断，根据客户端的选择条件动态实例化相关的类。对于客户端来讲，去除了与具体产品的依赖），并且克服了简单工厂的缺点（违背了开放封闭原则）。

缺点：每增长一个产品，就须要增长一个产品工厂的类，增长了额外的开发。（用反射能够解决）。

应用：

1.       Collection中的iterator方法；

2.       java.lang.Proxy#newProxyInstance()

3.       java.lang.Object#toString()

4.       java.lang.Class#newInstance()

5.       java.lang.reflect.Array#newInstance()

6.       java.lang.reflect.Constructor#newInstance()

7.       java.lang.Boolean#valueOf(String)

8.       java.lang.Class#forName()

 

原型模式(Prototype) 【又名，生成器模式】：用原型实例指定建立对象的种类，而且经过拷贝这些原型建立新的对象。

原则：

场景：在初始化信息不发生变化的状况，用克隆进行拷贝。

优势：隐藏了对象建立的细节，大大提高了性能。不用从新初始化对象，而是动态的得到对象运行时的状态。

缺点：深复制 or 浅复制 。

应用：JDK中的Date类。

  

单例模式(Singleton) 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

原则：封装

场景：一般，咱们可让一个全局变量使得一个对象被访问，但它不能防止你实例化多个对象，一个最好的办法就是，让类自身负责保存它的惟一实例。这个类能够保证没有其余实例能够被建立，并且它能够提供一个访问该实例的方法。

优势：对惟一实例的受控访问。

缺点：饿汉式/懒汉式  多线程同时访问时可能形成多个实例。

应用：java.lang.Runtime； GUI中也有一些（java.awt.Toolkit#getDefaultToolkit() java.awt.Desktop#getDesktop()）

 

适配器模式(Adapter) 将一个类的接口转换成客户但愿的另一个接口。Adapter模式使得本来因为接口不兼容而不能一块儿工做的那些类能够一块儿工做。

在GoF的设计模式中，适配器有两种类型，类适配器模式和对象适配器模式。

    a)   类适配器模式：经过多重继承对一个接口与另外一个接口进行匹配，而C#，Java等语言都不支持多重继承，也就是一个类只有一个父类。

    b)   Java通常都指的是 对象适配器模式

场景：适配器是为了复用一些现有的类。系统的数据和行为都正确，可是接口不符，这时采用适配器模式，使原有对象和新接口匹配。

优势：可以复用现存的类，客户端统一调用同一接口，更简单、直接、紧凑。

缺点：适配器模式有点儿“亡羊补牢”的感受，设计阶段要避免使用。

应用：在Java jdk中，适配器模式使用场景不少，如集合包中Java.util.Arrays#asList()、IO包中java.io.InputStreamReader(InputStream)、java.io.OutputStreamWriter(OutputStream) 等

 

桥接模式(Bridge) 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们均可以独立的变化。

原则：合成/聚合复用原则

场景：实现系统可能有多角度分类，每一种分类都有可能变化，那么就把这种多角度分离出来让它们独立变化，减小它们之间的耦合。

优势：减小各部分的耦合。 分离抽象和实现部分，更好的扩展性，可动态地切换实现、可减小子类的个数。

缺点：一、桥接模式的引入会增长系统的理解与设计难度，因为聚合关联关系创建在抽象层，要求开发者针对抽象进行设计与编程。 二、桥接模式要求正确识别出系统中两个独立变化的维度，所以其使用范围具备必定的局限性

应用：Collections类中的sort()方法；AWT；JDBC数据库访问接口API；

  

组合模式(Composite) 将对象组合成树形结构以表示“部分-总体”的层次结构。

场景：需求中体现部分与总体层次结构时，以及但愿用户能够忽略组合对象与单个对象的不一样，统一使用组合结构中的全部对象时，就应该考虑使用组合模式了。

优势：组合模式让客户能够一致的使用组合结构和单个对象。

缺点：使设计变得更加抽象，对象的业务规则若是很复杂，则实现组合模式具备很大挑战性，并且不是全部的方法都与叶子对象子类都有关联。

应用：JDK中AWT包和Swing包的设计是基于组合模式，在这些界面包中为用户提供了大量的容器构件（如Container）和成员构件（如Checkbox、Button和TextComponent等），他们都是继承、关联自抽象组件类Component。

 

装饰模式(Decorator) 动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增长功能来讲，装饰模式比生成子类更灵活。

场景：装饰模式是为了已有功能动态地添加更多功能的一种方式，当系统须要新功能的时候，是向旧类中添加新的代码，这些新的代码一般装饰了原有类的核心职责或主要行为。装饰着模式把每一个要装饰的功能放在单独的类中，并让这个类包装它所要装饰的对象，当须要执行特殊行为时，客户代码就能够在运行时根据须要有选择的、按顺序地使用装饰功能包装对象。

优势：把类中的装饰功能从类中搬移出去，简化原有的类。有效的把类的核心职责和装饰功能区分开，去除相关类中重复的装饰逻辑。

缺点：利用装饰器模式,经常形成设计中有大量的小类,数量实在太多,可能会形成使用此API程序员的困扰。

应用：Java I/O使用装饰模式设计,JDK中还有不少类是使用装饰模式设计的,如:Reader类、Writer类、OutputStream类等。

 

外观模式(Facade) 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

原则：完美的体现了依赖倒转原则和迪米特法则。

场景：

    a)   设计阶段：需有意识的将不一样的两个层分离。

    b)   开发阶段：增长外观façade提供一个简单的接口，应对子类的重演和演化。

    c)   维护期间：使用façade类，为遗留代码提供清晰简单的接口，让新系统与façade交互，façade与遗留代码交互全部复杂的工做。

优势：一、客户对子系统的使用变得简单了，减小了与子系统的关联对象，实现了子系统与客户之间的松耦合关系。 二、只是提供了一个访问子系统的统一入口，并不影响用户直接使用子系统类 三、下降了大型软件系统中的编译依赖性，并简化了系统在不一样平台之间的移植过程。

缺点：一、不能很好地限制客户使用子系统类，若是对客户访问子系统类作太多的限制则减小了可变性和灵活性   二、在不引入抽象外观类的状况下，增长新的子系统可能须要修改外观类或客户端的源代码，违背了“开闭原则”。

 

享元模式(Flyweight) 运用共享技术有效的支持大量细粒度的对象。

场景：若是一个应用程序使用了大量的对象，而大量的这些对象形成了很大存储开销时就应该考虑使用享元模式；还有就是对象大多数状态均可为外部状态，若是删除对象的外部状态，那么能够用相对较少的共享对象取代不少组对象，此时能够考虑使用享元模式。

优势：享元模式能够避免大量很是类似类的开销。程序中，大量细粒度的类实例来表示数据，若是它们除了几个参数外基本相同，那么把它们转移到类实例的外面，在方法调用时将它们传递进来，就能够经过共享大幅度减小单个实例的数目。

缺点：一、因为享元模式须要区分外部状态和内部状态，使得应用程序在某种程度上来讲更加复杂化了。二、为了使对象能够共享，享元模式须要将享元对象的状态外部化，而读取外部状态使得运行时间变长。

应用：String 类。

 

代理模式(Proxy) 为其余对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

原则：代理模式就是在访问对象时引入必定程度的间接性。（迪米特法则？）

场景：

          a)   远程代理：为一个对象在不一样的地址空间提供局部表明，这样能够隐藏一个对象存在于不一样地址空间的事实。【WebService，客户端能够调用代理解决远程访问问题】

          b)   虚拟代理：根据须要建立开销很大的对象，经过它来存放实例化须要很长时间地真实对象。【好比Html网页的图片，代理存储的是真实图片的路径和尺寸】

          c)   安全代理：用来控制真实对象的访问权限。

          d)   智能指引：当调用真实的对象时，代理处理另外一些事。【如计算机真实对象的引用次数，代理在访问一个对象的时候回附加一些内务处理，检查对象是否被锁定、是否该释放、是否该装入内存等等】

优势：1）代理模式能将代理对象与真正被调用的对象分离，在必定程度上下降了系统的耦合度。

           2）代理模式在客户端和目标对象之间起到一个中介做用，这样能够起到保护目标对象的做用。代理对象也能够对目标对象调用以前进行其余操做。

缺点：1）在客户端和目标对象增长一个代理对象，会形成请求处理速度变慢。

           2）增长了系统的复杂度。

应用：java.lang.reflect 包中的Proxy类和InvocationHandler 接口提供了生成动态代理类的能力。

  

观察者模式(Publish/Subscribe) 【又名 发布-订阅模式】：定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知全部观察者对象，让它们可以自动更新本身。

场景：将一个系统分割成一系列互相协做的类，有一个缺点：须要维护相关对象间的一致性。紧密的耦合会给维护和扩展带来不便。观察者模式就是为了解耦而诞生的，让本来一个对象依赖另外一个对象的关系，变成了两方都依赖于抽象，而再也不依赖于具体，从而使得各自的变化都不会影响另外一边的变化。

优势：解耦。

缺点：若是在被观察者之间有循环依赖的话，被观察者会触发它们之间进行循环调用，致使系统崩溃。在使用观察者模式是要特别注意这一点。

应用：java.util.Observer ,  java类库实现观察着(Observer)模式的类和接口。

  

模板方法模式(Template Method) 定义一个操做中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。

原则：代码复用平台。

场景：遇到由一系列步骤构成的过程须要执行，这个过程从高层次上看是相同的，可是有些步骤的实现可能不一样，这个时候就须要考虑用模板方法模式了。

优势：模板方法模式是经过把不变行为搬移到超类，去除子类中重复代码来实现它的优点，提供了一个代码复用平台，帮助子类摆脱重复的不变行为的纠缠。

缺点：若是父类中可变的基本方法太多,将会致使类的个数增长,系统更加庞大。

应用：AbstractClass抽象类里面的TemplateMethod()就是模板方法。

 

命令模式(Command) 将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不一样的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操做。

原则：敏捷开发原则

场景：对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操做等行为。

优势：

          a)      命令模式把请求一个操做的对象与知道怎么执行一个操做的对象分割开。

          b)      它能较容易的设计一个命令队列。

          c)       在须要的状况下，能够较容易的将命令记入日志。

          d)      容许接收请求的一方决定是否要否决请求。

          e)      能够容易的实现对请求的撤销和重作。

          f)        因为加进新的具体命令类不影响其余类，所以增长新的具体命令类很容易。

缺点：会增长系统的复杂性，这里的复杂性应该主要指的是类的数量。

应用：

          1.  java.util.Timer类中scheduleXXX()方法

          2.  java Concurrency Executor execute()方法

          3.  java.lang.reflect.Methodinvoke()方法

 

状态模式(State) 当一个对象的内在状态改变时，容许改变其行为，这个对象看起来像是改变了其类。

原则：单一职责原则

场景：当一个对象的行为取决于它的状态，而且它必须在运行时刻根据状态改变它的行为时，能够考虑使用状态模式了。

优势：状态模式主要解决的是当控制一个对象状态转换的条件表达式过于复杂的状况。把状态的判断逻辑转移到表示不一样状态的一系列类当中，能够把复杂的判断逻辑简化。【消除庞大的条件分支语句】。

缺点：违背开放-封闭原则

应用：

          1.  java.util.Iterator

          2. javax.faces.lifecycle.LifeCycle#execute()

 

职责链模式(Chain of responsibility) 使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接受者之间的耦合关系。将这个对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

场景：当客户提交一个请求时，请求是沿链传递直至有一个对象负责处理它。

优势：使得接收者和发送者都没有对方的明确信息，且链中对象本身也不知道链结构，结果是职责链能够简化对象的相互链接，它们只须要保持一个指向其后继者的引用，而不需  要保持它全部的候选接收者的引用。开发者能够随时的增长或者修改处理一个请求的结构，加强了给对象指派职责的灵活性。

缺点：一个请求极有可能到了链的末端都得不处处理，或者由于没有正确配置而得不处处理。

  

解释器模式(Interpreter) 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，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

原则：依赖倒转原则

场景：若是一种特定类型问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语句中的句子。这样就能够构建一个解释器，该解释器经过解释这些句子来解决该问题。当一个语言须要执行，而且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，能够用解释器模式。

优势：解释器很容易改变和扩展文法，由于该模式使用类来表示文法规则，可使用继承来改变或扩展文法，也比较容易实现文法。由于定义抽象语法树中各个节点的类的实现大致相似，这些类都易于直接编写。

缺点：解释器模式为文法中的每一条规则至少定义了一个类，所以包含许多规则的文法可能难以管理和维护，建议当文法很是复杂时，使用其余技术（语法分析程序、编译器生成器）。

应用：

          1. java.util.Pattern

          2.  java.text.Normalizer

          3.  java.text.Format

          4.  javax.el.ELResolver

 

中介者模式(Mediator) 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不须要显示的相互引用，从而使其耦合松散，并且能够独立的改变它们之间的交互。

场景：通常应用于一组对象以定义良好可是复杂的方式进行通讯的场合，以及想定制一个分布在多个类的行为，而又不想生成太多子类的场合。【例如，Form窗体，或者aspx页面】。

优势：

          a)   抽象中介者类（Mediator）减小了抽象同事类（colleague）之间的耦合，是的能够独立的改变和复用各个类。

          b)   因为把对象如何协做进行了抽象，将中介做为一个独立的概念并将其封装在一个对象中，这样关注的对象就从对象各自自己的行为转移到它们之间的交互上来，也就是站在一个更宏观的角度去看待系统。

缺点：控制集中化致使了中介者的复杂化。

应用：

          1.   java.util.Timer

          2.   java.util.concurrent.Executor#execute()

          3.   java.util.concurrent.ExecutorService#submit()

          4.   java.lang.reflect.Method#invoke()

  

访问者模式 (Vistor) 生成器模式】：（GoF中最复杂的一个模式）表示一个做用于某对象结构中的各元素的操做，它使你能够在不改变各元素的类的前提下定义做用于这些元素的新操做。

场景：访问者模式适合有稳定的数据结构、又有易于变化的算法】访问者模式适用于数据结构相对稳定的系统，它把数据结构和做用于结构上的操做之间的耦合解脱开，是的操做集合能够相对自由的演化。访问者模式的目的是要把处理从数据结构中分离出来。

优势：增长新的操做很容易。新的操做就是新的访问者。

缺点：很难增长新的数据结构。

应用：

          1.   javax.lang.model.element.AnnotationValue和AnnotationValueVisitor

          2.   javax.lang.model.element.Element和ElementVisitor

          3.   javax.lang.model.type.TypeMirror和TypeVisitor

  

策略模式(Strategy) 它定义了算法家族，分别封装起来，让它们之间能够互相替换，此模式让算法的变化不会影响到使用算法的用户。

场景：策略模式不只能够用来封装算法，几乎能够封装缝合类型的规则，不一样的业务逻辑均可以考虑用策略模式处理变化。

优势：策略模式的策略类为上下文定义了一系列可供重用的算法或行为，继承有助于析取出这些算法中的公共功能。另外，策略模式简化了单元测试，由于每个算法都有本身的类，能够经过本身的接口单独测试。当不一样的行为堆砌在一个类中，很难避免使用switch语句。可是将这些行为封装在一个一个独立的策略类中，能够在使用这些行为的类中消除条件语句

缺点：基本的策略模式，选择权在客户端，具体实现转给策略模式的上下文对象。这并很差。使用策略模式和工厂类结合，能够减轻客户端的职责。可是仍是不够完美，使用反射才能真正快乐。

应用：

          1.   java.util.Comparator#compare()

          2.    javax.servlet.http.HttpServlet

          3.    javax.servlet.Filter#doFilter()

 

备忘录模式(Memento) 在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象以外保存这个状态，这样之后就可将该对象恢复到原先保存的状态。

场景：Memento封装要保存的细节，适合功能负责但须要维护或记录属性历史的类，或者是须要保存的属性只是众多属性中的一个小部分。

优势：使用备忘录模式能够把复杂的发起人内部信息对其余的对象屏蔽起来，从而能够恰当地保持封装的边界。

缺点：若是发起人角色的状态须要完整地存储到备忘录对象中，那么在资源消耗上面备忘录对象会很昂贵。

应用：

          1.   java.util.Date

          2.   java.io.Serializable

  

迭代器模式(Iterator) 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。

场景：当须要对汇集有多种方式遍历时，能够考虑使用迭代器。

优势：迭代器模式就是分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器来负责，这样既能够作到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明的访问集合内部的数据。

缺点：因为迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增长新的聚合类须要对应增长新的迭代器类，类的个数成对增长，这在必定程度上增长了系统的复杂性。

应用：collection容器使用了迭代器模式

  

设计模式在JDK的应用：http://www.javashuo.com/article/p-adaaslxp-ed.html