Android高级工程师面试必备-设计模式篇

本文讲解：

1.概述
2.建立型
3.行为型
4.结构型

1、概述

设计模式是解决问题的方案，学习现有的设计模式能够作到经验复用。

拥有设计模式词汇，在沟通时就能用更少的词汇来讨论，而且不须要了解底层细节.

2、建立型

1. 单例（Singleton）

Intent

确保一个类只有一个实例，并提供该实例的全局访问点。

Class Diagram

使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。

私有构造函数保证了不能经过构造函数来建立对象实例，只能经过公有静态函数返回惟一的私有静态变量

Ⅰ 懒汉式-线程不安全
如下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化，这样作的好处是，若是没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。

这个实如今多线程环境下是不安全的，若是多个线程可以同时进入 if (uniqueInstance == null) ，而且此时 uniqueInstance 为 null，那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将致使实例化屡次 uniqueInstance。

public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

Ⅱ 饿汉式-线程安全
线程不安全问题主要是因为 uniqueInstance 被实例化屡次，采起直接实例化 uniqueInstance 的方式就不会产生线程不安全问题。

可是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的好处

private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();

Ⅲ 懒汉式-线程安全
只须要对 getUniqueInstance() 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程可以进入该方法，从而避免了实例化屡次 uniqueInstance。

可是当一个线程进入该方法以后，其它试图进入该方法的线程都必须等待，即便 uniqueInstance 已经被实例化了。这会让线程阻塞时间过长，所以该方法有性能问题，不推荐使用

public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
    if (uniqueInstance == null) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
    return uniqueInstance;
}

Ⅳ 双重校验锁-线程安全
uniqueInstance 只须要被实例化一次，以后就能够直接使用了。加锁操做只须要对实例化那部分的代码进行，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才须要进行加锁。

双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，若是没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。

public class Singleton {

    private volatile static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的状况下，若是两个线程都执行了 if 语句，那么两个线程都会进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操做，可是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句，只是前后的问题，那么就会进行两次实例化。所以必须使用双重校验锁，也就是须要使用两个 if 语句 ：第一个 if 语句用来避免 uniqueInstance 已经被实例化以后的加锁操做，而第二个 if 语句进行了加锁，因此只能有一个线程进入，就不会出现 uniqueInstance == null 时两个线程同时进行实例化操做。

if (uniqueInstance == null) {
    synchronized (Singleton.class) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
}

uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是颇有必要的， uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码实际上是分为三步执行：

1.为 uniqueInstance 分配内存空间
2.初始化 uniqueInstance
3.将 uniqueInstance 指向分配的内存地址

可是因为 JVM 具备指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1>3>2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，可是在多线程环境下会致使一个线程得到尚未初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，所以返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。

使用 volatile 能够禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行

Ⅴ 静态内部类实现
当 Singleton 类被加载时，静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载，此时初始化 INSTANCE 实例，而且 JVM 能确保 INSTANCE 只被实例化一次。

这种方式不只具备延迟初始化的好处，并且由 JVM 提供了对线程安全的支持

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Ⅵ 枚举实现

public enum Singleton {

    INSTANCE;

    private String objName;


    public String getObjName() {
        return objName;
    }


    public void setObjName(String objName) {
        this.objName = objName;
    }


    public static void main(String[] args) {

        // 单例测试
        Singleton firstSingleton = Singleton.INSTANCE;
        firstSingleton.setObjName("firstName");
        System.out.println(firstSingleton.getObjName());
        Singleton secondSingleton = Singleton.INSTANCE;
        secondSingleton.setObjName("secondName");
        System.out.println(firstSingleton.getObjName());
        System.out.println(secondSingleton.getObjName());

        // 反射获取实例测试
        try {
            Singleton[] enumConstants = Singleton.class.getEnumConstants();
            for (Singleton enumConstant : enumConstants) {
                System.out.println(enumConstant.getObjName());
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

firstName
secondName
secondName
secondName

该实现能够防止反射攻击。在其它实现中，经过 setAccessible() 方法能够将私有构造函数的访问级别设置为 public，而后调用构造函数从而实例化对象，若是要防止这种攻击，须要在构造函数中添加防止屡次实例化的代码。该实现是由 JVM 保证只会实例化一次，所以不会出现上述的反射攻击。

该实如今屡次序列化和序列化以后，不会获得多个实例。而其它实现须要使用 transient 修饰全部字段，而且实现序列化和反序列化的方法。

Examples

• Logger Classes
• Configuration Classes
• Accesing resources in shared mode
• Factories implemented as Singletons

JDK

2. 简单工厂（Simple Factory）

Intent

在建立一个对象时不向客户暴露内部细节，并提供一个建立对象的通用接口。

Class Diagram

简单工厂把实例化的操做单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪一个具体子类来实例化。

这样作能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类再也不须要知道有哪些子类以及应当实例化哪一个子类。客户类每每有多个，若是不使用简单工厂，那么全部的客户类都要知道全部子类的细节。并且一旦子类发生改变，例如增长子类，那么全部的客户类都要进行修改。

Implementation

public interface Product {
}

public class ConcreteProduct implements Product {
}

public class ConcreteProduct1 implements Product {
}

public class ConcreteProduct2 implements Product {
}

如下的 Client 类包含了实例化的代码，这是一种错误的实现。若是在客户类中存在这种实例化代码，就须要考虑将代码放到简单工厂中

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        int type = 1;
        Product product;
        if (type == 1) {
            product = new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            product = new ConcreteProduct2();
        } else {
            product = new ConcreteProduct();
        }
        // do something with the product
    }
}

如下的 SimpleFactory 是简单工厂实现，它被全部须要进行实例化的客户类调用

public class SimpleFactory {

    public Product createProduct(int type) {
        if (type == 1) {
            return new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            return new ConcreteProduct2();
        }
        return new ConcreteProduct();
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
        Product product = simpleFactory.createProduct(1);
        // do something with the product
    }
}

3. 工厂方法（Factory Method）

Intent

定义了一个建立对象的接口，但由子类决定要实例化哪一个类。工厂方法把实例化操做推迟到子类。

Class Diagram

在简单工厂中，建立对象的是另外一个类，而在工厂方法中，是由子类来建立对象。

下图中，Factory 有一个 doSomething() 方法，这个方法须要用到一个产品对象，这个产品对象由 factoryMethod() 方法建立。该方法是抽象的，须要由子类去实现

Implementation

public abstract class Factory {
    abstract public Product factoryMethod();
    public void doSomething() {
        Product product = factoryMethod();
        // do something with the product
    }
}

public class ConcreteFactory extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}

public class ConcreteFactory1 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct1();
    }
}

public class ConcreteFactory2 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

JDK

• java.util.Calendar
• java.util.ResourceBundle
• java.text.NumberFormat
• java.nio.charset.Charset
• java.net.URLStreamHandlerFactory
• java.util.EnumSet
• javax.xml.bind.JAXBContext

4. 抽象工厂（Abstract Factory）

Intent

提供一个接口，用于建立 相关的对象家族 。

Class Diagram

抽象工厂模式建立的是对象家族，也就是不少对象而不是一个对象，而且这些对象是相关的，也就是说必须一块儿建立出来。而工厂方法模式只是用于建立一个对象，这和抽象工厂模式有很大不一样。

抽象工厂模式用到了工厂方法模式来建立单一对象，AbstractFactory 中的 createProductA() 和 createProductB() 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在建立一个对象，这符合工厂方法模式的定义。

至于建立对象的家族这一律念是在 Client 体现，Client 要经过 AbstractFactory 同时调用两个方法来建立出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 须要同时建立出这两个对象。

从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbstractFactory，而工厂方法模式使用了继承。

Implementation

public class AbstractProductA {
}

public class AbstractProductB {
}

public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}

public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}

public class ProductB1 extends AbstractProductB {
}

public class ProductB2 extends AbstractProductB {
}

public abstract class AbstractFactory {
    abstract AbstractProductA createProductA();
    abstract AbstractProductB createProductB();
}

public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}

public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

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

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
        AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
        AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB();
        // do something with productA and productB
    }
}

JDK

• javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
• javax.xml.transform.TransformerFactory
• javax.xml.xpath.XPathFactory

5. 生成器（Builder）

Intent

封装一个对象的构造过程，并容许按步骤构造。

Class Diagram
Implementation
如下是一个简易的 StringBuilder 实现，参考了 JDK 1.8 源码

public class AbstractStringBuilder {
    protected char[] value;

    protected int count;

    public AbstractStringBuilder(int capacity) {
        count = 0;
        value = new char[capacity];
    }

    public AbstractStringBuilder append(char c) {
        ensureCapacityInternal(count + 1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0)
            expandCapacity(minimumCapacity);
    }

    void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
    }
}

public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
    public StringBuilder() {
        super(16);
    }

    @Override
    public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        final int count = 26;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            sb.append((char) ('a' + i));
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

JDK

• java.lang.StringBuilder
• java.nio.ByteBuffer
• java.lang.StringBuffer
• java.lang.Appendable
• Apache Camel builders

6. 原型模式（Prototype）

Intent

使用原型实例指定要建立对象的类型，经过复制这个原型来建立新对象。

Class Diagram
Implementation

public abstract class Prototype {
    abstract Prototype myClone();
}

public class ConcretePrototype extends Prototype {

    private String filed;

    public ConcretePrototype(String filed) {
        this.filed = filed;
    }

    @Override
    Prototype myClone() {
        return new ConcretePrototype(filed);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return filed;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype("abc");
        Prototype clone = prototype.myClone();
        System.out.println(clone.toString());
    }
}

3、行为型

1. 责任链（Chain Of Responsibility）

Intent

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收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链发送该请求，直到有一个对象处理它为止。

Class Diagram

• Handler：定义处理请求的接口，而且实现后继链（successor）

Implementation

public abstract class Handler {

    protected Handler successor;


    public Handler(Handler successor) {
        this.successor = successor;
    }


    protected abstract void handleRequest(Request request);
}

public class ConcreteHandler1 extends Handler {

    public ConcreteHandler1(Handler successor) {
        super(successor);
    }


    @Override
    protected void handleRequest(Request request) {
        if (request.getType() == RequestType.TYPE1) {
            System.out.println(request.getName() + " is handle by ConcreteHandler1");
            return;
        }
        if (successor != null) {
            successor.handleRequest(request);
        }
    }
}

public class ConcreteHandler2 extends Handler {

    public ConcreteHandler2(Handler successor) {
        super(successor);
    }


    @Override
    protected void handleRequest(Request request) {
        if (request.getType() == RequestType.TYPE2) {
            System.out.println(request.getName() + " is handle by ConcreteHandler2");
            return;
        }
        if (successor != null) {
            successor.handleRequest(request);
        }
    }
}

public class Request {

    private RequestType type;
    private String name;


    public Request(RequestType type, String name) {
        this.type = type;
        this.name = name;
    }


    public RequestType getType() {
        return type;
    }


    public String getName() {
        return name;
    }
}

public enum RequestType {
    TYPE1, TYPE2
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {

        Handler handler1 = new ConcreteHandler1(null);
        Handler handler2 = new ConcreteHandler2(handler1);

        Request request1 = new Request(RequestType.TYPE1, "request1");
        handler2.handleRequest(request1);

        Request request2 = new Request(RequestType.TYPE2, "request2");
        handler2.handleRequest(request2);
    }
}

request1 is handle by ConcreteHandler1
request2 is handle by ConcreteHandler2

JDK

• java.util.logging.Logger#log()
• Apache Commons Chain
• javax.servlet.Filter#doFilter()

2. 命令（Command）

Intent

将命令封装成对象中，具备如下做用：

• 使用命令来参数化其它对象
• 将命令放入队列中进行排队
• 将命令的操做记录到日志中
• 支持可撤销的操做

Class Diagram

• Command：命令
• Receiver：命令接收者，也就是命令真正的执行者
• Invoker：经过它来调用命令
• Client：能够设置命令与命令的接收者

Implementation
设计一个遥控器，能够控制电灯开关。

public class LightOnCommand implements Command {
    Light light;

    public LightOnCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.on();
    }
}

public class LightOffCommand implements Command {
    Light light;

    public LightOffCommand(Light light) {
        this.light = light;
    }

    @Override
    public void execute() {
        light.off();
    }
}

public class Light {

    public void on() {
        System.out.println("Light is on!");
    }

    public void off() {
        System.out.println("Light is off!");
    }
}

/**
 * 遥控器
 */
public class Invoker {
    private Command[] onCommands;
    private Command[] offCommands;
    private final int slotNum = 7;

    public Invoker() {
        this.onCommands = new Command[slotNum];
        this.offCommands = new Command[slotNum];
    }

    public void setOnCommand(Command command, int slot) {
        onCommands[slot] = command;
    }

    public void setOffCommand(Command command, int slot) {
        offCommands[slot] = command;
    }

    public void onButtonWasPushed(int slot) {
        onCommands[slot].execute();
    }

    public void offButtonWasPushed(int slot) {
        offCommands[slot].execute();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Invoker invoker = new Invoker();
        Light light = new Light();
        Command lightOnCommand = new LightOnCommand(light);
        Command lightOffCommand = new LightOffCommand(light);
        invoker.setOnCommand(lightOnCommand, 0);
        invoker.setOffCommand(lightOffCommand, 0);
        invoker.onButtonWasPushed(0);
        invoker.offButtonWasPushed(0);
    }
}

3. 解释器（Interpreter）

Intent

为语言建立解释器，一般由语言的语法和语法分析来定义。

Class Diagram

• TerminalExpression：终结符表达式，每一个终结符都须要一个 TerminalExpression。
• Context：上下文，包含解释器以外的一些全局信息

Implementation
如下是一个规则检验器实现，具备 and 和 or 规则，经过规则能够构建一颗解析树，用来检验一个文本是否知足解析树定义的规则。

例如一颗解析树为 D And (A Or (B C))，文本 "D A" 知足该解析树定义的规则。

这里的 Context 指的是 String。

public abstract class Expression {
    public abstract boolean interpret(String str);
}

public class TerminalExpression extends Expression {

    private String literal = null;

    public TerminalExpression(String str) {
        literal = str;
    }

    public boolean interpret(String str) {
        StringTokenizer st = new StringTokenizer(str);
        while (st.hasMoreTokens()) {
            String test = st.nextToken();
            if (test.equals(literal)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

public class AndExpression extends Expression {

    private Expression expression1 = null;
    private Expression expression2 = null;

    public AndExpression(Expression expression1, Expression expression2) {
        this.expression1 = expression1;
        this.expression2 = expression2;
    }

    public boolean interpret(String str) {
        return expression1.interpret(str) && expression2.interpret(str);
    }
}

public class OrExpression extends Expression {
    private Expression expression1 = null;
    private Expression expression2 = null;

    public OrExpression(Expression expression1, Expression expression2) {
        this.expression1 = expression1;
        this.expression2 = expression2;
    }

    public boolean interpret(String str) {
        return expression1.interpret(str) || expression2.interpret(str);
    }
}

public class Client {

    /**
     * 构建解析树
     */
    public static Expression buildInterpreterTree() {
        // Literal
        Expression terminal1 = new TerminalExpression("A");
        Expression terminal2 = new TerminalExpression("B");
        Expression terminal3 = new TerminalExpression("C");
        Expression terminal4 = new TerminalExpression("D");
        // B C
        Expression alternation1 = new OrExpression(terminal2, terminal3);
        // A Or (B C)
        Expression alternation2 = new OrExpression(terminal1, alternation1);
        // D And (A Or (B C))
        return new AndExpression(terminal4, alternation2);
    }

    public static void main(String[] args) {
        Expression define = buildInterpreterTree();
        String context1 = "D A";
        String context2 = "A B";
        System.out.println(define.interpret(context1));
        System.out.println(define.interpret(context2));
    }
}

4. 迭代器（Iterator）

Intent

提供一种顺序访问聚合对象元素的方法，而且不暴露聚合对象的内部表示。

Class Diagram

• Aggregate 是聚合类，其中 createIterator() 方法能够产生一个 Iterator；
• Iterator 主要定义了 hasNext() 和 next() 方法。
• Client 组合了 Aggregate，为了迭代遍历 Aggregate，也须要组合 Iterator。

Implementation

public interface Aggregate {
    Iterator createIterator();
}

public class ConcreteAggregate implements Aggregate {

    private Integer[] items;

    public ConcreteAggregate() {
        items = new Integer[10];
        for (int i = 0; i < items.length; i++) {
            items[i] = i;
        }
    }

    @Override
    public Iterator createIterator() {
        return new ConcreteIterator<Integer>(items);
    }
}

public interface Iterator<Item> {

    Item next();

    boolean hasNext();
}

public class ConcreteIterator<Item> implements Iterator {

    private Item[] items;
    private int position = 0;

    public ConcreteIterator(Item[] items) {
        this.items = items;
    }

    @Override
    public Object next() {
        return items[position++];
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return position < items.length;
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Aggregate aggregate = new ConcreteAggregate();
        Iterator<Integer> iterator = aggregate.createIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
}

5. 中介者（Mediator）

Intent

集中相关对象之间复杂的沟通和控制方式。

Class Diagram

• Mediator：中介者，定义一个接口用于与各同事（Colleague）对象通讯。
• Colleague：同事，相关对象

Implementation
Alarm（闹钟）、CoffeePot（咖啡壶）、Calendar（日历）、Sprinkler（喷头）是一组相关的对象，在某个对象的事件产生时须要去操做其它对象,使用中介者模式能够将复杂的依赖结构变成星形结构.

public class Alarm extends Colleague {

    @Override
    public void onEvent(Mediator mediator) {
        mediator.doEvent("alarm");
    }

    public void doAlarm() {
        System.out.println("doAlarm()");
    }
}

public class CoffeePot extends Colleague {
    @Override
    public void onEvent(Mediator mediator) {
        mediator.doEvent("coffeePot");
    }

    public void doCoffeePot() {
        System.out.println("doCoffeePot()");
    }
}

public class Calender extends Colleague {
    @Override
    public void onEvent(Mediator mediator) {
        mediator.doEvent("calender");
    }

    public void doCalender() {
        System.out.println("doCalender()");
    }
}

public class Sprinkler extends Colleague {
    @Override
    public void onEvent(Mediator mediator) {
        mediator.doEvent("sprinkler");
    }

    public void doSprinkler() {
        System.out.println("doSprinkler()");
    }
}

public abstract class Mediator {
    public abstract void doEvent(String eventType);
}

public class ConcreteMediator extends Mediator {
    private Alarm alarm;
    private CoffeePot coffeePot;
    private Calender calender;
    private Sprinkler sprinkler;

    public ConcreteMediator(Alarm alarm, CoffeePot coffeePot, Calender calender, Sprinkler sprinkler) {
        this.alarm = alarm;
        this.coffeePot = coffeePot;
        this.calender = calender;
        this.sprinkler = sprinkler;
    }

    @Override
    public void doEvent(String eventType) {
        switch (eventType) {
            case "alarm":
                doAlarmEvent();
                break;
            case "coffeePot":
                doCoffeePotEvent();
                break;
            case "calender":
                doCalenderEvent();
                break;
            default:
                doSprinklerEvent();
        }
    }

    public void doAlarmEvent() {
        alarm.doAlarm();
        coffeePot.doCoffeePot();
        calender.doCalender();
        sprinkler.doSprinkler();
    }

    public void doCoffeePotEvent() {
        // ...
    }

    public void doCalenderEvent() {
        // ...
    }

    public void doSprinklerEvent() {
        // ...
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Alarm alarm = new Alarm();
        CoffeePot coffeePot = new CoffeePot();
        Calender calender = new Calender();
        Sprinkler sprinkler = new Sprinkler();
        Mediator mediator = new ConcreteMediator(alarm, coffeePot, calender, sprinkler);
        // 闹钟事件到达，调用中介者就能够操做相关对象
        alarm.onEvent(mediator);
    }
}

6. 备忘录（Memento）

Intent

在不违反封装的状况下得到对象的内部状态，从而在须要时能够将对象恢复到最初状态。

Class Diagram

• Originator：原始对象
• Caretaker：负责保存好备忘录
• Menento：备忘录，存储原始对象的的状态。备忘录实际上有两个接口，一个是提供给 Caretaker 的窄接口：它只能将备忘录传递给其它对象；一个是提供给 Originator 的宽接口，容许它访问到先前状态所需的全部数据。理想状况是只容许 Originator 访问本备忘录的内部状态。

Implementation
如下实现了一个简单计算器程序，能够输入两个值，而后计算这两个值的和。备忘录模式容许将这两个值存储起来，而后在某个时刻用存储的状态进行恢复

/**
 * Originator Interface
 */
public interface Calculator {

    // Create Memento
    PreviousCalculationToCareTaker backupLastCalculation();

    // setMemento
    void restorePreviousCalculation(PreviousCalculationToCareTaker memento);

    int getCalculationResult();

    void setFirstNumber(int firstNumber);

    void setSecondNumber(int secondNumber);
}

/**
 * Originator Implementation
 */
public class CalculatorImp implements Calculator {

    private int firstNumber;
    private int secondNumber;

    @Override
    public PreviousCalculationToCareTaker backupLastCalculation() {
        // create a memento object used for restoring two numbers
        return new PreviousCalculationImp(firstNumber, secondNumber);
    }

    @Override
    public void restorePreviousCalculation(PreviousCalculationToCareTaker memento) {
        this.firstNumber = ((PreviousCalculationToOriginator) memento).getFirstNumber();
        this.secondNumber = ((PreviousCalculationToOriginator) memento).getSecondNumber();
    }

    @Override
    public int getCalculationResult() {
        // result is adding two numbers
        return firstNumber + secondNumber;
    }

    @Override
    public void setFirstNumber(int firstNumber) {
        this.firstNumber = firstNumber;
    }

    @Override
    public void setSecondNumber(int secondNumber) {
        this.secondNumber = secondNumber;
    }
}

/**
 * Memento Interface to Originator
 *
 * This interface allows the originator to restore its state
 */
public interface PreviousCalculationToOriginator {
    int getFirstNumber();
    int getSecondNumber();
}

/**
 *  Memento interface to CalculatorOperator (Caretaker)
 */
public interface PreviousCalculationToCareTaker {
    // no operations permitted for the caretaker
}

/**
 * Memento Object Implementation
 * <p>
 * Note that this object implements both interfaces to Originator and CareTaker
 */
public class PreviousCalculationImp implements PreviousCalculationToCareTaker,
        PreviousCalculationToOriginator {

    private int firstNumber;
    private int secondNumber;

    public PreviousCalculationImp(int firstNumber, int secondNumber) {
        this.firstNumber = firstNumber;
        this.secondNumber = secondNumber;
    }

    @Override
    public int getFirstNumber() {
        return firstNumber;
    }

    @Override
    public int getSecondNumber() {
        return secondNumber;
    }
}

/**
 * CareTaker object
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // program starts
        Calculator calculator = new CalculatorImp();

        // assume user enters two numbers
        calculator.setFirstNumber(10);
        calculator.setSecondNumber(100);

        // find result
        System.out.println(calculator.getCalculationResult());

        // Store result of this calculation in case of error
        PreviousCalculationToCareTaker memento = calculator.backupLastCalculation();

        // user enters a number
        calculator.setFirstNumber(17);

        // user enters a wrong second number and calculates result
        calculator.setSecondNumber(-290);

        // calculate result
        System.out.println(calculator.getCalculationResult());

        // user hits CTRL + Z to undo last operation and see last result
        calculator.restorePreviousCalculation(memento);

        // result restored
        System.out.println(calculator.getCalculationResult());
    }
}

JDK

• java.io.Serializable

7. 观察者（Observer）

Intent
定义对象之间的一对多依赖，当一个对象状态改变时，它的全部依赖都会收到通知而且自动更新状态。

主题（Subject）是被观察的对象，而其全部依赖者（Observer）称为观察者

Class Diagram
主题（Subject）具备注册和移除观察者、并通知全部观察者的功能，主题是经过维护一张观察者列表来实现这些操做的。

观察者（Observer）的注册功能须要调用主题的 registerObserver() 方法。

Implementation
天气数据布告板会在天气信息发生改变时更新其内容，布告板有多个，而且在未来会继续增长。

public interface Subject { void registerObserver(Observer o);
 void removeObserver(Observer o);

 void notifyObserver();
 }

public class WeatherData implements Subject {
    private List<Observer> observers;
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;

    public WeatherData() {
        observers = new ArrayList<>();
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        notifyObserver();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        observers.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        int i = observers.indexOf(o);
        if (i >= 0) {
            observers.remove(i);
        }
    }

    @Override
    public void notifyObserver() {
        for (Observer o : observers) {
            o.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }
}

public interface Observer {
    void update(float temp, float humidity, float pressure);
}

public class StatisticsDisplay implements Observer {

    public StatisticsDisplay(Subject weatherData) {
        weatherData.reisterObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        System.out.println("StatisticsDisplay.update: " + temp + " " + humidity + " " + pressure);
    }
}

public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {

    public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
        weatherData.registerObserver(this);
    }

    @Override
    public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
        System.out.println("CurrentConditionsDisplay.update: " + temp + " " + humidity + " " + pressure);
    }
}

public class WeatherStation {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherData weatherData = new WeatherData();
        CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
        StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);

        weatherData.setMeasurements(0, 0, 0);
        weatherData.setMeasurements(1, 1, 1);
    }
}

JDK

• java.util.Observer
• java.util.EventListener
• javax.servlet.http.HttpSessionBindingListener
• RxJava

8. 状态（State）

Intent

容许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它所属的类。

Class Diagram

Implementation
糖果销售机有多种状态，每种状态下销售机有不一样的行为，状态能够发生转移，使得销售机的行为也发生改变

public interface State { /** * 投入 25 分钱 */ void insertQuarter();
   /**
    * 退回 25 分钱
    */
   void ejectQuarter();

  /**
    * 转动曲柄
    */
   void turnCrank();

   /**
    * 发放糖果
    */
   void dispense();
   }

public class HasQuarterState implements State {

    private GumballMachine gumballMachine;

    public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("You can't insert another quarter");
    }

    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("Quarter returned");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
    }

    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("You turned...");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState());
    }

    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("No gumball dispensed");
    }
}

public class NoQuarterState implements State {

    GumballMachine gumballMachine;

    public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("You insert a quarter");
        gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState());
    }

    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("You haven't insert a quarter");
    }

    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("You turned, but there's no quarter");
    }

    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("You need to pay first");
    }
}

public class SoldOutState implements State {

    GumballMachine gumballMachine;

    public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("You can't insert a quarter, the machine is sold out");
    }

    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("You can't eject, you haven't inserted a quarter yet");
    }

    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("You turned, but there are no gumballs");
    }

    @Override
    public void dispense() {
        System.out.println("No gumball dispensed");
    }
}

public class SoldState implements State {

    GumballMachine gumballMachine;

    public SoldState(GumballMachine gumballMachine) {
        this.gumballMachine = gumballMachine;
    }

    @Override
    public void insertQuarter() {
        System.out.println("Please wait, we're already giving you a gumball");
    }

    @Override
    public void ejectQuarter() {
        System.out.println("Sorry, you already turned the crank");
    }

    @Override
    public void turnCrank() {
        System.out.println("Turning twice doesn't get you another gumball!");
    }

    @Override
    public void dispense() {
        gumballMachine.releaseBall();
        if (gumballMachine.getCount() > 0) {
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
        } else {
            System.out.println("Oops, out of gumballs");
            gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());
        }
    }
}

public class GumballMachine {

    private State soldOutState;
    private State noQuarterState;
    private State hasQuarterState;
    private State soldState;

    private State state;
    private int count = 0;

    public GumballMachine(int numberGumballs) {
        count = numberGumballs;
        soldOutState = new SoldOutState(this);
        noQuarterState = new NoQuarterState(this);
        hasQuarterState = new HasQuarterState(this);
        soldState = new SoldState(this);

        if (numberGumballs > 0) {
            state = noQuarterState;
        } else {
            state = soldOutState;
        }
    }

    public void insertQuarter() {
        state.insertQuarter();
    }

    public void ejectQuarter() {
        state.ejectQuarter();
    }

    public void turnCrank() {
        state.turnCrank();
        state.dispense();
    }

    public void setState(State state) {
        this.state = state;
    }

    public void releaseBall() {
        System.out.println("A gumball comes rolling out the slot...");
        if (count != 0) {
            count -= 1;
        }
    }

    public State getSoldOutState() {
        return soldOutState;
    }

    public State getNoQuarterState() {
        return noQuarterState;
    }

    public State getHasQuarterState() {
        return hasQuarterState;
    }

    public State getSoldState() {
        return soldState;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        GumballMachine gumballMachine = new GumballMachine(5);

        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();

        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.ejectQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();

        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        gumballMachine.ejectQuarter();

        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
        gumballMachine.insertQuarter();
        gumballMachine.turnCrank();
    }
}

9. 策略（Strategy）

Intent

定义一系列算法，封装每一个算法，并使它们能够互换。

策略模式可让算法独立于使用它的客户端。

Class Diagram

• Strategy 接口定义了一个算法族，它们都实现了 behavior() 方法。
• Context 是使用到该算法族的类，其中的 doSomething() 方法会调用 behavior()，setStrategy(Strategy) 方法能够动态地改变 strategy 对象，也就是说能动态地改变 Context 所使用的算法

与状态模式的比较
状态模式的类图和策略模式相似，而且都是可以动态改变对象的行为。可是状态模式是经过状态转移来改变 Context 所组合的 State 对象，而策略模式是经过 Context 自己的决策来改变组合的 Strategy 对象。所谓的状态转移，是指 Context 在运行过程当中因为一些条件发生改变而使得 State 对象发生改变，注意必需要是在运行过程当中。

状态模式主要是用来解决状态转移的问题，当状态发生转移了，那么 Context 对象就会改变它的行为；而策略模式主要是用来封装一组能够互相替代的算法族，而且能够根据须要动态地去替换 Context 使用的算法。

Implementation
设计一个鸭子，它能够动态地改变叫声。这里的算法族是鸭子的叫声行为。

public interface QuackBehavior {
    void quack();
}

public class Quack implements QuackBehavior {
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("quack!");
    }
}

public class Squeak implements QuackBehavior{
    @Override
    public void quack() {
        System.out.println("squeak!");
    }
}

public class Duck {

    private QuackBehavior quackBehavior;

    public void performQuack() {
        if (quackBehavior != null) {
            quackBehavior.quack();
        }
    }

    public void setQuackBehavior(QuackBehavior quackBehavior) {
        this.quackBehavior = quackBehavior;
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Duck duck = new Duck();
        duck.setQuackBehavior(new Squeak());
        duck.performQuack();
        duck.setQuackBehavior(new Quack());
        duck.performQuack();
    }
}

JDK

• java.util.Comparator#compare()
• javax.servlet.http.HttpServlet
• javax.servlet.Filter#doFilter()

10. 模板方法（Template Method）

Intent

定义算法框架，并将一些步骤的实现延迟到子类。

经过模板方法，子类能够从新定义算法的某些步骤，而不用改变算法的结构。

Class Diagram
Implementation
冲咖啡和冲茶都有相似的流程，可是某些步骤会有点不同，要求复用那些相同步骤的代码

public abstract class CaffeineBeverage {
 final void prepareRecipe() {
     boilWater();
     brew();
     pourInCup();
     addCondiments();
 }

 abstract void brew();

 abstract void addCondiments();

 void boilWater() {
     System.out.println("boilWater");
 }

 void pourInCup() {
     System.out.println("pourInCup");
 }

public class Coffee extends CaffeineBeverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("Coffee.brew");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("Coffee.addCondiments");
    }
}

public class Tea extends CaffeineBeverage {
    @Override
    void brew() {
        System.out.println("Tea.brew");
    }

    @Override
    void addCondiments() {
        System.out.println("Tea.addCondiments");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CaffeineBeverage caffeineBeverage = new Coffee();
        caffeineBeverage.prepareRecipe();
        System.out.println("-----------");
        caffeineBeverage = new Tea();
        caffeineBeverage.prepareRecipe();
    }
}

JDK

• java.util.Collections#sort()
• java.io.InputStream#skip()
• java.io.InputStream#read()
• java.util.AbstractList#indexOf()

11. 访问者（Visitor）

Intent

为一个对象结构（好比组合结构）增长新能力。

Class Diagram

• Visitor：访问者，为每个 ConcreteElement 声明一个 visit 操做
• ConcreteVisitor：具体访问者，存储遍历过程当中的累计结果
• ObjectStructure：对象结构，能够是组合结构，或者是一个集合。

Implementation

public interface Element {
    void accept(Visitor visitor);
}

class CustomerGroup {

    private List<Customer> customers = new ArrayList<>();

    void accept(Visitor visitor) {
        for (Customer customer : customers) {
            customer.accept(visitor);
        }
    }

    void addCustomer(Customer customer) {
        customers.add(customer);
    }
}

public class Customer implements Element {

    private String name;
    private List<Order> orders = new ArrayList<>();

    Customer(String name) {
        this.name = name;
    }

    String getName() {
        return name;
    }

    void addOrder(Order order) {
        orders.add(order);
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
        for (Order order : orders) {
            order.accept(visitor);
        }
    }
}

public class Order implements Element {

    private String name;
    private List<Item> items = new ArrayList();

    Order(String name) {
        this.name = name;
    }

    Order(String name, String itemName) {
        this.name = name;
        this.addItem(new Item(itemName));
    }

    String getName() {
        return name;
    }

    void addItem(Item item) {
        items.add(item);
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);

        for (Item item : items) {
            item.accept(visitor);
        }
    }
}

public class Item implements Element {

    private String name;

    Item(String name) {
        this.name = name;
    }

    String getName() {
        return name;
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        visitor.visit(this);
    }
}

public interface Visitor {
    void visit(Customer customer);

    void visit(Order order);

    void visit(Item item);
}

public class GeneralReport implements Visitor {

    private int customersNo;
    private int ordersNo;
    private int itemsNo;

    public void visit(Customer customer) {
        System.out.println(customer.getName());
        customersNo++;
    }

    public void visit(Order order) {
        System.out.println(order.getName());
        ordersNo++;
    }

    public void visit(Item item) {
        System.out.println(item.getName());
        itemsNo++;
    }

    public void displayResults() {
        System.out.println("Number of customers: " + customersNo);
        System.out.println("Number of orders:    " + ordersNo);
        System.out.println("Number of items:     " + itemsNo);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Customer customer1 = new Customer("customer1");
        customer1.addOrder(new Order("order1", "item1"));
        customer1.addOrder(new Order("order2", "item1"));
        customer1.addOrder(new Order("order3", "item1"));

        Order order = new Order("order_a");
        order.addItem(new Item("item_a1"));
        order.addItem(new Item("item_a2"));
        order.addItem(new Item("item_a3"));
        Customer customer2 = new Customer("customer2");
        customer2.addOrder(order);

        CustomerGroup customers = new CustomerGroup();
        customers.addCustomer(customer1);
        customers.addCustomer(customer2);

        GeneralReport visitor = new GeneralReport();
        customers.accept(visitor);
        visitor.displayResults();
    }
}

JDK

• javax.lang.model.element.Element and javax.lang.model.element.ElementVisitor
• javax.lang.model.type.TypeMirror and javax.lang.model.type.TypeVisitor

12. 空对象（Null）

Intent

使用什么都不作的空对象来代替 NULL。

一个方法返回 NULL，意味着方法的调用端须要去检查返回值是不是 NULL，这么作会致使很是多的冗余的检查代码。而且若是某一个调用端忘记了作这个检查返回值，而直接使用返回的对象，那么就有可能抛出空指针异常。

Class Diagram

Implementation

public abstract class AbstractOperation {
    abstract void request();
}

public class RealOperation extends AbstractOperation {
    @Override
    void request() {
        System.out.println("do something");
    }
}

public class NullOperation extends AbstractOperation{
    @Override
    void request() {
        // do nothing
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractOperation abstractOperation = func(-1);
        abstractOperation.request();
    }

    public static AbstractOperation func(int para) {
        if (para < 0) {
            return new NullOperation();
        }
        return new RealOperation();
    }
}

4、结构型

1. 适配器（Adapter）

Intent
把一个类接口转换成另外一个用户须要的接口

Implementation
鸭子（Duck）和火鸡（Turkey）拥有不一样的叫声，Duck 的叫声调用 quack() 方法，而 Turkey 调用 gobble() 方法。

要求将 Turkey 的 gobble() 方法适配成 Duck 的 quack() 方法，从而让火鸡冒充鸭子！

public interface Duck {
    void quack();
}

public interface Turkey {
    void gobble();
}

public class WildTurkey implements Turkey {
    @Override
    public void gobble() {
        System.out.println("gobble!");
    }
}

public class TurkeyAdapter implements Duck {
    Turkey turkey;

    public TurkeyAdapter(Turkey turkey) {
        this.turkey = turkey;
    }

    @Override
    public void quack() {
        turkey.gobble();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Turkey turkey = new WildTurkey();
        Duck duck = new TurkeyAdapter(turkey);
        duck.quack();
    }
}

JDK

• java.util.Arrays#asList()
• java.util.Collections#list()
• java.util.Collections#enumeration()
• javax.xml.bind.annotation.adapters.XMLAdapter

2. 桥接（Bridge）

Intent

将抽象与实现分离开来，使它们能够独立变化。

Class Diagram

• Abstraction：定义抽象类的接口
• Implementor：定义实现类接口

Implementation
RemoteControl 表示遥控器，指代 Abstraction。

TV 表示电视，指代 Implementor。

桥接模式将遥控器和电视分离开来，从而能够独立改变遥控器或者电视的实现。

public abstract class TV {
    public abstract void on();

    public abstract void off();

    public abstract void tuneChannel();
}

public class Sony extends TV {
    @Override
    public void on() {
        System.out.println("Sony.on()");
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("Sony.off()");
    }

    @Override
    public void tuneChannel() {
        System.out.println("Sony.tuneChannel()");
    }
}

public class RCA extends TV {
    @Override
    public void on() {
        System.out.println("RCA.on()");
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("RCA.off()");
    }

    @Override
    public void tuneChannel() {
        System.out.println("RCA.tuneChannel()");
    }
}

public abstract class RemoteControl {
    protected TV tv;

    public RemoteControl(TV tv) {
        this.tv = tv;
    }

    public abstract void on();

    public abstract void off();

    public abstract void tuneChannel();
}

public class ConcreteRemoteControl1 extends RemoteControl {
    public ConcreteRemoteControl1(TV tv) {
        super(tv);
    }

    @Override
    public void on() {
        System.out.println("ConcreteRemoteControl1.on()");
        tv.on();
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("ConcreteRemoteControl1.off()");
        tv.off();
    }

    @Override
    public void tuneChannel() {
        System.out.println("ConcreteRemoteControl1.tuneChannel()");
        tv.tuneChannel();
    }
}

public class ConcreteRemoteControl2 extends RemoteControl {
    public ConcreteRemoteControl2(TV tv) {
        super(tv);
    }

    @Override
    public void on() {
        System.out.println("ConcreteRemoteControl2.on()");
        tv.on();
    }

    @Override
    public void off() {
        System.out.println("ConcreteRemoteControl2.off()");
        tv.off();
    }

    @Override
    public void tuneChannel() {
        System.out.println("ConcreteRemoteControl2.tuneChannel()");
        tv.tuneChannel();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        RemoteControl remoteControl1 = new ConcreteRemoteControl1(new RCA());
        remoteControl1.on();
        remoteControl1.off();
        remoteControl1.tuneChannel();
        RemoteControl remoteControl2 = new ConcreteRemoteControl2(new Sony());
         remoteControl2.on();
         remoteControl2.off();
         remoteControl2.tuneChannel();
    }
}

JDK

• AWT (It provides an abstraction layer which maps onto the native OS the windowing support.)
• JDBC

3. 组合（Composite）

Intent

将对象组合成树形结构来表示“总体/部分”层次关系，容许用户以相同的方式处理单独对象和组合对象。

Class Diagram

组件（Component）类是组合类（Composite）和叶子类（Leaf）的父类，能够把组合类当作是树的中间节点。

组合对象拥有一个或者多个组件对象，所以组合对象的操做能够委托给组件对象去处理，而组件对象能够是另外一个组合对象或者叶子对象。

Implementation

public abstract class Component {
    protected String name;

    public Component(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void print() {
        print(0);
    }

    abstract void print(int level);

    abstract public void add(Component component);

    abstract public void remove(Component component);
}

public class Composite extends Component {

    private List<Component> child;

    public Composite(String name) {
        super(name);
        child = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    void print(int level) {
        for (int i = 0; i < level; i++) {
            System.out.print("--");
        }
        System.out.println("Composite:" + name);
        for (Component component : child) {
            component.print(level + 1);
        }
    }

    @Override
    public void add(Component component) {
        child.add(component);
    }

    @Override
    public void remove(Component component) {
        child.remove(component);
    }
}

public class Leaf extends Component {
    public Leaf(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    void print(int level) {
        for (int i = 0; i < level; i++) {
            System.out.print("--");
        }
        System.out.println("left:" + name);
    }

    @Override
    public void add(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException(); // 牺牲透明性换取单一职责原则，这样就不用考虑是叶子节点仍是组合节点
    }

    @Override
    public void remove(Component component) {
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Composite root = new Composite("root");
        Component node1 = new Leaf("1");
        Component node2 = new Composite("2");
        Component node3 = new Leaf("3");
        root.add(node1);
        root.add(node2);
        root.add(node3);
        Component node21 = new Leaf("21");
        Component node22 = new Composite("22");
        node2.add(node21);
        node2.add(node22);
        Component node221 = new Leaf("221");
        node22.add(node221);
        root.print();
    }
}

JDK

• javax.swing.JComponent#add(Component)
• java.awt.Container#add(Component)
• java.util.Map#putAll(Map)
• java.util.List#addAll(Collection)
• java.util.Set#addAll(Collection)

4. 装饰（Decorator）

Intent

为对象动态添加功能。

Class Diagram

装饰者（Decorator）和具体组件（ConcreteComponent）都继承自组件（Component），具体组件的方法实现不须要依赖于其它对象，而装饰者组合了一个组件，这样它能够装饰其它装饰者或者具体组件。所谓装饰，就是把这个装饰者套在被装饰者之上，从而动态扩展被装饰者的功能。装饰者的方法有一部分是本身的，这属于它的功能，而后调用被装饰者的方法实现，从而也保留了被装饰者的功能。能够看到，具体组件应当是装饰层次的最低层，由于只有具体组件的方法实现不须要依赖于其它对象。

Implementation
设计不一样种类的饮料，饮料能够添加配料，好比能够添加牛奶，而且支持动态添加新配料。每增长一种配料，该饮料的价格就会增长，要求计算一种饮料的价格。

下图表示在 DarkRoast 饮料上新增新添加 Mocha 配料，以后又添加了 Whip 配料。DarkRoast 被 Mocha 包裹，Mocha 又被 Whip 包裹。它们都继承自相同父类，都有 cost() 方法，外层类的 cost() 方法调用了内层类的 cost() 方法。

public interface Beverage { double cost(); } ```
public class DarkRoast implements Beverage {
    @Override
    public double cost() {
        return 1;
    }
}

public class HouseBlend implements Beverage {
    @Override
    public double cost() {
        return 1;
    }
}

public abstract class CondimentDecorator implements Beverage {
    protected Beverage beverage;
}

public class Milk extends CondimentDecorator {

    public Milk(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 1 + beverage.cost();
    }
}

public class Mocha extends CondimentDecorator {

    public Mocha(Beverage beverage) {
        this.beverage = beverage;
    }

    @Override
    public double cost() {
        return 1 + beverage.cost();
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Beverage beverage = new HouseBlend();
        beverage = new Mocha(beverage);
        beverage = new Milk(beverage);
        System.out.println(beverage.cost());
    }
}

设计原则
类应该对扩展开放，对修改关闭：也就是添加新功能时不须要修改代码。饮料能够动态添加新的配料，而不须要去修改饮料的代码。

不可能把全部的类设计成都知足这一原则，应当把该原则应用于最有可能发生改变的地方。

5. 外观（Facade）

Intent

提供了一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口，从而让子系统更容易使用。

Class Diagram
Implementation
观看电影须要操做不少电器，使用外观模式实现一键看电影功能。

public class SubSystem {
    public void turnOnTV() {
        System.out.println("turnOnTV()");
    }

    public void setCD(String cd) {
        System.out.println("setCD( " + cd + " )");
    }

    public void startWatching(){
        System.out.println("startWatching()");
    }
}

public class Facade {
    private SubSystem subSystem = new SubSystem();

    public void watchMovie() {
        subSystem.turnOnTV();
        subSystem.setCD("a movie");
        subSystem.startWatching();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Facade facade = new Facade();
        facade.watchMovie();
    }
}

设计原则
最少知识原则：只和你的密友谈话。也就是说客户对象所须要交互的对象应当尽量少。

6. 享元（Flyweight）

Intent

利用共享的方式来支持大量细粒度的对象，这些对象一部份内部状态是相同的。

Class Diagram

• Flyweight：享元对象
• IntrinsicState：内部状态，享元对象共享内部状态
• ExtrinsicState：外部状态，每一个享元对象的外部状态不一样

Implementation

public interface Flyweight {
    void doOperation(String extrinsicState);
}

public class ConcreteFlyweight implements Flyweight {

    private String intrinsicState;

    public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
        this.intrinsicState = intrinsicState;
    }

    @Override
    public void doOperation(String extrinsicState) {
        System.out.println("Object address: " + System.identityHashCode(this));
        System.out.println("IntrinsicState: " + intrinsicState);
        System.out.println("ExtrinsicState: " + extrinsicState);
    }
}

public class FlyweightFactory {

    private HashMap<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();

    Flyweight getFlyweight(String intrinsicState) {
        if (!flyweights.containsKey(intrinsicState)) {
            Flyweight flyweight = new ConcreteFlyweight(intrinsicState);
            flyweights.put(intrinsicState, flyweight);
        }
        return flyweights.get(intrinsicState);
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        FlyweightFactory factory = new FlyweightFactory();
        Flyweight flyweight1 = factory.getFlyweight("aa");
        Flyweight flyweight2 = factory.getFlyweight("aa");
        flyweight1.doOperation("x");
        flyweight2.doOperation("y");
    }
}

JDK
Java 利用缓存来加速大量小对象的访问时间。

• java.lang.Integer#valueOf(int)
• java.lang.Boolean#valueOf(boolean)
• java.lang.Byte#valueOf(byte)
• java.lang.Character#valueOf(char)

7. 代理（Proxy）

Intent

控制对其它对象的访问。

Class Diagram

代理有如下四类：

• 远程代理（Remote Proxy）：控制对远程对象（不一样地址空间）的访问，它负责将请求及其参数进行编码，并向不一样地址空间中的对象发送已经编码的请求。
• 虚拟代理（Virtual Proxy）：根据须要建立开销很大的对象，它能够缓存实体的附加信息，以便延迟对它的访问，例如在网站加载一个很大图片时，不能立刻完成，能够用虚拟代理缓存图片的大小信息，而后生成一张临时图片代替原始图片。
• 保护代理（Protection Proxy）：按权限控制对象的访问，它负责检查调用者是否具备实现一个请求所必须的访问权限。
• 智能代理（Smart Reference）：取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操做：记录对象的引用次数；当第一次引用一个对象时，将它装入内存；在访问一个实际对象前，检查是否已经锁定了它，以确保其它对象不能改变它

Implementation
如下是一个虚拟代理的实现，模拟了图片延迟加载的状况下使用与图片大小相等的临时内容去替换原始图片，直到图片加载完成才将图片显示出来。

public interface Image {
    void showImage();
}

public class HighResolutionImage implements Image {

    private URL imageURL;
    private long startTime;
    private int height;
    private int width;

    public int getHeight() {
        return height;
    }

    public int getWidth() {
        return width;
    }

    public HighResolutionImage(URL imageURL) {
        this.imageURL = imageURL;
        this.startTime = System.currentTimeMillis();
        this.width = 600;
        this.height = 600;
    }

    public boolean isLoad() {
        // 模拟图片加载，延迟 3s 加载完成
        long endTime = System.currentTimeMillis();
        return endTime - startTime > 3000;
    }

    @Override
    public void showImage() {
        System.out.println("Real Image: " + imageURL);
    }
}

public class ImageProxy implements Image {

    private HighResolutionImage highResolutionImage;

    public ImageProxy(HighResolutionImage highResolutionImage) {
        this.highResolutionImage = highResolutionImage;
    }

    @Override
    public void showImage() {
        while (!highResolutionImage.isLoad()) {
            try {
                System.out.println("Temp Image: " + highResolutionImage.getWidth() + " " + highResolutionImage.getHeight());
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        highResolutionImage.showImage();
    }
}

public class ImageViewer {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String image = "http://image.jpg";
        URL url = new URL(image);
        HighResolutionImage highResolutionImage = new HighResolutionImage(url);
        ImageProxy imageProxy = new ImageProxy(highResolutionImage);
        imageProxy.showImage();
    }
}

JDK

• java.lang.reflect.Proxy
• RMI

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