设计模式一(转载)

  设计模式（Design Patterns）

                                  ——可复用面向对象软件的基础

设 计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、通过分类编目的、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同样。项目中合理的运用 设计模式能够完美的解决不少问题，每种模式在如今中都有相应的原理来与之对应，每个模式描述了一个在咱们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决 方案，这也是它能被普遍应用的缘由。本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之设计模式，咱们会以理论与实践相结合的方式来进行本章的学习，但愿广大程序爱好者，学好设计模式，作一个优秀的软件工程师！

1、设计模式的分类

整体来讲设计模式分为三大类：

建立型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

其实还有两类：并发型模式和线程池模式。用一个图片来总体描述一下：

2、设计模式的六大原则

一、开闭原则（Open Close Principle）

开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序须要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。因此一句话归纳就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，咱们须要使用接口和抽象类，后面的具体设计中咱们会提到这点。

二、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里 氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类能够出现的地方，子类必定能够出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类能够替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也可以在基类的基础上增长新的行为。里 氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，因此里氏代换原则是对实现 抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科

三、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

四、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。仍是一个下降类之间的耦合度的意思，从这儿咱们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。因此上文中屡次出现：下降依赖，下降耦合。

五、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

为何叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽可能少的与其余实体之间发生相互做用，使得系统功能模块相对独立。

六、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

原则是尽可能使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

3、Java的23中设计模式

从这一块开始，咱们详细介绍Java中23种设计模式的概念，应用场景等状况，并结合他们的特色及设计模式的原则进行分析。

一、工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式分为三种：

十一、普通工厂模式，就是创建一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的建立。首先看下关系图：

举例以下：（咱们举一个发送邮件和短信的例子）

首先，建立两者的共同接口：

public interface Sender {
    public void Send();
}

其次，建立实现类：

public class MailSender implements Sender {
    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("this is mailsender!");
    }
}

public class SmsSender implements Sender {

    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("this is sms sender!");
    }
}

最后，建工厂类：

public class SendFactory {

    public Sender produce(String type) {
        if ("mail".equals(type)) {
            return new MailSender();
        } else if ("sms".equals(type)) {
            return new SmsSender();
        } else {
            System.out.println("请输入正确的类型!");
            return null;
        }
    }
}

咱们来测试下：

public class FactoryTest {

    public static void main(String[] args) {
        SendFactory factory = new SendFactory();
        Sender sender = factory.produce("sms");
        sender.Send();
    }
}

输出：this is sms sender!

2二、多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，若是传递的字符串出错，则不能正确建立对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别建立对象。关系图：

将上面的代码作下修改，改动下SendFactory类就行，以下：

public class SendFactory {

    public Sender produceMail(){
        return new MailSender();
    }

    public Sender produceSms(){
        return new SmsSender();
    }
}

测试类以下：

public class FactoryTest {

    public static void main(String[] args) {
        SendFactory factory = new SendFactory();
        Sender sender = factory.produceMail();
        sender.Send();
    }
}

输出：this is mailsender!

3三、静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不须要建立实例，直接调用便可。

public class SendFactory {

    public static Sender produceMail(){
        return new MailSender();
    }

    public static Sender produceSms(){
        return new SmsSender();
    }
}

public class FactoryTest {

    public static void main(String[] args) {
        Sender sender = SendFactory.produceMail();
        sender.Send();
    }
}

输出：this is mailsender!

总 体来讲，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品须要建立，而且具备共同的接口时，能够经过工厂方法模式进行建立。在以上的三种模式中，第一种若是传入的字符 串有误，不能正确建立对象，第三种相对于第二种，不须要实例化工厂类，因此，大多数状况下，咱们会选用第三种——静态工厂方法模式。

二、抽象工厂模式（Abstract Factory）

工 厂方法模式有一个问题就是，类的建立依赖工厂类，也就是说，若是想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，因此，从设计角度考虑，有必定的 问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，建立多个工厂类，这样一旦须要增长新的功能，直接增长新的工厂类就能够了，不须要修改以前的代码。由于抽象工厂不太 好理解，咱们先看看图，而后就和代码，就比较容易理解。

请看例子：

public interface Sender {
    public void Send();
}

两个实现类：

public class MailSender implements Sender {
    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("this is mailsender!");
    }
}

public class SmsSender implements Sender {

    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("this is sms sender!");
    }
}

两个工厂类：

public class SendMailFactory implements Provider {

    @Override
    public Sender produce(){
        return new MailSender();
    }
}

public class SendSmsFactory implements Provider{

    @Override
    public Sender produce() {
        return new SmsSender();
    }
}

在提供一个接口：

public interface Provider {
    public Sender produce();
}

测试类：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Provider provider = new SendMailFactory();
        Sender sender = provider.produce();
        sender.Send();
    }
}

其实这个模式的好处就是，若是你如今想增长一个功能：发及时信息，则只需作一个实现类，实现Sender接口，同时作一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样作，拓展性较好！

三、单例模式（Singleton）

单例对象（Singleton）是一种经常使用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

一、某些类建立比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

二、省去了new操做符，下降了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

三、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，若是该类能够建立多个的话，系统彻底乱了。（好比一个军队出现了多个司令员同时指挥，确定会乱成一团），因此只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

首先咱们写一个简单的单例类：

public class Singleton {

    /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
    private static Singleton instance = null;

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 静态工程方法，建立实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

    /* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
    public Object readResolve() {
        return instance;
    }
}

这个类能够知足基本要求，可是，像这样毫无线程安全保护的类，若是咱们把它放入多线程的环境下，确定就会出现问题了，如何解决？咱们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，以下：

public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

可是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所降低，由于每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次建立对象的时候须要加锁，以后就不须要了，因此，这个地方须要改进。咱们改为下面这个：

public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (instance) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

似 乎解决了以前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不须要加锁的，只有在instance为null，并建立 对象的时候才须要加锁，性能有必定的提高。可是，这样的状况，仍是有可能有问题的，看下面的状况：在Java指令中建立对象和赋值操做是分开进行的，也就 是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。可是JVM并不保证这两个操做的前后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间， 而后直接赋值给instance成员，而后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，咱们以A、B两个线程为例：

a>A、B线程同时进入了第一个if判断

b>A首先进入synchronized块，因为instance为null，因此它执行instance = new Singleton();

c>因为JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），而后A离开了synchronized块。

d>B进入synchronized块，因为instance此时不是null，所以它立刻离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，因而错误发生了。

因此程序仍是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点咱们就能够看出，尤为是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。咱们对该程序作进一步优化：

private static class SingletonFactory{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonFactory.instance;
    }

实 际状况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制可以保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当咱们第一次调用 getInstance的时候，JVM可以帮咱们保证instance只被建立一次，而且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样咱们就不 用担忧上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样咱们暂时总结一个完美的单例模式：

public class Singleton {

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private Singleton() {
    }

    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
    private static class SingletonFactory {
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }

    /* 获取实例 */
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonFactory.instance;
    }

    /* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
    public Object readResolve() {
        return getInstance();
    }
}

其 实说它完美，也不必定，若是在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到建立，也会出错。因此说，十分完美的东西是没有的，咱们只能根据实际状况，选择最适合 本身应用场景的实现方法。也有人这样实现：由于咱们只须要在建立类的时候进行同步，因此只要将建立和getInstance()分开，单独为建立加 synchronized关键字，也是能够的：

public class SingletonTest {

    private static SingletonTest instance = null;

    private SingletonTest() {
    }

    private static synchronized void syncInit() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonTest();
        }
    }

    public static SingletonTest getInstance() {
        if (instance == null) {
            syncInit();
        }
        return instance;
    }
}

考虑性能的话，整个程序只需建立一次实例，因此性能也不会有什么影响。

补充：采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

public class SingletonTest {

    private static SingletonTest instance = null;
    private Vector properties = null;

    public Vector getProperties() {
        return properties;
    }

    private SingletonTest() {
    }

    private static synchronized void syncInit() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonTest();
        }
    }

    public static SingletonTest getInstance() {
        if (instance == null) {
            syncInit();
        }
        return instance;
    }

    public void updateProperties() {
        SingletonTest shadow = new SingletonTest();
        properties = shadow.getProperties();
    }
}

经过单例模式的学习告诉咱们：

一、单例模式理解起来简单，可是具体实现起来仍是有必定的难度。

二、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，必定要在恰当的地方使用（注意须要使用锁的对象和过程，可能有的时候并非整个对象及整个过程都须要锁）。

到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者忽然想到另外一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处两者有什么不一样？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是能够的，可是那样就破坏了静态了。由于接口中不容许有static修饰的方法，因此即便实现了也是非静态的）

其次，单例能够被延迟初始化，静态类通常在第一次加载是初始化。之因此延迟加载，是由于有些类比较庞大，因此延迟加载有助于提高性能。

再次，单例类能够被继承，他的方法能够被覆写。可是静态类内部方法都是static，没法被覆写。

最 后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要知足单例的基本需求，你能够在里面为所欲为的实现一些其它功能，可是静态类不行。从 上面这些归纳中，基本能够看出两者的区别，可是，从另外一方面讲，咱们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，因此，两者有很大的关 联，只是咱们考虑问题的层面不一样罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现同样，其实生活中不少事情都是 这样，单用不一样的方法来处理问题，老是有优势也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优势，才能最好的解决问题！

四、建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是建立单个类的模式，而建造者模式则是将各类产品集中起来进行管理，用来建立复合对象，所谓复合对象就是指某个类具备不一样的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来获得的。咱们看一下代码：

还和前面同样，一个Sender接口，两个实现类MailSender和SmsSender。最后，建造者类以下：

public class Builder {

    private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();

    public void produceMailSender(int count){
        for(int i=0; i<count; i++){
            list.add(new MailSender());
        }
    }

    public void produceSmsSender(int count){
        for(int i=0; i<count; i++){
            list.add(new SmsSender());
        }
    }
}

测试类：

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Builder builder = new Builder();
        builder.produceMailSender(10);
    }
}

从这点看出，建造者模式将不少功能集成到一个类里，这个类能够创造出比较复杂的东西。因此与工程模式的区别就是：工厂模式关注的是建立单个产品，而建造者模式则关注建立符合对象，多个部分。所以，是选择工厂模式仍是建造者模式，依实际状况而定。

五、原型模式（Prototype）

原型模式虽然是建立型的模式，可是与工程模式没有关系，从名字便可看出，该模式的思想就是将一个对象做为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象相似的新对象。本小结会经过对象的复制，进行讲解。在Java中，复制对象是经过clone()实现的，先建立一个原型类：

public class Prototype implements Cloneable {

    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Prototype proto = (Prototype) super.clone();
        return proto;
    }
}

很 简单，一个原型类，只须要实现Cloneable接口，覆写clone方法，此处clone方法能够改为任意的名称，由于Cloneable接口是个空接 口，你能够任意定义实现类的方法名，如cloneA或者cloneB，由于此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调 用的是Object的clone()方法，而在Object类中，clone()是native的，具体怎么实现，我会在另外一篇文章中，关于解读Java 中本地方法的调用，此处再也不深究。在这儿，我将结合对象的浅复制和深复制来讲一下，首先须要了解对象深、浅复制的概念：

浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会从新建立，而引用类型，指向的仍是原对象所指向的。

深复制：将一个对象复制后，不管是基本数据类型还有引用类型，都是从新建立的。简单来讲，就是深复制进行了彻底完全的复制，而浅复制不完全。

此处，写一个深浅复制的例子：

public class Prototype implements Cloneable, Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String string;

    private SerializableObject obj;

    /* 浅复制 */
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Prototype proto = (Prototype) super.clone();
        return proto;
    }

    /* 深复制 */
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {

        /* 写入当前对象的二进制流 */
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);

        /* 读出二进制流产生的新对象 */
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();
    }

    public String getString() {
        return string;
    }

    public void setString(String string) {
        this.string = string;
    }

    public SerializableObject getObj() {
        return obj;
    }

    public void setObj(SerializableObject obj) {
        this.obj = obj;
    }

}

class SerializableObject implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
}

要实现深复制，须要采用流的形式读入当前对象的二进制输入，再写出二进制数据对应的对象。

转载： http://blog.csdn.net/zhangerqing