java 设计模式：软件设计原则、面向对象理论、23 种设计模式

转x33g5p2x  于2022-05-11 转载在 Java  
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软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，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。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是前辈们的代码设计经验的总结，具有一定的普遍性，可以反复使用

软件设计原则

1.单一职责原则（Single Responsibility Principle）

一个类只负责完成一个职责或者功能

单一职责原则通过避免设计大而全的类，避免将不相关的功能耦合在一起，来提高类的内聚性。同时，类职责单一，类依赖的和被依赖的其他类也会变少，减少了代码的耦合性，以此来实现代码的高内聚、低耦合。但是，如果拆分得过细，实际上会适得其反，反倒会降低内聚性，也会影响代码的可维护性，所以，单一职责的粒度要根据具体业务设计

2.开闭原则（Open Closed Principle）

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，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，需要使用接口和抽象类

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了

3.里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大

4.接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上

3.依赖倒转原则（Dependency Inversion Principle）

高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合

所谓高层模块和低层模块的划分，简单来说就是，在调用链上，调用者属于高层，被调用者属于低层

Tomcat 是运行 Java Web 应用程序的容器。Web 应用程序代码只需要部署在 Tomcat 容器下，便可以被 Tomcat 容器调用执行。按照之前的划分原则，Tomcat 就是高层模块，Web 应用程序代码就是低层模块。Tomcat 和应用程序代码之间并没有直接的依赖关系，两者都依赖同一个抽象，也就是 Servlet 规范。Servlet 规范不依赖具体的 Tomcat 容器和应用程序的实现细节，而 Tomcat 容器和应用程序依赖 Servlet 规范

5.迪米特法则（Law of Demeter）

迪米特法则又叫最少知识原则

只和直接朋友交谈，不跟陌生人说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）

其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性

迪米特法则中的朋友是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法

6.合成复用原则（Composite/Aggregate Reuse Principle）

合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：

  1. 继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
  2. 子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
  3. 它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：

  1. 它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
  2. 对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
  3. 复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象

7.其他原则（KISS、YAGNI、DRY）

  • KISS 原则：即 Keep It Short and Simple，尽量保持简洁
  • YAGNI 原则：即 You Ain’t Gonna Need It，不要过度设计不需要的代码
  • DRY 原则：即 Don’t Repeat Yourself，不要写重复的代码

面向对象

面向对象编程因为其具有丰富的特性（封装、抽象、继承、多态），可以实现很多复杂的设计思路，是很多设计原则、设计模式等编码实现的基础，面向对象的优势是易复用、易扩展、易维护

1.面向对象的特性

特性定义实现目的
封装隐藏信息，保护数据访问暴露有限接口和数学，需要编程语言提供访问控制的语法（public，private）提供代码可维护性，降低接口复杂度，提供类的易用性
抽象隐藏具体实现，使用者只需关注功能，无需关注实现通过接口类或者抽象类实现，特殊语法机制非必须提供代码的扩展性、维护性，降低代码复杂度，减少细节负担
继承表示 is-a 关系，分为单继承和多继承需要编程语言提供特殊语法机制，例如 java 的extends解决代码复用问题
多态子类替换父类，在运行时调用子类的实现需要编程语言提供特殊的语法机制。比如继承、接口类、duck-typing提高代码扩展性和复用性

2.面向对象与面向过程

面向对象编程以类为组织代码的基本单元，面向过程编程则是以过程（或方法）作为组织代码的基本单元

面向对象编程相比起面向过程编程的优势

  1. 对于大规模复杂程序的开发，程序的处理流程并非单一的一条主线，而是错综复杂的网状结构。面向对象编程比起面向过程编程，更能应对这种复杂类型的程序开发
  2. 面向对象编程相比面向过程编程，具有更加丰富的特性（封装、抽象、继承、多态）。利用这些特性编写出来的代码，更加易扩展、易复用、易维护
  3. 从编程语言跟机器打交道的方式的演进规律中，可以总结出：面向对象编程语言比起面向过程编程语言，更加人性化、更加高级、更加智能

违反面向对象编程风格的典型代码设计

  1. 滥用 getter、setter 方法，破坏了代码的封装性
  2. Constants 类、Utils 类的设计问题，滥用全局变量和全局方法，应细分职责内聚到对应类中
  3. 基于贫血模型的开发模式，即定义数据和方法分离的类

3.抽象类与接口

抽象类的特征：

  • 抽象类不允许被实例化，只能被继承
  • 抽象类可以包含属性和方法
  • 子类继承抽象类，必须实现抽象类中的所有抽象方法

接口的特征：

  • 接口不能包含属性（也就是成员变量）
  • 接口只能声明方法，方法不能包含代码实现
  • 类实现接口的时候，必须实现接口中声明的所有方法

抽象类和接口存在的意义：抽象类是对成员变量和方法的抽象，是一种 is-a 关系，是为了解决代码复用问题。接口仅仅是对方法的抽象，是一种 has-a 关系，表示具有某一组行为特性，是为了解决解耦问题，隔离接口和具体的实现，提高代码的扩展性

抽象类和接口的应用场景区别：如果要表示一种 is-a 的关系，并且是为了解决代码复用问题，就用抽象类；如果要表示一种 has-a 关系，并且是为了解决抽象而非代码复用问题，那就用接口
tips：在 java8 之前，定义的接口不能有具体实现，这会导致在后续维护的时候如果想要在接口中新增一个方法，必须在所有实现类中都实现一遍，并且只有几个新的实现类可能要去具体实现，其他的都只是加上默认实现，这样比较麻烦。在 java8 中接口可以用使用关键字 default，来实现一个默认方法，这样就解决了上述的麻烦

4.基于接口而非实现编程

  • 基于接口而非实现编程也就是基于抽象而非实现编程，在做软件开发的时候，一定要有抽象意识、封装意识、接口意识。越抽象、越顶层、越脱离具体某一实现的设计，越能提高代码的灵活性、扩展性、可维护性
  • 在定义接口的时候，一方面，命名要足够通用，不能包含跟具体实现相关的字眼；另一方面，与特定实现有关的方法不要定义在接口中

5.贫血模型与充血模型

贫血模型（Anemic Domain Model）是指像 UserVo 这样，只包含数据，不包含业务逻辑的类

充血模型（Rich Domain Model）正好相反，其数据和对应的业务逻辑被封装到同一个类中。因此，充血模型满足面向对象的封装特性，是典型的面向对象编程风格

创建者模式

创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象？”，它的主要特点是将对象的创建与使用分离

这样可以降低系统的耦合度，使用者不需要关注对象的创建细节

其中单例模式用来创建全局唯一的对象。工厂模式用来创建不同但是相关类型的对象（继承同一父类或者接口的一组子类），由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。建造者模式是用来创建复杂对象，可以通过设置不同的可选参数，“定制化”地创建不同的对象。原型模式针对创建成本比较大的对象，利用对已有对象进行复制的方式进行创建，以达到节省创建时间的目的

创建型模式是将创建和使用代码解耦

1.单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象

单例设计模式分类两种：

  • 饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建
  • 懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建

懒汉式之双检锁

在 getInstance() 方法上加 synchronized 关键字可以实现线程安全，但会导致方法的执行效率低，并且 getInstance() 的大多数操作是读操作，读操作是线程安全的，没必要让其持有锁再执行，由此引出了双检锁机制（Demo 如下）

/**
  * 双重检查方式
  */
public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static volatile Singleton instance;

   //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
		//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实际
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                //抢到锁之后再次判断是否为空
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查的原因在于当两个线程同时竞争锁资源时，其中一个竞争成功创建对象解锁后唤醒另外一个线程，另外一个线程已经通过第一层 if 的判断在锁外等着，这时拿到锁资源后会进入 synchronized 代码块，如果没有第二次 if 的话会重复创建对象，破坏单例

在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是 JVM 在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作，要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用 volatile 关键字,，volatile 关键字可以保证可见性和有序性

双重检查锁模式是一种非常好的单例实现模式，解决了单例、性能、线程安全问题

2.工厂方法模式

简单工厂模式：不是一种设计模式，像是一种编程习惯，将类的创建交给工厂，如果加静态方法的话则为静态工厂

public class SimpleCoffeeFactory {

    public static Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
            coffee = new AmericanoCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        }
        return coffe;
    }
}

工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象，工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类

public interface IRuleConfigParserFactory {
  IRuleConfigParser createParser();
}

public class JsonRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
  @Override
  public IRuleConfigParser createParser() {
    return new JsonRuleConfigParser();
  }
}

public class XmlRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
  @Override
  public IRuleConfigParser createParser() {
    return new XmlRuleConfigParser();
  }
}

public class YamlRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
  @Override
  public IRuleConfigParser createParser() {
    return new YamlRuleConfigParser();
  }
}

public class PropertiesRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {
  @Override
  public IRuleConfigParser createParser() {
    return new PropertiesRuleConfigParser();
  }
}

3.抽象工厂模式

是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品

public interface IConfigParserFactory {
  IRuleConfigParser createRuleParser();
  ISystemConfigParser createSystemParser();
  //此处可以扩展新的parser类型，比如IBizConfigParser
}

public class JsonConfigParserFactory implements IConfigParserFactory {
  @Override
  public IRuleConfigParser createRuleParser() {
    return new JsonRuleConfigParser();
  }

  @Override
  public ISystemConfigParser createSystemParser() {
    return new JsonSystemConfigParser();
  }
}

public class XmlConfigParserFactory implements IConfigParserFactory {
  @Override
  public IRuleConfigParser createRuleParser() {
    return new XmlRuleConfigParser();
  }

  @Override
  public ISystemConfigParser createSystemParser() {
    return new XmlSystemConfigParser();
  }
}

// 省略YamlConfigParserFactory和PropertiesConfigParserFactory代码

4.建造者模式

将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示，建造者模式可以实现链式编程

public class ResourcePoolConfig {
  private String name;
  private int maxTotal;
  private int maxIdle;
  private int minIdle;

  private ResourcePoolConfig(Builder builder) {
    this.name = builder.name;
    this.maxTotal = builder.maxTotal;
    this.maxIdle = builder.maxIdle;
    this.minIdle = builder.minIdle;
  }
  //...省略getter方法...

  //我们将Builder类设计成了ResourcePoolConfig的内部类。
  //我们也可以将Builder类设计成独立的非内部类ResourcePoolConfigBuilder。
  public static class Builder {
    private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL = 8;
    private static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;
    private static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;

    private String name;
    private int maxTotal = DEFAULT_MAX_TOTAL;
    private int maxIdle = DEFAULT_MAX_IDLE;
    private int minIdle = DEFAULT_MIN_IDLE;

    public ResourcePoolConfig build() {
      // 校验逻辑放到这里来做，包括必填项校验、依赖关系校验、约束条件校验等
      if (StringUtils.isBlank(name)) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      if (maxIdle > maxTotal) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      if (minIdle > maxTotal || minIdle > maxIdle) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }

      return new ResourcePoolConfig(this);
    }

    public Builder setName(String name) {
      if (StringUtils.isBlank(name)) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.name = name;
      return this;
    }

    public Builder setMaxTotal(int maxTotal) {
      if (maxTotal <= 0) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.maxTotal = maxTotal;
      return this;
    }

    public Builder setMaxIdle(int maxIdle) {
      if (maxIdle < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.maxIdle = maxIdle;
      return this;
    }

    public Builder setMinIdle(int minIdle) {
      if (minIdle < 0) {
        throw new IllegalArgumentException("...");
      }
      this.minIdle = minIdle;
      return this;
    }
  }
}

// 这段代码会抛出IllegalArgumentException，因为minIdle>maxIdle
ResourcePoolConfig config = new ResourcePoolConfig.Builder()
        .setName("dbconnectionpool")
        .setMaxTotal(16)
        .setMaxIdle(10)
        .setMinIdle(12)
        .build();

5.原型模式

用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆
浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址

深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址

public class Realizetype implements Cloneable {

    public Realizetype() {
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }

    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

结构型模式

结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式，前者采用继承机制来组织接口和类，后者釆用组合或聚合来组合对象

由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足合成复用原则，所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性

代理、桥接、装饰器、适配器，这 4 种模式是比较常用的结构型设计模式。它们的代码结构非常相似。笼统来说，它们都可以称为 Wrapper 模式，也就是通过 Wrapper 类二次封装原始类

对比

设计模式特点
代理模式代理模式在不改变原始类接口的条件下，为原始类定义一个代理类，主要目的是控制访问，而非加强功能，这是它跟装饰器模式最大的不同
桥接模式桥接模式的目的是将接口部分和实现部分分离，从而让它们可以较为容易、也相对独立地加以改变
装饰者模式装饰者模式在不改变原始类接口的情况下，对原始类功能进行增强，并且支持多个装饰器的嵌套使用
适配器模式适配器模式是一种事后的补救策略。适配器提供跟原始类不同的接口，而代理模式、装饰器模式提供的都是跟原始类相同的接口

结构型模式是将不同的功能代码解耦

1.代理模式

由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时，访问对象不适合或者不能直接引用目标对象，代理对象作为访问对象和目标对象之间的中介

Java 中的代理按照代理类生成时机不同又分为静态代理和动态代理。静态代理代理类在编译期就生成，而动态代理代理类则是在 Java 运行时动态生成。动态代理又有 JDK 代理和 CGLib 代理两种

静态代理

//卖票接口
public interface SellTickets {
    void sell();
}

//火车站  火车站具有卖票功能，所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {

    public void sell() {
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}

//代售点
public class ProxyPoint implements SellTickets {

    private TrainStation station = new TrainStation();

    public void sell() {
        System.out.println("代理点收取一些服务费用");
        station.sell();
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ProxyPoint pp = new ProxyPoint();
        pp.sell();
    }
}

JDK 动态代理

//卖票接口
public interface SellTickets {
    void sell();
}

//火车站  火车站具有卖票功能，所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {

    public void sell() {
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}

//代理工厂，用来创建代理对象
public class ProxyFactory {

    private TrainStation station = new TrainStation();

    public SellTickets getProxyObject() {
        //使用Proxy获取代理对象
        /*
            newProxyInstance()方法参数说明：
                ClassLoader loader ： 类加载器，用于加载代理类，使用真实对象的类加载器即可
                Class<?>[] interfaces ： 真实对象所实现的接口，代理模式真实对象和代理对象实现相同的接口
                InvocationHandler h ： 代理对象的调用处理程序
         */
        SellTickets sellTickets = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(station.getClass().getClassLoader(),
                station.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
                    /*
                        InvocationHandler中invoke方法参数说明：
                            proxy ： 代理对象
                            method ： 对应于在代理对象上调用的接口方法的 Method 实例
                            args ： 代理对象调用接口方法时传递的实际参数
                     */
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

                        System.out.println("代理点收取一些服务费用(JDK动态代理方式)");
                        //执行真实对象
                        Object result = method.invoke(station, args);
                        return result;
                    }
                });
        return sellTickets;
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //获取代理对象
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        
        SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
        proxyObject.sell();
    }
}

CGLIB 代理

//火车站
public class TrainStation {

    public void sell() {
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}

//代理工厂
public class ProxyFactory implements MethodInterceptor {

    private TrainStation target = new TrainStation();

    public TrainStation getProxyObject() {
        //创建Enhancer对象，类似于JDK动态代理的Proxy类，下一步就是设置几个参数
        Enhancer enhancer =new Enhancer();
        //设置父类的字节码对象
        enhancer.setSuperclass(target.getClass());
        //设置回调函数
        enhancer.setCallback(this);
        //创建代理对象
        TrainStation obj = (TrainStation) enhancer.create();
        return obj;
    }

    /*
        intercept方法参数说明：
            o ： 代理对象
            method ： 真实对象中的方法的Method实例
            args ： 实际参数
            methodProxy ：代理对象中的方法的method实例
     */
    public TrainStation intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("代理点收取一些服务费用(CGLIB动态代理方式)");
        TrainStation result = (TrainStation) methodProxy.invokeSuper(o, args);
        return result;
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建代理工厂对象
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        //获取代理对象
        TrainStation proxyObject = factory.getProxyObject();

        proxyObject.sell();
    }
}

JDK 代理和 CGLIB 代理

CGLib 底层采用ASM字节码生成框架，使用字节码技术生成代理类，在 JDK1.6 之前比使用 Java 反射（JDK 动态代理的原理）效率要高。唯一需要注意的是，CGLib 不能对声明为final的类或者方法进行代理，因为 CGLib 原理是动态生成被代理类的子类

在JDK1.6、JDK1.7、JDK1.8 逐步对 JDK 动态代理优化之后，在调用次数较少的情况下，JDK 代理效率高于 CGLi b代理效率，只有当进行大量调用的时候，JDK1.6 和 JDK1.7 比 CGLib 代理效率低一点，但是到 JDK1.8 的时候，JDK 代理效率高于 CGLib 代理。所以如果有接口使用 JDK 动态代理，如果没有接口使用 CGLIB 代理。

动态代理和静态代理

动态代理与静态代理相比较，最大的好处是接口中声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中处理（InvocationHandler.invoke）。这样，在接口方法数量比较多的时候，我们可以进行灵活处理，而不需要像静态代理那样每一个方法进行中转。

如果接口增加一个方法，静态代理模式除了所有实现类需要实现这个方法外，所有代理类也需要实现此方法。增加了代码维护的复杂度。而动态代理不会出现该问题

2.桥接模式

将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度

当一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展，系统不希望使用继承或因为多层次继承导致系统类的个数急剧增加或系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色之间增加更多的灵活性时，为了避免在两个层次之间建立静态的继承联系，可以通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系

//视频文件
public interface VideoFile {
    void decode(String fileName);
}

//avi文件
public class AVIFile implements VideoFile {
    public void decode(String fileName) {
        System.out.println("avi视频文件："+ fileName);
    }
}

//rmvb文件
public class REVBBFile implements VideoFile {

    public void decode(String fileName) {
        System.out.println("rmvb文件：" + fileName);
    }
}

//操作系统版本
public abstract class OperatingSystemVersion {

    protected VideoFile videoFile;

    public OperatingSystemVersion(VideoFile videoFile) {
        this.videoFile = videoFile;
    }

    public abstract void play(String fileName);
}

//Windows版本
public class Windows extends OperatingSystem {

    public Windows(VideoFile videoFile) {
        super(videoFile);
    }

    public void play(String fileName) {
        videoFile.decode(fileName);
    }
}

//mac版本
public class Mac extends OperatingSystemVersion {

    public Mac(VideoFile videoFile) {
        super(videoFile);
    }

    public void play(String fileName) {
		videoFile.decode(fileName);
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OperatingSystem os = new Windows(new AVIFile());
        os.play("战狼3");
    }
}

3.装饰器模式

指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式

public abstract class InputStream {
  //...
  public int read(byte b[]) throws IOException {
    return read(b, 0, b.length);
  }
  
  public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
    //...
  }
  
  public long skip(long n) throws IOException {
    //...
  }

  public int available() throws IOException {
    return 0;
  }
  
  public void close() throws IOException {}

  public synchronized void mark(int readlimit) {}
    
  public synchronized void reset() throws IOException {
    throw new IOException("mark/reset not supported");
  }

  public boolean markSupported() {
    return false;
  }
}

public class BufferedInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected BufferedInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现基于缓存的读数据接口...  
}

public class DataInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected DataInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现读取基本类型数据的接口
}

静态代理和装饰者模式的区别

  • 相同点
    都要实现与目标类相同的业务接口
    在两个类中都要声明目标对象
    都可以在不修改目标类的前提下增强目标方法
  • 不同点
    目的不同，装饰者是为了增强目标对象，静态代理是为了保护和隐藏目标对象
    获取目标对象构建的地方不同，装饰者是由外界传递进来，可以通过构造方法传递，静态代理是在代理类内部创建，以此来隐藏目标对象
public abstract class InputStream {
  //...
  public int read(byte b[]) throws IOException {
    return read(b, 0, b.length);
  }
  
  public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
    //...
  }
  
  public long skip(long n) throws IOException {
    //...
  }

  public int available() throws IOException {
    return 0;
  }
  
  public void close() throws IOException {}

  public synchronized void mark(int readlimit) {}
    
  public synchronized void reset() throws IOException {
    throw new IOException("mark/reset not supported");
  }

  public boolean markSupported() {
    return false;
  }
}

public class BufferedInputStream extends InputStream {
	protected volatile InputStream in;
	
	protected BufferedInputStream(InputStream in) {
	 this.in = in;
	}
  
  //...实现基于缓存的读数据接口...  
}

public class DataInputStream extends InputStream {
  protected volatile InputStream in;

  protected DataInputStream(InputStream in) {
    this.in = in;
  }
  
  //...实现读取基本类型数据的接口
}

4.适配器模式

将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作

适配器的应用场景：

  1. 封装有缺陷的接口设计
  2. 统一多个类的接口设计
  3. 替换依赖的外部系统
  4. 兼容老版本接口
  5. 适配不同格式的数据
//SD卡的接口
public interface SDCard {
    //读取SD卡方法
    String readSD();
    //写入SD卡功能
    void writeSD(String msg);
}

//SD卡实现类
public class SDCardImpl implements SDCard {
    public String readSD() {
        String msg = "sd card read a msg :hello word SD";
        return msg;
    }

    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("sd card write msg : " + msg);
    }
}

//电脑类
public class Computer {

    public String readSD(SDCard sdCard) {
        if(sdCard == null) {
            throw new NullPointerException("sd card null");
        }
        return sdCard.readSD();
    }
}

//TF卡接口
public interface TFCard {
    //读取TF卡方法
    String readTF();
    //写入TF卡功能
    void writeTF(String msg);
}

//TF卡实现类
public class TFCardImpl implements TFCard {

    public String readTF() {
        String msg ="tf card read msg : hello word tf card";
        return msg;
    }

    public void writeTF(String msg) {
        System.out.println("tf card write a msg : " + msg);
    }
}

//定义适配器类（SD兼容TF）
public class SDAdapterTF extends TFCardImpl implements SDCard {

    public String readSD() {
        System.out.println("adapter read tf card ");
        return readTF();
    }

    public void writeSD(String msg) {
        System.out.println("adapter write tf card");
        writeTF(msg);
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Computer computer = new Computer();
        SDCard sdCard = new SDCardImpl();
        System.out.println(computer.readSD(sdCard));

        System.out.println("------------");

        SDAdapterTF adapter = new SDAdapterTF();
        System.out.println(computer.readSD(adapter));
    }
}

5.外观模式

又名门面模式，是一种通过为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，而使这些子系统更加容易被访问的模式。该模式对外有一个统一接口，外部应用程序不用关心内部子系统的具体的细节，这样会大大降低应用程序的复杂度，提高了程序的可维护性

​外观（Facade）模式是迪米特法则的典型应用

//灯类
public class Light {
    public void on() {
        System.out.println("打开了灯....");
    }

    public void off() {
        System.out.println("关闭了灯....");
    }
}

//电视类
public class TV {
    public void on() {
        System.out.println("打开了电视....");
    }

    public void off() {
        System.out.println("关闭了电视....");
    }
}

//控制类
public class AirCondition {
    public void on() {
        System.out.println("打开了空调....");
    }

    public void off() {
        System.out.println("关闭了空调....");
    }
}

//智能音箱
public class SmartAppliancesFacade {

    private Light light;
    private TV tv;
    private AirCondition airCondition;

    public SmartAppliancesFacade() {
        light = new Light();
        tv = new TV();
        airCondition = new AirCondition();
    }

    public void say(String message) {
        if(message.contains("打开")) {
            on();
        } else if(message.contains("关闭")) {
            off();
        } else {
            System.out.println("我还听不懂你说的！！！");
        }
    }

    //起床后一键开电器
    private void on() {
        System.out.println("起床了");
        light.on();
        tv.on();
        airCondition.on();
    }

    //睡觉一键关电器
    private void off() {
        System.out.println("睡觉了");
        light.off();
        tv.off();
        airCondition.off();
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建外观对象
        SmartAppliancesFacade facade = new SmartAppliancesFacade();
        //客户端直接与外观对象进行交互
        facade.say("打开家电");
        facade.say("关闭家电");
    }
}

6.组合模式

又名部分整体模式，是用于把一组相似的对象当作一个单一的对象。组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。这种类型的设计模式属于结构型模式，它创建了对象组的树形结构

public abstract class FileSystemNode {
  protected String path;

  public FileSystemNode(String path) {
    this.path = path;
  }

  public abstract int countNumOfFiles();
  public abstract long countSizeOfFiles();

  public String getPath() {
    return path;
  }
}

public class File extends FileSystemNode {
  public File(String path) {
    super(path);
  }

  @Override
  public int countNumOfFiles() {
    return 1;
  }

  @Override
  public long countSizeOfFiles() {
    java.io.File file = new java.io.File(path);
    if (!file.exists()) return 0;
    return file.length();
  }
}

public class Directory extends FileSystemNode {
  private List<FileSystemNode> subNodes = new ArrayList<>();

  public Directory(String path) {
    super(path);
  }

  @Override
  public int countNumOfFiles() {
    int numOfFiles = 0;
    for (FileSystemNode fileOrDir : subNodes) {
      numOfFiles += fileOrDir.countNumOfFiles();
    }
    return numOfFiles;
  }

  @Override
  public long countSizeOfFiles() {
    long sizeofFiles = 0;
    for (FileSystemNode fileOrDir : subNodes) {
      sizeofFiles += fileOrDir.countSizeOfFiles();
    }
    return sizeofFiles;
  }

  public void addSubNode(FileSystemNode fileOrDir) {
    subNodes.add(fileOrDir);
  }

  public void removeSubNode(FileSystemNode fileOrDir) {
    int size = subNodes.size();
    int i = 0;
    for (; i < size; ++i) {
      if (subNodes.get(i).getPath().equalsIgnoreCase(fileOrDir.getPath())) {
        break;
      }
    }
    if (i < size) {
      subNodes.remove(i);
    }
  }
}

public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
    /**
     * /
     * /wz/
     * /wz/a.txt
     * /wz/b.txt
     * /wz/movies/
     * /wz/movies/c.avi
     * /xzg/
     * /xzg/docs/
     * /xzg/docs/d.txt
     */
    Directory fileSystemTree = new Directory("/");
    Directory node_wz = new Directory("/wz/");
    Directory node_xzg = new Directory("/xzg/");
    fileSystemTree.addSubNode(node_wz);
    fileSystemTree.addSubNode(node_xzg);

    File node_wz_a = new File("/wz/a.txt");
    File node_wz_b = new File("/wz/b.txt");
    Directory node_wz_movies = new Directory("/wz/movies/");
    node_wz.addSubNode(node_wz_a);
    node_wz.addSubNode(node_wz_b);
    node_wz.addSubNode(node_wz_movies);

    File node_wz_movies_c = new File("/wz/movies/c.avi");
    node_wz_movies.addSubNode(node_wz_movies_c);

    Directory node_xzg_docs = new Directory("/xzg/docs/");
    node_xzg.addSubNode(node_xzg_docs);

    File node_xzg_docs_d = new File("/xzg/docs/d.txt");
    node_xzg_docs.addSubNode(node_xzg_docs_d);

    System.out.println("/ files num:" + fileSystemTree.countNumOfFiles());
    System.out.println("/wz/ files num:" + node_wz.countNumOfFiles());
  }
}

7.享元模式

运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。它通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率

// 享元类
public class ChessPieceUnit {
  private int id;
  private String text;
  private Color color;

  public ChessPieceUnit(int id, String text, Color color) {
    this.id = id;
    this.text = text;
    this.color = color;
  }

  public static enum Color {
    RED, BLACK
  }

  // ...省略其他属性和getter方法...
}

public class ChessPieceUnitFactory {
  private static final Map<Integer, ChessPieceUnit> pieces = new HashMap<>();

  static {
    pieces.put(1, new ChessPieceUnit(1, "車", ChessPieceUnit.Color.BLACK));
    pieces.put(2, new ChessPieceUnit(2,"馬", ChessPieceUnit.Color.BLACK));
    //...省略摆放其他棋子的代码...
  }

  public static ChessPieceUnit getChessPiece(int chessPieceId) {
    return pieces.get(chessPieceId);
  }
}

public class ChessPiece {
  private ChessPieceUnit chessPieceUnit;
  private int positionX;
  private int positionY;

  public ChessPiece(ChessPieceUnit unit, int positionX, int positionY) {
    this.chessPieceUnit = unit;
    this.positionX = positionX;
    this.positionY = positionY;
  }
  // 省略getter、setter方法
}

public class ChessBoard {
  private Map<Integer, ChessPiece> chessPieces = new HashMap<>();

  public ChessBoard() {
    init();
  }

  private void init() {
    chessPieces.put(1, new ChessPiece(
            ChessPieceUnitFactory.getChessPiece(1), 0,0));
    chessPieces.put(1, new ChessPiece(
            ChessPieceUnitFactory.getChessPiece(2), 1,0));
    //...省略摆放其他棋子的代码...
  }

  public void move(int chessPieceId, int toPositionX, int toPositionY) {
    //...省略...
  }
}

tips：享元模式对 JVM 的垃圾回收并不友好。因为享元工厂类一直保存了对享元对象的引用，这就导致享元对象在没有任何代码使用的情况下，也并不会被 JVM 垃圾回收机制自动回收掉。因此，在某些情况下，如果对象的生命周期很短，也不会被密集使用，利用享元模式反倒可能会浪费更多的内存。所以，除非经过线上验证，利用享元模式真的可以大大节省内存，否则，就不要过度使用这个模式，为了一点点内存的节省而引入一个复杂的设计模式，得不偿失

行为型模式

行为型模式用于描述程序在运行时复杂的流程控制，即描述多个类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务，它涉及算法与对象间职责的分配

行为型模式分为类行为模式和对象行为模式，前者采用继承机制来在类间分派行为，后者采用组合或聚合在对象间分配行为。由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足合成复用原则，所以对象行为模式比类行为模式具有更大的灵活性

行为型模式是将不同的行为代码解

1.模板方法模式

定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤

HttpServlet 的 service() 方法就是一个模板方法，它实现了整个 HTTP 请求的执行流程，doGet()、doPost() 是模板中可以由子类来定制的部分。实际上，这就相当于 Servlet 框架提供了一个扩展点（doGet()、doPost() 方法），让框架用户在不用修改 Servlet 框架源码的情况下，将业务代码通过扩展点镶嵌到框架中执行

public void service(ServletRequest req, ServletResponse res)
    throws ServletException, IOException
{
    HttpServletRequest  request;
    HttpServletResponse response;
    if (!(req instanceof HttpServletRequest &&
            res instanceof HttpServletResponse)) {
        throw new ServletException("non-HTTP request or response");
    }
    request = (HttpServletRequest) req;
    response = (HttpServletResponse) res;
    service(request, response);
}

protected void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp)
    throws ServletException, IOException
{
    String method = req.getMethod();
    if (method.equals(METHOD_GET)) {
        long lastModified = getLastModified(req);
        if (lastModified == -1) {
            // servlet doesn't support if-modified-since, no reason
            // to go through further expensive logic
            doGet(req, resp);
        } else {
            long ifModifiedSince = req.getDateHeader(HEADER_IFMODSINCE);
            if (ifModifiedSince < lastModified) {
                // If the servlet mod time is later, call doGet()
                // Round down to the nearest second for a proper compare
                // A ifModifiedSince of -1 will always be less
                maybeSetLastModified(resp, lastModified);
                doGet(req, resp);
            } else {
                resp.setStatus(HttpServletResponse.SC_NOT_MODIFIED);
            }
        }
    } else if (method.equals(METHOD_HEAD)) {
        long lastModified = getLastModified(req);
        maybeSetLastModified(resp, lastModified);
        doHead(req, resp);
    } else if (method.equals(METHOD_POST)) {
        doPost(req, resp);
    } else if (method.equals(METHOD_PUT)) {
        doPut(req, resp);
    } else if (method.equals(METHOD_DELETE)) {
        doDelete(req, resp);
    } else if (method.equals(METHOD_OPTIONS)) {
        doOptions(req,resp);
    } else if (method.equals(METHOD_TRACE)) {
        doTrace(req,resp);
    } else {
        String errMsg = lStrings.getString("http.method_not_implemented");
        Object[] errArgs = new Object[1];
        errArgs[0] = method;
        errMsg = MessageFormat.format(errMsg, errArgs);
        resp.sendError(HttpServletResponse.SC_NOT_IMPLEMENTED, errMsg);
    }
}

tips：为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词

2.策略模式

该模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的变化不会影响使用算法的客户。策略模式属于对象行为模式，它通过对算法进行封装，把使用算法的责任和算法的实现分割开来，并委派给不同的对象对这些算法进行管理

// 策略的定义
public interface DiscountStrategy {
  double calDiscount(Order order);
}
// 省略NormalDiscountStrategy、GrouponDiscountStrategy、PromotionDiscountStrategy类代码...

// 策略的创建
public class DiscountStrategyFactory {
  private static final Map<OrderType, DiscountStrategy> strategies = new HashMap<>();

  static {
    strategies.put(OrderType.NORMAL, new NormalDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.GROUPON, new GrouponDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.PROMOTION, new PromotionDiscountStrategy());
  }

  public static DiscountStrategy getDiscountStrategy(OrderType type) {
    return strategies.get(type);
  }
}

// 策略的使用
public class OrderService {
  public double discount(Order order) {
    OrderType type = order.getType();
    DiscountStrategy discountStrategy = DiscountStrategyFactory.getDiscountStrategy(type);
    return discountStrategy.calDiscount(order);
  }
}

3.命令模式

将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通，这样方便将命令对象进行存储、传递、调用、增加与管理

public interface Command {
    void execute();
}

public class GotDiamondCommand implements Command {
    // 省略成员变量

    public GotDiamondCommand(/*数据*/) {
        //...
    }

    @Override
    public void execute() {
        // 执行相应的逻辑
    }
}
//GotStartCommand/HitObstacleCommand/ArchiveCommand类省略

public class GameApplication {
    private static final int MAX_HANDLED_REQ_COUNT_PER_LOOP = 100;
    private Queue<Command> queue = new LinkedList<>();

    public void mainloop() {
        while (true) {
            List<Request> requests = new ArrayList<>();

            //省略从epoll或者select中获取数据，并封装成Request的逻辑，
            //注意设置超时时间，如果很长时间没有接收到请求，就继续下面的逻辑处理。

            for (Request request : requests) {
                Event event = request.getEvent();
                Command command = null;
                if (event.equals(Event.GOT_DIAMOND)) {
                    command = new GotDiamondCommand(/*数据*/);
                } else if (event.equals(Event.GOT_STAR)) {
                    command = new GotStartCommand(/*数据*/);
                } else if (event.equals(Event.HIT_OBSTACLE)) {
                    command = new HitObstacleCommand(/*数据*/);
                } else if (event.equals(Event.ARCHIVE)) {
                    command = new ArchiveCommand(/*数据*/);
                } // ...一堆else if...

                queue.add(command);
            }

            int handledCount = 0;
            while (handledCount < MAX_HANDLED_REQ_COUNT_PER_LOOP) {
                if (queue.isEmpty()) {
                    break;
                }
                Command command = queue.poll();
                command.execute();
            }
        }
    }
}

命令模式的核心： 把 command 指令封装成对象， 把 command 指令对应的具体业务操作封装到指定 command 对象中的实现方法中，即把函数封装成对象。对象作为函数载体，也就是 command 指令的载体传递使用\

命令模式的主要作用和应用场景，是用来控制命令的执行，比如，异步、延迟、排队执行命令、撤销重做命令、存储命令、给命令记录日志等等

4.职责链模式

又名职责链模式，为了避免请求发送者与多个请求处理者耦合在一起，将所有请求的处理者通过前一对象记住其下一个对象的引用而连成一条链；当有请求发生时，可将请求沿着这条链传递，直到有对象处理它为止

public interface SensitiveWordFilter {
  boolean doFilter(Content content);
}

public class SexyWordFilter implements SensitiveWordFilter {
  @Override
  public boolean doFilter(Content content) {
    boolean legal = true;
    //...
    return legal;
  }
}

// PoliticalWordFilter、AdsWordFilter类代码结构与SexyWordFilter类似

public class SensitiveWordFilterChain {
  private List<SensitiveWordFilter> filters = new ArrayList<>();

  public void addFilter(SensitiveWordFilter filter) {
    this.filters.add(filter);
  }

  // return true if content doesn't contain sensitive words.
  public boolean filter(Content content) {
    for (SensitiveWordFilter filter : filters) {
      if (!filter.doFilter(content)) {
        return false;
      }
    }
    return true;
  }
}

public class ApplicationDemo {
  public static void main(String[] args) {
    SensitiveWordFilterChain filterChain = new SensitiveWordFilterChain();
    filterChain.addFilter(new AdsWordFilter());
    filterChain.addFilter(new SexyWordFilter());
    filterChain.addFilter(new PoliticalWordFilter());

    boolean legal = filterChain.filter(new Content());
    if (!legal) {
      // 不发表
    } else {
      // 发表
    }
  }
}

5.状态模式

对有状态的对象，把复杂的判断逻辑提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为

public interface IMario {
  State getName();
  void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine);
  void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine);
}

public class SmallMario implements IMario {
  private static final SmallMario instance = new SmallMario();
  private SmallMario() {}
  public static SmallMario getInstance() {
    return instance;
  }

  @Override
  public State getName() {
    return State.SMALL;
  }

  @Override
  public void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(SuperMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 100);
  }

  @Override
  public void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(CapeMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 200);
  }

  @Override
  public void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(FireMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 300);
  }

  @Override
  public void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine) {
    // do nothing...
  }
}

// 省略SuperMario、CapeMario、FireMario类...

public class MarioStateMachine {
  private int score;
  private IMario currentState;

  public MarioStateMachine() {
    this.score = 0;
    this.currentState = SmallMario.getInstance();
  }

  public void obtainMushRoom() {
    this.currentState.obtainMushRoom(this);
  }

  public void obtainCape() {
    this.currentState.obtainCape(this);
  }

  public void obtainFireFlower() {
    this.currentState.obtainFireFlower(this);
  }

  public void meetMonster() {
    this.currentState.meetMonster(this);
  }

  public int getScore() {
    return this.score;
  }

  public State getCurrentState() {
    return this.currentState.getName();
  }

  public void setScore(int score) {
    this.score = score;
  }

  public void setCurrentState(IMario currentState) {
    this.currentState = currentState;
  }
}

6.观察者模式

又被称为发布-订阅（Publish/Subscribe）模式，它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变化时，会通知所有的观察者对象，使他们能够自动更新自己

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers(Message message);
}

public interface Observer {
    void update(Message message);
}

public class ConcreteSubject implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();

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

    @Override
    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notifyObservers(Message message) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }

}

public class ConcreteObserverOne implements Observer {
    @Override
    public void update(Message message) {
        //TODO: 获取消息通知，执行自己的逻辑...
        System.out.println("ConcreteObserverOne is notified.");
    }
}

public class ConcreteObserverTwo implements Observer {
    @Override
    public void update(Message message) {
        //TODO: 获取消息通知，执行自己的逻辑...
        System.out.println("ConcreteObserverTwo is notified.");
    }
}

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
        subject.registerObserver(new ConcreteObserverOne());
        subject.registerObserver(new ConcreteObserverTwo());
        subject.notifyObservers(new Message());
    }
}

7.中介者模式

又叫调停模式，定义一个中介角色来封装一系列对象之间的交互，使原有对象之间的耦合松散，且可以独立地改变它们之间的交互

```java
//抽象中介者
public abstract class Mediator {
    //申明一个联络方法
    public abstract void constact(String message,Person person);
}

//抽象同事类
public abstract class Person {
    protected String name;
    protected Mediator mediator;

    public Person(String name,Mediator mediator){
        this.name = name;
        this.mediator = mediator;
    }
}

//具体同事类 房屋拥有者
public class HouseOwner extends Person {

    public HouseOwner(String name, Mediator mediator) {
        super(name, mediator);
    }

    //与中介者联系
    public void constact(String message){
        mediator.constact(message, this);
    }

    //获取信息
    public void getMessage(String message){
        System.out.println("房主" + name +"获取到的信息：" + message);
    }
}

//具体同事类 承租人
public class Tenant extends Person {
    public Tenant(String name, Mediator mediator) {
        super(name, mediator);
    }

    //与中介者联系
    public void constact(String message){
        mediator.constact(message, this);
    }

    //获取信息
    public void getMessage(String message){
        System.out.println("租房者" + name +"获取到的信息：" + message);
    }
}

//中介机构
public class MediatorStructure extends Mediator {
    //首先中介结构必须知道所有房主和租房者的信息
    private HouseOwner houseOwner;
    private Tenant tenant;

    public HouseOwner getHouseOwner() {
        return houseOwner;
    }

    public void setHouseOwner(HouseOwner houseOwner) {
        this.houseOwner = houseOwner;
    }

    public Tenant getTenant() {
        return tenant;
    }

    public void setTenant(Tenant tenant) {
        this.tenant = tenant;
    }

    public void constact(String message, Person person) {
        if (person == houseOwner) {          //如果是房主，则租房者获得信息
            tenant.getMessage(message);
        } else {       //反正则是房主获得信息
            houseOwner.getMessage(message);
        }
    }
}

//测试类
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //一个房主、一个租房者、一个中介机构
        MediatorStructure mediator = new MediatorStructure();

        //房主和租房者只需要知道中介机构即可
        HouseOwner houseOwner = new HouseOwner("张三", mediator);
        Tenant tenant = new Tenant("李四", mediator);

        //中介结构要知道房主和租房者
        mediator.setHouseOwner(houseOwner);
        mediator.setTenant(tenant);

        tenant.constact("需要租三室的房子");
        houseOwner.constact("我这有三室的房子，你需要租吗？");
    }
}

8.迭代器模式

提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示

public interface StudentIterator {
    boolean hasNext();
    Student next();
}

public class StudentIteratorImpl implements StudentIterator {
    private List<Student> list;
    private int position = 0;

    public StudentIteratorImpl(List<Student> list) {
        this.list = list;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return position < list.size();
    }

    @Override
    public Student next() {
        Student currentStudent = list.get(position);
        position ++;
        return currentStudent;
    }
}

public interface StudentAggregate {
    void addStudent(Student student);

    void removeStudent(Student student);

    StudentIterator getStudentIterator();
}

public class StudentAggregateImpl implements StudentAggregate {

    private List<Student> list = new ArrayList<Student>();  // 学生列表

    @Override
    public void addStudent(Student student) {
        this.list.add(student);
    }

    @Override
    public void removeStudent(Student student) {
        this.list.remove(student);
    }

    @Override
    public StudentIterator getStudentIterator() {
        return new StudentIteratorImpl(list);
    }
}

对于 for 循环遍历，利用迭代器来遍历有下面几个优势：

  1. 迭代器模式封装集合内部的复杂数据结构，开发者不需要了解如何遍历，直接使用容器提供的迭代器即可
  2. 迭代器模式将集合对象的遍历操作从集合类中拆分出来，放到迭代器类中，让两者的职责更加单一
  3. 迭代器模式让添加新的遍历算法更加容易，更符合开闭原则
  4. 因为迭代器都实现自相同的接口，在开发中，基于接口而非实现编程，替换迭代器也变得更加容易

9.访问者模式

封装一些作用于某种数据结构中的各元素的操作，它可以在不改变这个数据结构的前提下定义作用于这些元素的新的操作

public abstract class ResourceFile {
    protected String filePath;
    public ResourceFile(String filePath) {
        this.filePath = filePath;
    }
    abstract public void accept(Visitor vistor);
}

public class PdfFile extends ResourceFile {
    public PdfFile(String filePath) {
        super(filePath);
    }

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

    //...
}
//...PPTFile、WordFile跟PdfFile类似，这里就省略了...

public interface Visitor {
    void visit(PdfFile pdfFile);
    void visit(PPTFile pdfFile);
    void visit(WordFile pdfFile);
}

public class Extractor implements Visitor {
    @Override
    public void visit(PPTFile pptFile) {
        //...
        System.out.println("Extract PPT.");
    }

    @Override
    public void visit(PdfFile pdfFile) {
        //...
        System.out.println("Extract PDF.");
    }

    @Override
    public void visit(WordFile wordFile) {
        //...
        System.out.println("Extract WORD.");
    }
}

public class Compressor implements Visitor {
    @Override
    public void visit(PPTFile pptFile) {
        //...
        System.out.println("Compress PPT.");
    }

    @Override
    public void visit(PdfFile pdfFile) {
        //...
        System.out.println("Compress PDF.");
    }

    @Override
    public void visit(WordFile wordFile) {
        //...
        System.out.println("Compress WORD.");
    }

}

public class ToolApplication {
    public static void main(String[] args) {
        Extractor extractor = new Extractor();
        List<ResourceFile> resourceFiles = listAllResourceFiles(args[0]);
        for (ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
            resourceFile.accept(extractor);
        }

        Compressor compressor = new Compressor();
        for(ResourceFile resourceFile : resourceFiles) {
            resourceFile.accept(compressor);
        }
    }

    private static List<ResourceFile> listAllResourceFiles(String resourceDirectory) {
        List<ResourceFile> resourceFiles = new ArrayList<>();
        //...根据后缀(pdf/ppt/word)由工厂方法创建不同的类对象(PdfFile/PPTFile/WordFile)
        resourceFiles.add(new PdfFile("a.pdf"));
        resourceFiles.add(new WordFile("b.word"));
        resourceFiles.add(new PPTFile("c.ppt"));
        return resourceFiles;
    }
}

访问者模式针对的是一组类型不同的对象（PdfFile、PPTFile、WordFile）。不过，尽管这组对象的类型是不同的，但是，它们继承相同的父类（ResourceFile）或者实现相同的接口。在不同的应用场景下，我们需要对这组对象进行一系列不相关的业务操作（抽取文本、压缩等），但为了避免不断添加功能导致类（PdfFile、PPTFile、WordFile）不断膨胀，职责越来越不单一，以及避免频繁地添加功能导致的频繁代码修改，我们使用访问者模式，将对象与操作解耦，将这些业务操作抽离出来，定义在独立细分的访问者类（Extractor、Compressor）中

Single Dispatch 与 Double Dispatch

所谓 Single Dispatch，指的是执行哪个对象的方法，根据对象的运行时类型来决定；执行对象的哪个方法，根据方法参数的编译时类型来决定。所谓 Double Dispatch，指的是执行哪个对象的方法，根据对象的运行时类型来决定；执行对象的哪个方法，根据方法参数的运行时类型来决定

Java 支持函数重载，但 Java 设计的函数重载的语法规则是，并不是在运行时，根据传递进函数的参数的实际类型，来决定调用哪个重载函数，而是在编译时，根据传递进函数的参数的声明类型（也就是前面提到的编译时类型），来决定调用哪个重载函数。也就是说，具体执行哪个对象的哪个方法，只跟对象的运行时类型有关，跟参数的运行时类型无关。所以，Java 语言只支持 Single Dispatch

Double Dispatch 的语言不需要访问者模式

10.备忘录模式

又叫快照模式，在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态

public class InputText {
    private StringBuilder text = new StringBuilder();

    public String getText() {
        return text.toString();
    }

    public void append(String input) {
        text.append(input);
    }

    public Snapshot createSnapshot() {
        return new Snapshot(text.toString());
    }

    public void restoreSnapshot(Snapshot snapshot) {
        this.text.replace(0, this.text.length(), snapshot.getText());
    }
}

public class Snapshot {
    private String text;

    public Snapshot(String text) {
        this.text = text;
    }

    public String getText() {
        return this.text;
    }
}

public class SnapshotHolder {
    private Stack<Snapshot> snapshots = new Stack<>();

    public Snapshot popSnapshot() {
        return snapshots.pop();
    }

    public void pushSnapshot(Snapshot snapshot) {
        snapshots.push(snapshot);
    }
}

public class ApplicationMain {
    public static void main(String[] args) {
        InputText inputText = new InputText();
        SnapshotHolder snapshotsHolder = new SnapshotHolder();
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        while (scanner.hasNext()) {
            String input = scanner.next();
            if (input.equals(":list")) {
                System.out.println(inputText.toString());
            } else if (input.equals(":undo")) {
                Snapshot snapshot = snapshotsHolder.popSnapshot();
                inputText.restoreSnapshot(snapshot);
            } else {
                snapshotsHolder.pushSnapshot(inputText.createSnapshot());
                inputText.append(input);
            }
        }
    }
}

11.解释器模式

给定一个语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该标识来解释语言中的句子

public interface Expression {
    long interpret();
}

public class NumberExpression implements Expression {
    private long number;

    public NumberExpression(long number) {
        this.number = number;
    }

    public NumberExpression(String number) {
        this.number = Long.parseLong(number);
    }

    @Override
    public long interpret() {
        return this.number;
    }
}

public class AdditionExpression implements Expression {
    private Expression exp1;
    private Expression exp2;

    public AdditionExpression(Expression exp1, Expression exp2) {
        this.exp1 = exp1;
        this.exp2 = exp2;
    }

    @Override
    public long interpret() {
        return exp1.interpret() + exp2.interpret();
    }
}
// SubstractionExpression/MultiplicationExpression/DivisionExpression与AdditionExpression代码结构类似，这里就省略了

public class ExpressionInterpreter {
    private Deque<Expression> numbers = new LinkedList<>();

    public long interpret(String expression) {
        String[] elements = expression.split(" ");
        int length = elements.length;
        for (int i = 0; i < (length+1)/2; ++i) {
            numbers.addLast(new NumberExpression(elements[i]));
        }

        for (int i = (length+1)/2; i < length; ++i) {
            String operator = elements[i];
            boolean isValid = "+".equals(operator) || "-".equals(operator)
                    || "*".equals(operator) || "/".equals(operator);
            if (!isValid) {
                throw new RuntimeException("Expression is invalid: " + expression);
            }

            Expression exp1 = numbers.pollFirst();
            Expression exp2 = numbers.pollFirst();
            Expression combinedExp = null;
            if (operator.equals("+")) {
                combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
            } else if (operator.equals("-")) {
                combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
            } else if (operator.equals("*")) {
                combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
            } else if (operator.equals("/")) {
                combinedExp = new AdditionExpression(exp1, exp2);
            }
            long result = combinedExp.interpret();
            numbers.addFirst(new NumberExpression(result));
        }

        if (numbers.size() != 1) {
            throw new RuntimeException("Expression is invalid: " + expression);
        }

        return numbers.pop().interpret();
    }
}

解释器模式，其实就是用来实现根据语法规则解读句子的解释器

2022深度学习开发者峰会

5月20日13:00让我们相聚云端，共襄盛会！

版权说明 : 本文为转载文章, 版权归原作者所有 版权申明

原文链接 : https://blog.csdn.net/qq_50216270/article/details/123885860

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