Java之23種設計模式解析（一）
1、設計模式概述java
整體來講設計模式分爲三大類：
建立型模式，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。
結構型模式，共七種：適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。
行爲型模式，共十一種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。
具體以下：
其中建立型有：
1、Singleton，單例模式：保證一個類只有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點
2、Abstract Factory，抽象工廠：提供一個建立一系列相關或相互依賴對象的接口，而無須指定它們的具體類。
3、 Factory Method，工廠方法：定義一個用於建立對象的接口，讓子類決定實例化哪個類，Factory Method 使一個類的實例化延遲到了子類。
4、Builder，建造模式：將一個複雜對象的構建與他的表示相分離，使得一樣的構建過程能夠建立不一樣的表示。
5、Prototype，原型模式：用原型實例指定建立對象的種類，而且經過拷貝這些原型來建立新的對象。
行爲型有：
6、Iterator，迭代器模式：提供一個方法順序訪問一個聚合對象的各個元素，而又不須要暴露該對象的內部表示。
7、Observer，觀察者模式：定義對象間一對多的依賴關係，當一個對象的狀態發生改變時，全部依賴於它的對象都獲得通知自動更新。
8、Template Method，模板方法：定義一個操做中的算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中， TemplateMethod 使得子類能夠不改變一個算法的結構便可以重定義該算法得某些特定步驟。
9、Command，命令模式：將一個請求封裝爲一個對象，從而使你能夠用不一樣的請求對客戶進行參數化，對請求排隊和記錄請求日誌，以及支持可撤銷的操做。
10、State，狀態模式：容許對象在其內部狀態改變時改變他的行爲。對象看起來彷佛改變了他的類。
11、Strategy，策略模式：定義一系列的算法，把他們一個個封裝起來，並使他們能夠互相替換，本模式使得算法能夠獨立於使用它們的客戶。
12、China of Responsibility，職責鏈模式：使多個對象都有機會處理請求，從而避免請求的發者和接收者之間的耦合關係
十3、Mediator，中介者模式：用一箇中介對象封裝一些列的對象交互。
十4、Visitor，訪問者模式：表示一個做用於某對象結構中的各元素的操做，它使你能夠在不改各元素類的前提下定義做用於這個元素的新操做。 算法
十5、 Interpreter，解釋器模式：給定一個語言，定義他的文法的一個表示，並定義一個解釋器，這個解釋器使用該表示來解釋語言中的句子。
十6、Memento，備忘錄模式：在不破壞對象的前提下，捕獲一個對象的內部狀態，並在該對象以外保存這個狀態。
結構型有：
十7、 Composite，組合模式：將對象組合成樹形結構以表示部分總體的關係， Composite使得用戶對單個對象和組合對象的使用具備一致性。
十8、Facade，外觀模式：爲子系統中的一組接口提供一致的界面，fa?ade 提供了一高層接口，這個接口使得子系統更容易使用。
十9、Proxy，代理模式：爲其餘對象提供一種代理以控制對這個對象的訪問
二10、Adapter,適配器模式：將一類的接口轉換成客戶但願的另一個接口，Adapter模式使得本來因爲接口不兼容而不能一塊兒工做那些類能夠一塊兒工做。
二11、Decrator，裝飾模式：動態地給一個對象增長一些額外的職責，就增長的功能來講，Decorator 模式相比生成子類更加靈活。
二12、Bridge，橋模式：將抽象部分與它的實現部分相分離，使他們能夠獨立的變化。
二十3、Flyweight，享元模式
其實還有兩類：併發型模式和線程池模式。用一個圖片來總體描述一下：編程
2、設計模式的六大原則設計模式
總原則：開閉原則（Open Close Principle）
開閉原則就是說對擴展開放，對修改關閉。在程序須要進行拓展的時候，不能去修改原有的代碼，而是要擴展原有代碼，實現一個熱插拔的效果。因此一句話歸納就是：爲了使程序的擴展性好， 易於維護和升級。想要達到這樣的效果，咱們須要使用接口和抽象類等，後面的具體設計中咱們會提到這點。
一、單一職責原則
不要存在多於一個致使類變動的緣由，也就是說每一個類應該實現單一的職責，如若否則，就應該把類拆分。
二、里氏替換原則（Liskov Substitution Principle）
里氏代換原則(Liskov Substitution Principle LSP)面向對象設計的基本原則之一。 里氏代換原則中說，任何基類能夠出現的地方，子類必定能夠出現。 LSP 是繼承複用的基石，只有當衍生類能夠替換掉基類，軟件單位的功能不受到影響時，基類才能真正被複用，而衍生類也可以在基類的基礎上增長新的行爲。里氏代換原則是對「開-閉」原則的補充。實現「開-閉」原則的關鍵步驟就是抽象化。而基類與子類的繼承關係就是抽象化的具體實現，因此里氏代換原則是對實現抽象化的具體步驟的規範.歷史替換原則中，子類對父類的方法儘可能不要重寫和重載。由於父類表明了定義好的結構，經過這個規範的接口與外界交互，子類不該該隨便破壞它。
三、依賴倒轉原則（Dependence Inversion Principle）
這個是開閉原則的基礎，具體內容：面向接口編程，依賴於抽象而不依賴於具體。寫代碼時用到具體類時，不與具體類交互，而與具體類的上層接口交互。
四、接口隔離原則（Interface Segregation Principle）
這個原則的意思是：每一個接口中不存在子類用不到卻必須實現的方法，若是否則，就要將接口分。使用多個隔離的接口，比使用單個接口（多個接口方法集合到一個的接口）要好。
五、迪米特法則（最少知道原則）（Demeter Principle）數組
就是說：一個類對本身依賴的類知道的越少越好。也就是說不管被依賴的類多麼複雜，都應該將邏輯封裝在方法的內部，經過 public 方法提供給外部。這樣當被依賴的類變化時，才能最小的影響該類。最少知道原則的另外一個表達方式是：只與直接的朋友通訊。類之間只要有耦合關係，就叫朋友關係。耦合分爲依賴、關聯、聚合、組合等。咱們稱出現爲成員變量、方法參數、方法返回值中的類爲直接朋友。局部變量、臨時變量則不是直接的朋友。咱們要求陌生的類不要做爲局部變量出如今類中。
六、合成複用原則（Composite Reuse Principle）
原則是儘可能首先使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。安全
3、Java 的 23 中設計模式
A、建立模式
從這一塊開始，咱們詳細介紹 Java 中 23 種設計模式的概念，應用場景等狀況，並結合他們的特色及設計模式的原則進行分析。
首先，簡單工廠模式不屬於 23 中涉及模式，簡單工廠通常分爲：普通簡單工廠、多方法簡單工廠、靜態方法簡單工廠。服務器
0、簡單工廠模式
簡單工廠模式模式分爲三種：
0一、普通
就是創建一個工廠類，對實現了同一接口的一些類進行實例的建立。首先看下關係圖：多線程
舉例以下：（咱們舉一個發送郵件和短信的例子）
首先，建立兩者的共同接口：閉包
public interface Sender {
public void Send();
}
其次，建立實現類：併發
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!");
}
}
最後，建工廠類：
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("請輸入正確的類型!");
return null;
}
}
}
咱們來測試下：
public class FactoryTest {
public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produce("sms");
sender.Send();
}
}
輸出：this is sms sender!
0二、多個方法
是對普通工廠方法模式的改進，在普通工廠方法模式中，若是傳遞的字符串出錯，則不能正確建立對象，而多個工廠方法模式是提供多個工廠方法，分別建立對象。關係圖：
將上面的代碼作下修改，改動下 SendFactory 類就行，以下：
public class SendFactory {
public Sender produceMail(){
return new MailSender();
}
public Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}
測試類以下：
public class FactoryTest {
public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produceMail();
sender.Send();
}
}
輸出：this is mailsender!
0三、多個靜態方法
將上面的多個工廠方法模式裏的方法置爲靜態的，不須要建立實例，直接調用便可。
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();
}
}
輸出：this is mailsender!
整體來講，工廠模式適合：凡是出現了大量的產品須要建立，而且具備共同的接口時，能夠經過工廠方法模式進行建立。在以上的三種模式中，第一種若是傳入的字符串有誤，不能正確建立對象，第三種相對於第二種，不須要實例化工廠類，因此，大多數狀況下，咱們會選用第三種——靜態工廠方法模式。
一、工廠方法模式（Factory Method）
簡單工廠模式有一個問題就是，類的建立依賴工廠類，也就是說，若是想要拓展程序，必須對工廠類進行修改，這違背了閉包原則，因此，從設計角度考慮，有必定的問題，如何解決？就用到工廠方法模式，建立一個工廠接口和建立多個工廠實現類，這樣一旦須要增長新的功能，直接增長新的工廠類就能夠了，不須要修改以前的代碼。
請看例子：
public interface Sender {
public void Send();
}
兩個實現類：
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!");
}
}
兩個工廠類：
public class SendMailFactory implements Provider {
@Override
public Sender produce(){
return new MailSender();
}
}
public class SendSmsFactory implements Provider{
@Override
public Sender produce() {
return new SmsSender();
}
}
在提供一個接口：
public interface Provider {
public Sender produce();
}
測試類：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Provider provider = new SendMailFactory();
Sender sender = provider.produce();
sender.Send();
}
}
其實這個模式的好處就是，若是你如今想增長一個功能：發及時信息，則只需作一個實現類，實現 Sender接口，同時作一個工廠類，實現 Provider 接口，就 OK 了，無需去改動現成的代碼。這樣作，拓展性較好！
二、抽象工廠模式
工廠方法模式和抽象工廠模式很差分清楚，他們的區別以下：
工廠方法模式：
一個抽象產品類，能夠派生出多個具體產品類.
一個抽象工廠類，能夠派生出多個具體工廠類。
每一個具體工廠類只能建立一個具體產品類的實例。
抽象工廠模式：
多個抽象產品類，每一個抽象產品類能夠派生出多個具體產品類。
一個抽象工廠類，能夠派生出多個具體工廠類。
每一個具體工廠類能夠建立多個具體產品類的實例，也就是建立的是一個產品線下的多個產品。
區別：
工廠方法模式只有一個抽象產品類，而抽象工廠模式有多個。
工廠方法模式的具體工廠類只能建立一個具體產品類的實例，而抽象工廠模式能夠建立多個。
工廠方法建立 "一種" 產品，他的着重點在於"怎麼建立"，也就是說若是你開發，你的大量代碼極可能圍繞着這種產品的構造，初始化這些細節上面。也由於如此，相似的產品之間有不少能夠複用的特徵，因此會和模版方法相隨。
抽象工廠須要建立一些列產品，着重點在於"建立哪些"產品上，也就是說，若是你開發，你的主要任務是劃分不一樣差別的產品線，而且儘可能保持每條產品線接口一致，從而能夠從同一個抽象工廠繼承。
對於 java 來講，你能見到的大部分抽象工廠模式都是這樣的：
---它的裏面是一堆工廠方法，每一個工廠方法返回某種類型的對象。
好比說工廠能夠生產鼠標和鍵盤。那麼抽象工廠的實現類（它的某個具體子類）的對象均可以生產鼠標和鍵盤，但可能工廠 A 生產的是羅技的鍵盤和鼠標，工廠 B 是微軟的。
這樣 A 和 B 就是工廠，對應於抽象工廠；
每一個工廠生產的鼠標和鍵盤就是產品，對應於工廠方法；
用了工廠方法模式，你替換生成鍵盤的工廠方法，就能夠把鍵盤從羅技換到微軟。可是用了抽象工廠模式，你只要換家工廠，就能夠同時替換鼠標和鍵盤一套。若是你要的產品有幾十個，固然用抽象工廠模式一次替換所有最方便（這個工廠會替你用相應的工廠方法）
因此說抽象工廠就像工廠，而工廠方法則像是工廠的一種產品生產線
三、單例模式（Singleton）
單例對象（Singleton）是一種經常使用的設計模式。在 Java 應用中，單例對象能保證在一個 JVM中，該對象只有一個實例存在。這樣的模式有幾個好處：
一、某些類建立比較頻繁，對於一些大型的對象，這是一筆很大的系統開銷。
二、省去了 new 操做符，下降了系統內存的使用頻率，減輕 GC 壓力。
三、有些類如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，若是該類能夠建立多個的話，系統徹底亂了。（好比一個軍隊出現了多個司令員同時指揮，確定會亂成一團），因此只有使用單例模式，才能保證核心交易服務器獨立控制整個流程。
首先咱們寫一個簡單的單例類：
public class Singleton {
/* 持有私有靜態實例，防止被引用，此處賦值爲 null，目的是實現延遲加載 */
private static Singleton instance = null;
/* 私有構造方法，防止被實例化 */
private Singleton() {
}
/* 靜態工程方法，建立實例 */
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
/* 若是該對象被用於序列化，能夠保證對象在序列化先後保持一致 */
public Object readResolve() {
return instance;
}
}
這個類能夠知足基本要求，可是，像這樣毫無線程安全保護的類，若是咱們把它放入多線程的環境下，確定就會出現問題了，如何解決？咱們首先會想到對 getInstance 方法加 synchronized 關鍵字，以下：
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
可是，synchronized 關鍵字鎖住的是這個對象，這樣的用法，在性能上會有所降低，由於每次調用getInstance()，都要對對象上鎖，事實上，只有在第一次建立對象的時候須要加鎖，以後就不須要了，因此，這個地方須要改進。咱們改爲下面這個：
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (instance) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
彷佛解決了以前提到的問題，將 synchronized 關鍵字加在了內部，也就是說當調用的時候是不須要加鎖的，只有在 instance 爲 null，並建立對象的時候才須要加鎖，性能有必定的提高。可是，這樣的狀況，仍是有可能有問題的，看下面的狀況：在 Java 指令中建立對象和賦值操做是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。可是 JVM 並不保證這兩個操做的前後順序，也就是說有可能 JVM 會爲新的 Singleton 實例分配空間，而後直接賦值給 instance 成員，而後再去初始化這個 Singleton 實例。這樣就可能出錯了，咱們以 A、B 兩個線程爲例：
a>A、B 線程同時進入了第一個 if 判斷
b>A 首先進入 synchronized 塊，因爲 instance 爲 null，因此它執行 instance = new Singleton();
c>因爲 JVM 內部的優化機制， JVM 先畫出了一些分配給 Singleton 實例的空白內存，並賦值給 instance成員（注意此時 JVM 沒有開始初始化這個實例），而後 A 離開了 synchronized 塊。
d>B 進入 synchronized 塊，因爲 instance 此時不是 null，所以它立刻離開了 synchronized 塊並將結果返回給調用該方法的程序。
e>此時 B 線程打算使用 Singleton 實例，卻發現它沒有被初始化，因而錯誤發生了。
因此程序仍是有可能發生錯誤，其實程序在運行過程是很複雜的，從這點咱們就能夠看出，尤爲是在寫多線程環境下的程序更有難度，有挑戰性。咱們對該程序作進一步優化：
private static class SingletonFactory{
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonFactory.instance;
}
實際狀況是，單例模式使用內部類來維護單例的實現，JVM 內部的機制可以保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當咱們第一次調用 getInstance 的時候， JVM 可以幫咱們保證 instance 只被建立一次，而且會保證把賦值給 instance 的內存初始化完畢，這樣咱們就不用擔憂上面的問題。同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制，這樣就解決了低性能問題。這樣咱們暫時總結一個完美的單例模式：
public class Singleton {
/* 私有構造方法，防止被實例化 */
private Singleton() {
}
/* 此處使用一個內部類來維護單例 */
private static class SingletonFactory {
private static Singleton instance = new Singleton();
}
/* 獲取實例 */
public static Singleton getInstance() {
return SingletonFactory.instance;
}
/* 若是該對象被用於序列化，能夠保證對象在序列化先後保持一致 */
public Object readResolve() {
return getInstance();
}
}
其實說它完美，也不必定，若是在構造函數中拋出異常，實例將永遠得不到建立，也會出錯。因此說，十分完美的東西是沒有的，咱們只能根據實際狀況，選擇最適合本身應用場景的實現方法。也有人這樣實現：由於咱們只須要在建立類的時候進行同步，因此只要將建立和 getInstance()分開，單獨爲建立加 synchronized 關鍵字，也是能夠的：
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;
}
}
考慮性能的話，整個程序只需建立一次實例，因此性能也不會有什麼影響。
補充：採用"影子實例"的辦法爲單例對象的屬性同步更新
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();
}
}
經過單例模式的學習告訴咱們：
一、單例模式理解起來簡單，可是具體實現起來仍是有必定的難度。
二、synchronized 關鍵字鎖定的是對象，在用的時候，必定要在恰當的地方使用（注意須要使用鎖的對象和過程，可能有的時候並非整個對象及整個過程都須要鎖）。
到這兒，單例模式基本已經講完了，結尾處，筆者忽然想到另外一個問題，就是採用類的靜態方法，實現單例模式的效果，也是可行的，此處兩者有什麼不一樣？
首先，靜態類不能實現接口。（從類的角度說是能夠的，可是那樣就破壞了靜態了。由於接口中不容許有 static 修飾的方法，因此即便實現了也是非靜態的）
其次，單例能夠被延遲初始化， 靜態類通常在第一次加載是初始化。之因此延遲加載，是由於有些類比較龐大，因此延遲加載有助於提高性能。
再次，單例類能夠被繼承，他的方法能夠被覆寫。可是靜態類內部方法都是 static，沒法被覆寫。
最後一點，單例類比較靈活，畢竟從實現上只是一個普通的 Java 類，只要知足單例的基本需求，你能夠在裏面爲所欲爲的實現一些其它功能，可是靜態類不行。從上面這些歸納中，基本能夠看出兩者的區別，可是，從另外一方面講，咱們上面最後實現的那個單例模式，內部就是用一個靜態類來實現的，因此，兩者有很大的關聯，只是咱們考慮問題的層面不一樣罷了。兩種思想的結合，才能造就出完美的解決方案，就像 HashMap 採用數組+鏈表來實現同樣，其實生活中不少事情都是這樣，單用不一樣的方法來處理問題，老是有優勢也有缺點，最完美的方法是，結合各個方法的優勢，才能最好的解決問題！
四、建造者模式（Builder）
五、原型模式（Prototype）
原型模式雖然是建立型的模式，可是與工程模式沒有關係，從名字便可看出，該模式的思想就是將一個對象做爲原型，對其進行復制、克隆，產生一個和原對象相似的新對象。本小結會經過對象的複製，進行講解。在 Java 中，複製對象是經過 clone()實現的，先建立一個原型類：
public class Prototype implements Cloneable {
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}
}
很簡單，一個原型類，只須要實現 Cloneable 接口，覆寫 clone 方法，此處 clone 方法能夠改爲任意的名稱，由於 Cloneable 接口是個空接口，你能夠任意定義實現類的方法名，如 cloneA 或者 cloneB，由於此處的重點是 super.clone()這句話， super.clone()調用的是 Object 的 clone()方法，而在 Object 類中，clone()是 native 的，具體怎麼實現，我會在另外一篇文章中，關於解讀 Java 中本地方法的調用，此處再也不深究。在這兒，我將結合對象的淺複製和深複製來講一下，首先須要瞭解對象深、淺複製的概念：
淺複製：將一個對象複製後，基本數據類型的變量都會從新建立，而引用類型，指向的仍是原對象所指向的。深複製：將一個對象複製後，不管是基本數據類型還有引用類型，都是從新建立的。簡單來講，就是深複製進行了徹底完全的複製，而淺複製不完全。
此處，寫一個深淺複製的例子：
public class Prototype implements Cloneable, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String string;
private SerializableObject obj;
/* 淺複製 */
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}
/* 深複製 */
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
/* 寫入當前對象的二進制流 */
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
/* 讀出二進制流產生的新對象 */
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;
}
要實現深複製，須要採用流的形式讀入當前對象的二進制輸入，再寫出二進制數據對應的對象。
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