GoF的23种设计模式

如下对各个模式的功能进行介绍。

1. 单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。
2. 原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。
3. 工厂方法（Factory Method）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。
4. 抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。
5. 建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。
6. 代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性。
7. 适配器（Adapter）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。
8. 桥接（Bridge）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。
9. 装饰（Decorator）模式：动态的给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。
10. 外观（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。
11. 享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。
12. 组合（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。
13. 模板方法（TemplateMethod）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。
14. 策略（Strategy）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，且算法的改变不会影响使用算法的客户。
15. 命令（Command）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。
16. 职责链（Chain of Responsibility）模式：把请求从链中的一个对象传到下一个对象，直到请求被响应为止。通过这种方式去除对象之间的耦合。
17. 状态（State）模式：允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。
18. 观察者（Observer）模式：多个对象间存在一对多关系，当一个对象发生改变时，把这种改变通知给其他多个对象，从而影响其他对象的行为。
19. 中介者（Mediator）模式：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，降低系统中对象间的耦合度，使原有对象之间不必相互了解。
20. 迭代器（Iterator）模式：提供一种方法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。
21. 访问者（Visitor）模式：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每个元素提供多种访问方式，即每个元素有多个访问者对象访问。
22. 备忘录（Memento）模式：在不破坏封装性的前提下，获取并保存一个对象的内部状态，以便以后恢复它。
23. 解释器（Interpreter）模式：提供如何定义语言的文法，以及对语言句子的解释方法，即解释器。

1. 单例模式

图1 单例模式的结构图

 Singleton 模式通常有两种实现形式。

第 1 种：懒汉式单例

该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下：

public class LazySingleton
{
    private static volatile LazySingleton instance=null;    //保证 instance 在所有线程中同步
    private LazySingleton(){}    //private 避免类在外部被实例化
    public static synchronized LazySingleton getInstance()
    {
        //getInstance 方法前加同步
        if(instance==null)
        {
            instance=new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
}

第 2 种：饿汉式单例

该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。

public class HungrySingleton
{
    private static final HungrySingleton instance=new HungrySingleton();
    private HungrySingleton(){}
    public static HungrySingleton getInstance()
    {
        return instance;
    }
}

2. 原型模式

图2 原型模式的结构图

结构

原型模式包含以下主要角色。

1. 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。(java中Cloneable接口就是抽象原型类)
2. 具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
3. 访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

适用场景。

• 对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。
• 对象的创建过程比较麻烦，但复制比较简单的时候。

3. 工厂方法模式

图3 工厂方法模式的结构图 

结构

工厂方法模式的主要角色如下。

1. 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
2. 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
3. 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
4. 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

package FactoryMethod;
public class AbstractFactoryTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            Product a;
            AbstractFactory af;
            af=(AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
            a=af.newProduct();
            a.show();
        }
        catch(Exception e)
        {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}
//抽象产品：提供了产品的接口
interface Product
{
    public void show();
}
//具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct1 implements Product
{
    public void show()
    {
        System.out.println("具体产品1显示...");
    }
}
//具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct2 implements Product
{
    public void show()
    {
        System.out.println("具体产品2显示...");
    }
}
//抽象工厂：提供了厂品的生成方法
interface AbstractFactory
{
    public Product newProduct();
}
//具体工厂1：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory
{
    public Product newProduct()
    {
        System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
        return new ConcreteProduct1();
    }
}
//具体工厂2：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory
{
    public Product newProduct()
    {
        System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

package FactoryMethod;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
class ReadXML1
{
    //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
    public static Object getObject()
    {
        try
        {
            //创建文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));        
            //获取包含类名的文本节点
            NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
            String cName="FactoryMethod."+classNode.getNodeValue();
            //System.out.println("新类名："+cName);
            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class<?> c=Class.forName(cName);
              Object obj=c.newInstance();
            return obj;
         }  
         catch(Exception e)
         {
                   e.printStackTrace();
                   return null;
         }
    }
}

应用场景

工厂方法模式（当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式）通常适用于以下场景。

• 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
• 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
• 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。

4.抽象工厂模式

图4 抽象工厂模式的结构图

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。

扩展

抽象工厂模式的扩展有一定的“开闭原则”倾斜性：

1. 当增加一个新的产品族时只需增加一个新的具体工厂，不需要修改原代码，满足开闭原则。
2. 当产品族中需要增加一个新种类的产品时，则所有的工厂类都需要进行修改，不满足开闭原则。

另一方面，当系统中只存在一个等级结构的产品时，抽象工厂模式将退化到工厂方法模式。

5. 建造者模式

图5 建造者模式的结构图

结构

建造者（Builder）模式的主要角色如下。

1. 产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个滅部件。
2. 抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
3. 具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
4. 指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。

 

5. 代理模式

 

图5 代理模式的结构图

6. 适配器模式

类适配器模式的结构图如图 6 所示。

图6 类适配器模式的结构图

对象适配器模式的结构图如图 7 所示。

 图7 对象适配器模式的结构图

7. 适配器模式

 

图8 桥接模式的结构图

8. 桥接模式

 

图9 桥接模式的结构图

9. 桥接模式

图10 装饰模式的结构图

10. 外观模式

图11 外观（Facade）模式的结构图

11. 享元模式

图12 享元模式的结构图

11. 组合模式

 图13 透明式的组合模式的结构图

 图14 安全式的组合模式的结构图