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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、经过分类编目的、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一样。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之设计模式，我们会以理论与实践相结合的方式来进行本章的学习，希望广大程序爱好者，学好设计模式，做一个优秀的软件工程师！
一、设计模式的分类
总体来说设计模式分为三大类：
创建型模式，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。用一个图片来整体描述一下：
二、设计模式的六大原则
1、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。所以一句话概括就是：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，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。
2、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，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。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，所以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
3、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。
4、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。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，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。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。
5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）
为什么叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。
6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）
原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。
三、Java的23中设计模式
从这一块开始，我们详细介绍Java中23种设计模式的概念，应用场景等情况，并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。
1、工厂方法模式（Factory Method）
工厂方法模式分为三种：
11、普通工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。首先看下关系图：
举例如下：（我们举一个发送邮件和短信的例子）
//首先，创建二者的共同接口： public interface Sender { public void Send(); } // 其次，创建实现类： 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; } } } //我们来测试下： 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!
22、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，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。关系图：
将上面的代码做下修改，改动下SendFactory类就行，如下：
public class SendFactory { public Sender produceMail(){ return new MailSender(); } public Sender produceSms(){ return new SmsSender(); } }
测试类如下：
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produceMail(); sender.Send(); } }
输出：this is mailsender!
33、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，不需要创建实例，直接调用即可。
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!
总体来说，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。
2、抽象工厂模式（Abstract Factory）
工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。因为抽象工厂不太好理解，我们先看看图，然后就和代码，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，如果你现在想增加一个功能：发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！
3、单例模式（Singleton）
单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。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：
1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。
2、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。
3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。
首先我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，创建实例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return instance; } }
这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：
public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }
但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：
public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (instance) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; }
似乎解决了之前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，我们以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，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();
c>由于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），然后A离开了synchronized块。
d>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了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，于是错误发生了。
所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：
private static class SingletonFactory{ private static Singleton instance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return SingletonFactory.instance; }
实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够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。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。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。这样我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; } /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return getInstance(); } }
其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建加synchronized关键字，也是可以的：
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，整个程序只需创建一次实例，所以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(); } }
通过单例模式的学习告诉我们：
1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。
2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。
到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者突然想到另一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？
首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）
其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。
再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。
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，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我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，所以，二者有很大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。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+链表来实现一样，其实生活中很多事情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！
4、建造者模式（Builder）
工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来得到的。我们看一下代码：
还和前面一样，一个Sender接口，两个实现类MailSender和SmsSender。最后，建造者类如下：
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，建造者模式将很多功能集成到一个类里，这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工程模式的区别就是：工厂模式关注的是创建单个产品，而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。因此，是选择工厂模式还是建造者模式，依实际情况而定。
5、原型模式（Prototype）
原型模式虽然是创建型的模式，但是与工程模式没有关系，从名字即可看出，该模式的思想就是将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的新对象。本小结会通过对象的复制，进行讲解。在Java中，复制对象是通过clone()实现的，先创建一个原型类：
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，只需要实现Cloneable接口，覆写clone方法，此处clone方法可以改成任意的名称，因为Cloneable接口是个空接口，你可以任意定义实现类的方法名，如cloneA或者cloneB，因为此处的重点是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，我会在另一篇文章中，关于解读Java中本地方法的调用，此处不再深究。在这儿，我将结合对象的浅复制和深复制来说一下，首先需要了解对象深、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重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。
深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。
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，需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。
public class Source { public void method1() { System.out.println("this is original method!"); } }
public interface Targetable { /* 与原类中的方法相同 */ public void method1(); /* 新类的方法 */ public void method2(); }
public class Adapter extends Source implements Targetable { @Override public void method2() { System.out.println("this is the targetable method!"); } }
Adapter类继承Source类，实现Targetable接口，下面是测试类：
public class AdapterTest { public static void main(String[] args) { Targetable target = new Adapter(); target.method1(); target.method2(); } }
输出：this is original method!
public class Wrapper implements Targetable { private Source source; public Wrapper(Source source){ super(); this.source = source; } @Override public void method2() { System.out.println("this is the targetable method!"); } @Override public void method1() { source.method1(); } }
测试类：
public class AdapterTest { public static void main(String[] args) { Source source = new Source(); Targetable target = new Wrapper(source); target.method1(); target.method2(); } }
输出与第一种一样，只是适配的方法不同而已。第三种适配器模式是接口的适配器模式，接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。看一下类图：
这个很好理解，在实际开发中，我们也常会遇到这种接口中定义了太多的方法，以致于有时我们在一些实现类中并不是都需要。看代码：
public interface Sourceable {
public void method1();
public void method2();
}
抽象类Wrapper2：
public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{
public void method1(){}
public void method2(){}
}
public class SourceSub1 extends Wrapper2 {
public void method1(){
System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");
}
}
public class SourceSub2 extends Wrapper2 {
public void method2(){
System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");
}
}
public class WrapperTest {
public static void main(String[] args) {
Sourceable source1 = new SourceSub1();
Sourceable source2 = new SourceSub2();
source1.method1();
source1.method2();
source2.method1();
source2.method2();
}
}
测试输出：the sourceable interface's first Sub1!
public interface Sourceable { public void method(); } public class Source implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("the original method!"); } } public class Decorator implements Sourceable { private Sourceable source; public Decorator(Sourceable source){ super(); this.source = source; } @Override public void method() { System.out.println("before decorator!"); source.method(); System.out.println("after decorator!"); } } 测试类： public class DecoratorTest { public static void main(String[] args) { Sourceable source = new Source(); Sourceable obj = new Decorator(source); obj.method(); } }
输出：before decorator!
after decorator!
public interface Sourceable {
public void method();
}
public class Source implements Sourceable {
@Override
public void method() {
System.out.println("the original method!");
}
}
public class Proxy implements Sourceable {
private Source source;
public Proxy(){
super();
this.source = new Source();
}
@Override
public void method() {
before();
source.method();
atfer();
}
private void atfer() {
System.out.println("after proxy!");
}
private void before() {
System.out.println("before proxy!");
}
}
//测试类：
public class ProxyTest {
public static void main(String[] args) {
Sourceable source = new Proxy();
source.method();
}
}
输出：before proxy!
after proxy!代理模式的应用场景：如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进，此时有两种办法：1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放，对修改关闭”的原则。2、就是采用一个代理类调用原有的方法，且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。使用代理模式，可以将功能划分的更加清晰，有助于后期维护！
public class CPU { public void startup(){ System.out.println("cpu startup!"); } public void shutdown(){ System.out.println("cpu shutdown!"); } } public class Memory { public void startup(){ System.out.println("memory startup!"); } public void shutdown(){ System.out.println("memory shutdown!"); } } public class Disk { public void startup(){ System.out.println("disk startup!"); } public void shutdown(){ System.out.println("disk shutdown!"); } } public class Computer { private CPU cpu; private Memory memory; private Disk disk; public Computer(){ cpu = new CPU(); memory = new Memory(); disk = new Disk(); } public void startup(){ System.out.println("start the computer!"); cpu.startup(); memory.startup(); disk.startup(); System.out.println("start computer finished!"); } public void shutdown(){ System.out.println("begin to close the computer!"); cpu.shutdown(); memory.shutdown(); disk.shutdown(); System.out.println("computer closed!"); } } User类如下： [java] view plaincopy public class User { public static void main(String[] args) { Computer computer = new Computer(); computer.startup(); computer.shutdown(); } }
输出：start the computer!
memory startup!
disk startup!
start computer finished!
begin to close the computer!
cpu shutdown!
memory shutdown!
disk shutdown!
computer closed!如果我们没有Computer类，那么，CPU、Memory、Disk他们之间将会相互持有实例，产生关系，这样会造成严重的依赖，修改一个类，可能会带来其他类的修改，这不是我们想要看到的，有了Computer类，他们之间的关系被放在了Computer类里，这样就起到了解耦的作用，这，就是外观模式！
public interface Sourceable { public void method(); } //分别定义两个实现类： public class SourceSub1 implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("this is the first sub!"); } } public class SourceSub2 implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("this is the second sub!"); } } //定义一个桥，持有Sourceable的一个实例： public abstract class Bridge { private Sourceable source; public void method(){ source.method(); } public Sourceable getSource() { return source; } public void setSource(Sourceable source) { this.source = source; } } public class MyBridge extends Bridge { public void method(){ getSource().method(); } } //测试类： public class BridgeTest { public static void main(String[] args) { Bridge bridge = new MyBridge(); /*调用第一个对象*/ Sourceable source1 = new SourceSub1(); bridge.setSource(source1); bridge.method(); /*调用第二个对象*/ Sourceable source2 = new SourceSub2(); bridge.setSource(source2); bridge.method(); } }
output：this is the first sub!
public class TreeNode { private String name; private TreeNode parent; private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>(); public TreeNode(String name){ this.name = name; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public TreeNode getParent() { return parent; } public void setParent(TreeNode parent) { this.parent = parent; } //添加孩子节点 public void add(TreeNode node){ children.add(node); } //删除孩子节点 public void remove(TreeNode node){ children.remove(node); } //取得孩子节点 public Enumeration<TreeNode> getChildren(){ return children.elements(); } } public class Tree { TreeNode root = null; public Tree(String name) { root = new TreeNode(name); } public static void main(String[] args) { Tree tree = new Tree("A"); TreeNode nodeB = new TreeNode("B"); TreeNode nodeC = new TreeNode("C"); nodeB.add(nodeC); tree.root.add(nodeB); System.out.println("build the tree finished!"); } }
使用场景：将多个对象组合在一起进行操作，常用于表示树形结构中，例如二叉树，数等。
12、享元模式（Flyweight）享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。
FlyWeightFactory负责创建和管理享元单元，当一个客户端请求时，工厂需要检查当前对象池中是否有符合条件的对象，如果有，就返回已经存在的对象，如果没有，则创建一个新对象，FlyWeight是超类。一提到共享池，我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池，想想每个连接的特点，我们不难总结出：适用于作共享的一些个对象，他们有一些共有的属性，就拿数据库连接池来说，url、driverClassName、username、password及dbname，这些属性对于每个连接来说都是一样的，所以就适合用享元模式来处理，建一个工厂类，将上述类似属性作为内部数据，其它的作为外部数据，在方法调用时，当做参数传进来，这样就节省了空间，减少了实例的数量。看个例子：
看下数据库连接池的代码：
public class ConnectionPool { private Vector<Connection> pool; /*公有属性*/ private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test"; private String username = "root"; private String password = "root"; private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver"; private int poolSize = 100; private static ConnectionPool instance = null; Connection conn = null; /*构造方法，做一些初始化工作*/ private ConnectionPool() { pool = new Vector<Connection>(poolSize); for (int i = 0; i < poolSize; i++) { try { Class.forName(driverClassName); conn = DriverManager.getConnection(url, username, password); pool.add(conn); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } } /* 返回连接到连接池 */ public synchronized void release() { pool.add(conn); } /* 返回连接池中的一个数据库连接 */ public synchronized Connection getConnection() { if (pool.size() > 0) { Connection conn = pool.get(0); pool.remove(conn); return conn; } else { return null; } } }
通过连接池的管理，实现了数据库连接的共享，不需要每一次都重新创建连接，节省了数据库重新创建的开销，提升了系统的性能！本章讲解了7种结构型模式，因为篇幅的问题，剩下的11种行为型模式，
AbstractCalculator是辅助类，提供辅助方法，接下来，依次实现下每个类：首先统一接口：
public interface ICalculator { public int calculate(String exp); } //辅助类： public abstract class AbstractCalculator { public int[] split(String exp,String opt){ String array[] = exp.split(opt); int arrayInt[] = new int[2]; arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]); arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]); return arrayInt; } } //三个实现类： public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator { @Override public int calculate(String exp) { int arrayInt[] = split(exp,"\+"); return arrayInt[0]+arrayInt[1]; } } public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator { @Override public int calculate(String exp) { int arrayInt[] = split(exp,"-"); return arrayInt[0]-arrayInt[1]; } } public class Multiply extends AbstractCalculator implements ICalculator { @Override public int calculate(String exp) { int arrayInt[] = split(exp,"\*"); return arrayInt[0]*arrayInt[1]; } } //简单的测试类： public class StrategyTest { public static void main(String[] args) { String exp = "2+8"; ICalculator cal = new Plus(); int result = cal.calculate(exp); System.out.println(result); } }
输出：10策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。
14、模板方法模式（Template Method）解释一下模板方法模式，就是指：一个抽象类中，有一个主方法，再定义1...n个方法，可以是抽象的，也可以是实际的方法，定义一个类，继承该抽象类，重写抽象方法，通过调用抽象类，实现对子类的调用，先看个关系图：
就是在AbstractCalculator类中定义一个主方法calculate，calculate()调用spilt()等，Plus和Minus分别继承AbstractCalculator类，通过对AbstractCalculator的调用实现对子类的调用，看下面的例子：
public abstract class AbstractCalculator { /*主方法，实现对本类其它方法的调用*/ public final int calculate(String exp,String opt){ int array[] = split(exp,opt); return calculate(array[0],array[1]); } /*被子类重写的方法*/ abstract public int calculate(int num1,int num2); public int[] split(String exp,String opt){ String array[] = exp.split(opt); int arrayInt[] = new int[2]; arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]); arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]); return arrayInt; } } public class Plus extends AbstractCalculator { @Override public int calculate(int num1,int num2) { return num1 + num2; } } //测试类： public class StrategyTest { public static void main(String[] args) { String exp = "8+8"; AbstractCalculator cal = new Plus(); int result = cal.calculate(exp, "\+"); System.out.println(result); } }
我跟踪下这个小程序的执行过程：首先将exp和"\+"做参数，调用AbstractCalculator类里的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)里调用同类的split()，之后再调用calculate(int ,int)方法，从这个方法进入到子类中，执行完return num1 + num2后，将值返回到AbstractCalculator类，赋给result，打印出来。正好验证了我们开头的思路。
15、观察者模式（Observer）包括这个模式在内的接下来的四个模式，都是类和类之间的关系，不涉及到继承，学的时候应该 记得归纳，记得本文最开始的那个图。观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和RSS订阅，当我们浏览一些博客或wiki时，经常会看到RSS图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。先来看看关系图：
我解释下这些类的作用：MySubject类就是我们的主对象，Observer1和Observer2是依赖于MySubject的对象，当MySubject变化时，Observer1和Observer2必然变化。AbstractSubject类中定义着需要监控的对象列表，可以对其进行修改：增加或删除被监控对象，且当MySubject变化时，负责通知在列表内存在的对象。我们看实现代码：一个Observer接口：
public interface Observer { public void update(); } //两个实现类： public class Observer1 implements Observer { @Override public void update() { System.out.println("observer1 has received!"); } } public class Observer2 implements Observer { @Override public void update() { System.out.println("observer2 has received!"); } } //Subject接口及实现类： public interface Subject { /*增加观察者*/ public void add(Observer observer); /*删除观察者*/ public void del(Observer observer); /*通知所有的观察者*/ public void notifyObservers(); /*自身的操作*/ public void operation(); } public abstract class AbstractSubject implements Subject { private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>(); @Override public void add(Observer observer) { vector.add(observer); } @Override public void del(Observer observer) { vector.remove(observer); } @Override public void notifyObservers() { Enumeration<Observer> enumo = vector.elements(); while(enumo.hasMoreElements()){ enumo.nextElement().update(); } } } public class MySubject extends AbstractSubject { @Override public void operation() { System.out.println("update self!"); notifyObservers(); } } //测试类： public class ObserverTest { public static void main(String[] args) { Subject sub = new MySubject(); sub.add(new Observer1()); sub.add(new Observer2()); sub.operation(); } }
输出：update self!
observer2 has received! 这些东西，其实不难，只是有些抽象，不太容易整体理解，建议读者：根据关系图，新建项目，自己写代码（或者参考我的代码）,按照总体思路走一遍，这样才能体会它的思想，理解起来容易！
public interface Collection { public Iterator iterator(); /*取得集合元素*/ public Object get(int i); /*取得集合大小*/ public int size(); } public interface Iterator { //前移 public Object previous(); //后移 public Object next(); public boolean hasNext(); //取得第一个元素 public Object first(); } //两个实现： public class MyCollection implements Collection { public String string[] = {"A","B","C","D","E"}; @Override public Iterator iterator() { return new MyIterator(this); } @Override public Object get(int i) { return string[i]; } @Override public int size() { return string.length; } } public class MyIterator implements Iterator { private Collection collection; private int pos = -1; public MyIterator(Collection collection){ this.collection = collection; } @Override public Object previous() { if(pos > 0){ pos--; } return collection.get(pos); } @Override public Object next() { if(pos<collection.size()-1){ pos++; } return collection.get(pos); } @Override public boolean hasNext() { if(pos<collection.size()-1){ return true; }else{ return false; } } @Override public Object first() { pos = 0; return collection.get(pos); } } //测试类： public class Test { public static void main(String[] args) { Collection collection = new MyCollection(); Iterator it = collection.iterator(); while(it.hasNext()){ System.out.println(it.next()); } } }
输出：A B C D E此处我们貌似模拟了一个集合类的过程，感觉是不是很爽？其实JDK中各个类也都是这些基本的东西，加一些设计模式，再加一些优化放到一起的，只要我们把这些东西学会了，掌握好了，我们也可以写出自己的集合类，甚至框架！
17、责任链模式（Chain of Responsibility）
public interface Handler { public void operator(); } public abstract class AbstractHandler { private Handler handler; public Handler getHandler() { return handler; } public void setHandler(Handler handler) { this.handler = handler; } } public class MyHandler extends AbstractHandler implements Handler { private String name; public MyHandler(String name) { this.name = name; } @Override public void operator() { System.out.println(name+"deal!"); if(getHandler()!=null){ getHandler().operator(); } } } public class Test { public static void main(String[] args) { MyHandler h1 = new MyHandler("h1"); MyHandler h2 = new MyHandler("h2"); MyHandler h3 = new MyHandler("h3"); h1.setHandler(h2); h2.setHandler(h3); h1.operator(); } }
输出：h1deal!
h3deal!此处强调一点就是，链接上的请求可以是一条链，可以是一个树，还可以是一个环，模式本身不约束这个，需要我们自己去实现，同时，在一个时刻，命令只允许由一个对象传给另一个对象，而不允许传给多个对象。
public interface Command { public void exe(); } public class MyCommand implements Command { private Receiver receiver; public MyCommand(Receiver receiver) { this.receiver = receiver; } @Override public void exe() { receiver.action(); } } public class Receiver { public void action(){ System.out.println("command received!"); } } public class Invoker { private Command command; public Invoker(Command command) { this.command = command; } public void action(){ command.exe(); } } public class Test { public static void main(String[] args) { Receiver receiver = new Receiver(); Command cmd = new MyCommand(receiver); Invoker invoker = new Invoker(cmd); invoker.action(); } }
输出：command received!这个很哈理解，命令模式的目的就是达到命令的发出者和执行者之间解耦，实现请求和执行分开，熟悉Struts的同学应该知道，Struts其实就是一种将请求和呈现分离的技术，其中必然涉及命令模式的思想！
public class Original { private String value; public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; } public Original(String value) { this.value = value; } public Memento createMemento(){ return new Memento(value); } public void restoreMemento(Memento memento){ this.value = memento.getValue(); } } public class Memento { private String value; public Memento(String value) { this.value = value; } public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; } } public class Storage { private Memento memento; public Storage(Memento memento) { this.memento = memento; } public Memento getMemento() { return memento; } public void setMemento(Memento memento) { this.memento = memento; } } //测试类： public class Test { public static void main(String[] args) { // 创建原始类 Original origi = new Original("egg"); // 创建备忘录 Storage storage = new Storage(origi.createMemento()); // 修改原始类的状态 System.out.println("初始化状态为：" + origi.getValue()); origi.setValue("niu"); System.out.println("修改后的状态为：" + origi.getValue()); // 回复原始类的状态 origi.restoreMemento(storage.getMemento()); System.out.println("恢复后的状态为：" + origi.getValue()); } }
输出：初始化状态为：egg
恢复后的状态为：egg简单描述下：新建原始类时，value被初始化为egg，后经过修改，将value的值置为niu，最后倒数第二行进行恢复状态，结果成功恢复了。其实我觉得这个模式叫“备份-恢复”模式最形象。
package com.xtfggef.dp.state; // 状态类的核心类 public class State { private String value; public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; } public void method1(){ System.out.println("execute the first opt!"); } public void method2(){ System.out.println("execute the second opt!"); } } package com.xtfggef.dp.state; //状态模式的切换类 public class Context { private State state; public Context(State state) { this.state = state; } public State getState() { return state; } public void setState(State state) { this.state = state; } public void method() { if (state.getValue().equals("state1")) { state.method1(); } else if (state.getValue().equals("state2")) { state.method2(); } } } //测试类： public class Test { public static void main(String[] args) { State state = new State(); Context context = new Context(state); //设置第一种状态 state.setValue("state1"); context.method(); //设置第二种状态 state.setValue("state2"); context.method(); } }
输出： execute the first opt!
public interface Visitor { public void visit(Subject sub); } public class MyVisitor implements Visitor { @Override public void visit(Subject sub) { System.out.println("visit the subject："+sub.getSubject()); } } //Subject类，accept方法，接受将要访问它的对象，getSubject()获取将要被访问的属性 public interface Subject { public void accept(Visitor visitor); public String getSubject(); } public class MySubject implements Subject { @Override public void accept(Visitor visitor) { visitor.visit(this); } @Override public String getSubject() { return "love"; } } //测试： public class Test { public static void main(String[] args) { Visitor visitor = new MyVisitor(); Subject sub = new MySubject(); sub.accept(visitor); } }
输出：visit the subject：love 该模式适用场景：如果我们想为一个现有的类增加新功能，不得不考虑几个事情：
1、新功能会不会与现有功能出现兼容性问题？
2、以后会不会再需要添加？
3、如果类不允许修改代码怎么办？面对这些问题，最好的解决方法就是使用访问者模式，访问者模式适用于数据结构相对稳定的系统，把数据结构和算法解耦，
public interface Mediator { public void createMediator(); public void workAll(); } public class MyMediator implements Mediator { private User user1; private User user2; public User getUser1() { return user1; } public User getUser2() { return user2; } @Override public void createMediator() { user1 = new User1(this); user2 = new User2(this); } @Override public void workAll() { user1.work(); user2.work(); } } public abstract class User { private Mediator mediator; public Mediator getMediator(){ return mediator; } public User(Mediator mediator) { this.mediator = mediator; } public abstract void work(); } public class User1 extends User { public User1(Mediator mediator){ super(mediator); } @Override public void work() { System.out.println("user1 exe!"); } } public class User2 extends User { public User2(Mediator mediator){ super(mediator); } @Override public void work() { System.out.println("user2 exe!"); } } //测试类： public class Test { public static void main(String[] args) { Mediator mediator = new MyMediator(); mediator.createMediator(); mediator.workAll(); } }
输出： user1 exe!
解释器模式是我们暂时的最后一讲，一般主要应用在OOP开发中的编译器的开发中，所以适用面比较窄。
public interface Expression { public int interpret(Context context); } public class Plus implements Expression { @Override public int interpret(Context context) { return context.getNum1()+context.getNum2(); } } public class Minus implements Expression { @Override public int interpret(Context context) { return context.getNum1()-context.getNum2(); } } public class Context { private int num1; private int num2; public Context(int num1, int num2) { this.num1 = num1; this.num2 = num2; } public int getNum1() { return num1; } public void setNum1(int num1) { this.num1 = num1; } public int getNum2() { return num2; } public void setNum2(int num2) { this.num2 = num2; } } public class Test { public static void main(String[] args) { // 计算9+2-8的值 int result = new Minus().interpret((new Context(new Plus() .interpret(new Context(9, 2)), 8))); System.out.println(result); } }
最后输出正确的结果：3。 基本就这样，解释器模式用来做各种各样的解释器，如正则表达式等的解释器等等！