Java 24种设计模式

àì夳堔傛蜴生んèń 2023-09-27 14:35 70阅读 0赞

**目录**

引子

设计模式原则

创建者模式

1.简单工厂模式

2.工厂模式

3.抽象工厂模式

4.单例模式

5.建造者模式

6.原型模式

结构型模式

7.代理模式

8.适配器模式

9.桥接模式

10.装饰模式

11.外观模式

12.组合模式

13.享元模式

行为型模式

14.策略模式

15.观察者模式

16.责任链模式

17.模板方式模式

18.状态模式

19.迭代器模式

20.命令模式

21.备忘录模式

22.访问者模式

23.中介者模式

24.解释器模式

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## 引子 ##

设计模式是很多程序员总结出来的最佳实践。曾经在刚开始写项目的时候学习过设计模式，在开发过程中，也主动或者被动的使用过。现在写代码虽说不会特意明确在用哪种设计模式，但潜移默化的写出来公认的最佳实践代码，毕竟看的比较清爽。为什么再看一遍设计模式，主要有几个原因：第一，很多优秀的源码基本都使用了设计模式，明确设计模式能够更好的看源码。第二，很多中间件设计理念也是基于设计模式的，还有其他的语言，都有自己的设计最佳实践。对于我来说，设计模式始于java，不止于java。第三，有了这种规范，可以更好的和他人沟通，言简意赅。

### 设计模式原则 ###

很多优秀的文章和书籍都讲的很明白了，我说下自己的体会。 1.单一职责原则，就是一个类只负责做一件事情。这样就可以做到解耦合的效果，让代码看起来比较清爽，也体现了java的封装性。还有个原则叫迪米特法则，就是一个对象对另一个对象有尽量少的了解，说的也是解耦合的事情。 2.里氏替换原则和依赖导致原则，说的是继承的事情。父类可以做的事情，子类都可以去做，子类可以尽量去依赖父类去做事情；但是反过来，父类不能依赖子类去做一些事情。体现了java的继承特性。 3.接口隔离原则，接口也应该尽可能的隔离开来。其实类写多了，的确耦合性低，为了让他们交流起来，用的最多的就是接口，毕竟只需要知道做什么，怎么做，去访问那个具体的类吧。 4.开闭原则，对修改关闭，对拓展开放。就是代码需要有很好的延展性，对原有代码结构不能破坏。

### 创建者模式 ###

创建者模式就是为了用优雅的方式创建我们使用的类。

#### 1.简单工厂模式 ####

这个用的比较少，就是有个工厂，告诉你我要什么东西，你造好了给我就行。比如说：

public interface Ball {
        public String create();
    }

public class Soccer implements Ball {
        @Override
        public String create() {
            return "give you a soccer";
        }
    }

public class BasketBall implements Ball {
        @Override
        public String create() {
            return "give you a basketBall";
        }
    }

public class EasyBallFactory  {
        public static Ball createBall(String name){
            if (name.equals("basketball")){
                return new BasketBall();
            }else if(name.equals("soccer")){
                return new Soccer();
            }else {
                return null;
            }
        }
        public static void main(String[] args) {
            Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer");
            Ball basketBall = EasyBallFactory.createBall("basketball");
            System.out.println(soccer.create()); //give you a soccer
            System.out.println(basketBall.create()); //give you a basketBall
        }
    }

#### 2.工厂模式 ####

这个其实和简单工厂模式差不太多，就是将工厂继续拆分，比如说刚刚EasyBallFactory是一个总工厂，我们现在拆分成SoccerFactory和BasketBallFactory分别生产足球和篮球。某个工厂内部可以根据需求生产不同的产品，比如说soccer可以生产不同大小的出来。

public interface BallFactory {
        public Ball create();
    }复制代码

public class SoccerFactory implements BallFactory {
        @Override
        public Ball create() {
            //do something
            return null;
        }
    }
    public class BasketBallFactory implements BallFactory {
        @Override
        public Ball create() {
            //do something
            return null;
        }
    }复制代码

#### 3.抽象工厂模式 ####

抽象工厂模式主要设计产品组的概念，就是某一个工厂生产出配套的一系列产品。例如，在生产足球的同时，SoccerFactory还可以生产与之配套的足球杂志。

public interface Journal {
        public String create();
    }
    public class SoccerJournal implements Journal{
        @Override
        public String create() {
            return "give you a Soccer Journal...";
        }
    }
    public class SoccerFactory implements BallFactory {
        @Override
        public Ball create() {
            return new Soccer();
        }
        public Journal createJournal(){
            return new SoccerJournal();
        }
    }复制代码

#### 4.单例模式 ####

单例模式有很多种形式，最佳实践应该是两重判断，保证只new出来一个。单例可以说是非常普遍的设计模式了。单例就是指在服务容器的生命周期中只能有这么一个。比如说Servlet、Spring中注入的Bean等等都是单例的。

public class ShiroUtils {
        // 通过私有变量保存单例对象【添加了 volatile 修饰】
        public  volatile  static Session session;
    
        // 提供公共获取单例对象的方法
        public static Session getSession() {
            if (session == null){
                synchronized(ShiroUtils.class){
                    if (session == null){
                        session = SecurityUtils.getSubject().getSession();
                    }
                }
            }
            return session;
        }
    }

#### 5.建造者模式 ####

将一个复杂对象分布创建。如果一个超大的类的属性特别多，我们可以把属性分门别类，不同属性组成一个稍微小一点的类，再把好几个稍微小点的类窜起来。比方说一个电脑，可以分成不同的稍微小点的部分CPU、主板、显示器。CPU、主板、显示器分别有更多的组件，不再细分。

@Data
    public class Computer{
        private CPU cpu;//cpu 是个接口，有不同实现如InterCPU AMDCPU 等等
        private MainBoard mainBoard;//mainBoard 是个接口，有不同的实现
        private DisPlayer disPlayer;//disPlayer 是个接口，有不同的实现
    }

public abstract class Builder { 
        abstract void buildCPU(); 
        abstract void buildMainBoard(); 
        abstract void buildDisPlayer(); 
        abstract Computer createComputer(); 
    }

public class XiaoMiBuilder extends Builder{
        private Computer computer = new Computer();
        @Override
        void buildCPU() {
            computer.setCpu(new InterCPU());
        }
        @Override
        void buildMainBoard() {
            computer.setMainBoard(new AMainBoard());
        }
        @Override
        void buildDisPlayer() {
            computer.setDisPlayer(new ADisPlayer());
        }
        @Override
        Computer createComputer() {
            return computer;
        }
    }

SpringBoot实现了0配置，几乎所有的配置都写到了java代码中，大量的配置不得不让配置类采用建造者模式，这样层次比较清晰。

#### 6.原型模式 ####

原型模式用的比较少，用于创建重复对象。需要实现Cloneable 可以选择重写clone()方法。clone分为浅克隆和深克隆。浅克隆只是克隆引用，对象还是一个。深克隆是对象也新创建了一个，如下：

@Data
    @Builder
    public class User implements Cloneable{
        private String name;
        private int age;
        @Override
        protected User clone() throws CloneNotSupportedException {
            return new User(this.name,this.age);
        }
        public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
            User user1 = new User("pjjlt",25);
            User user2 = user1.clone();
            user1.setAge(18);
            System.out.println(user2.getAge()); //25
        }
    }

### 结构型模式 ###

上面的设计模式可以帮助我们非常优雅的创建出来对象，下面看几个对象关系之间的模型。

#### 7.代理模式 ####

Spring的AOP用的是动态代理，何为动态不看了，用过Spring的小伙伴都知道吧。单纯看一下最基础代理模式是什么样的。代理就是，一个对象辅助另一个对象去做某件事，同时还可以增加一点辅助功能。例如，你买车，的确是你花钱把车买到了，但是你不可能直接去和厂家谈吧，你应该通过4S店购买，同时4S店帮助你入保险扣税等操作，最终你才得到了你想要的车。

public interface Buy {
        public void buyCar();
    }复制代码

public class People implements Buy {
        @Override
        public void buyCar() {
            System.out.println("you get a car");
        }
    }

public class ProxyPeople implements Buy{
        private People people;
        public ProxyPeople(People people){
            this.people=people;
        }
        @Override
        public void buyCar() {
            System.out.println("4s店帮你纳税、上保险...");
            people.buyCar();
        }
        public static void main(String[] args) {
            Buy buy = new ProxyPeople(new People());
            buy.buyCar();
        }
    }
    //输出：
    4s店帮你纳税、上保险...
    you get a car

#### 8.适配器模式 ####

适配器，顾名思义，是让两个不兼容的东西可以一起工作。例如插座的电源是220V，手机直接给他220V 50HZ的交流电我相信一般都会直接炸了（除了诺基亚...）手机充电器就进行了适配，将电压变小，交流电变成直流电。除了这种需要改变属性的操作（比较好说，不举例子了），适配器还用于在接口继承方面。假设一个顶级接口有一大堆方法需要实现类实现，我新写了个类只是想选择的实现一两个接口，那其他的方法我是不是都需要实现一下，即使是空实现（单纯实现，不进行任何逻辑操作），这是我们就需要一个适配器类，空实现那些方法，我的新类只需要继承这个适配器类就好了，要是想实现某个方法，只需要重写掉配置类中对应的方法就好。这种模式基本都会用到，毕竟谁的代码还没个顶级接口啊。

public interface ATopIntf {
        public void one();
        public void two();
        public void three();
    }

public class Adapter implements ATopIntf {
        @Override
        public void one() { }
        @Override
        public void two() { }
        @Override
        public void three() { }
    }

public class You extends Adapter {
        @Override
        public void one() {
            super.one();
            System.out.println("one");
        }
    }

#### 9.桥接模式 ####

就是用于抽象化和实现化的解耦。又是解耦，貌似设计模式就是教我们如何优雅的解耦。提高了代码的拓展性，并且可以实现代码的动态切换。 最开始的Ball、Soccer、BasketBall接着用，增加新的类

public  class BallCut {
        private Ball ball;
        public Ball getBall() {
            return ball;
        }
        public void setBall(Ball ball) {
            this.ball = ball;
        }
        public void create(){
             System.out.println(ball.create());
        }
        public static void main(String[] args) {
            BallCut ballCut = new BallCut();
            ballCut.setBall(new Soccer());
            ballCut.create(); //give you a soccer
            ballCut.setBall(new BasketBall());
            ballCut.create(); //give you a basketBall
        }
    }

#### 10.装饰模式 ####

一个装饰类，在原来类的基础上增加一点功能。是不是和代理模式很像，我甚至可以将整个代码搬过来照样可以说的通的。这两个模式意思上有点差别，代理模式是原对象做不了那件事，必须让代理对象去做，主导侧重于代理对象，比如说买车。装饰模式是说，就是让原对象直接去做这件事，只是功能上增强一点，主导在于原对象。比如说炒菜的时候撒点盐。

#### 11.外观模式 ####

又称门面模式，就是一个门面，一个操作无需让对象知道其内部实现的复杂度，尽量让用户感知到是非常简单的。这就是为什么我们controller层尽量（或者说一定）少些业务逻辑，让controller层只是起到一个传参和通用性参数校验的功能，剩下的全交给service去做吧。我们还需要在代码中不断将“长得”特别长的代码封装成一个方法，“让处处都有好看的外观”。看一下我们曾写过的代码，这里只起到了传参的作用，究竟这个足球是怎么创建出来的，客户端不必担心。

public static void main(String[] args) {
            Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer");
            System.out.println(soccer.create()); //give you a soccer
        }

#### 12.组合模式 ####

组合模式是将存在某种包含关系的数据组织在一起，典型的例子就是树状结构。例如菜单功能，一个菜单除了自己该有的属性，还可能包含子菜单，创建的时候可以使用递归的方法。

@Data
    public class Menu{
        private String name;
        private int type;
        private List<Menu> childMenus;
    }复制代码

#### 13.享元模式 ####

享元模式尽可能的让用户复用已经有的对象，从而避免造成反复创建对象的资源浪费。首先就会想到数据库连接池还有String常量池，延伸一下，几乎所有和缓存有关的代码，多少都会用到享元模式。享元模式要求大部分的对象可以外部化。这边要说两个概念，享元模式对象的属性可以分为两个部分，内部状态和外部状态，内部状态是指不会随环境而改变的值，比如说个人信息，外部状态是指随环境改变的值，不能进行共享的信息，如某大学生选修的课程。

public abstract class Flyweight {
        //内部状态
        private String name;
        private String age;
        //外部状态
        private final String subject;
        protected Flyweight(String subject) {
            this.subject = subject;
        }
        //行为
        public abstract void exam();
        public String getSubject() {
            return subject;
        }
    }复制代码

public class RealFlyweight extends Flyweight {
        @Override
        public void exam() {
            System.out.println(this.getSubject()+" is examing...");
        }
        public RealFlyweight(String subject){
            super(subject);
        }
    }复制代码

public class FlyweightFactory {
        //定义一个池子
        private static HashMap<String,Flyweight> pool= new HashMap();
        public static Flyweight getFlyweight(String subject){
            Flyweight flyweight =null;
            if (pool.containsKey(subject)){
                flyweight=pool.get(subject);
            }else {
                flyweight = new RealFlyweight(subject);
                pool.put(subject,flyweight);
            }
            return flyweight;
        }
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(pool.size());//0
            getFlyweight("math");
            System.out.println(pool.size());//1
            getFlyweight("english");
            System.out.println(pool.size());//2
            getFlyweight("math");
            System.out.println(pool.size());//2
        }
    }复制代码

### 行为型模式 ###

创建了对象，对象之间有了结构关系，就要看下怎么更加优雅的相互作用了。

#### 14.策略模式 ####

定义一组算法, 将每个算法都封装起来, 并且使它们之间可以互换。可以说是一组算法的封装，根据客户端给出的不同要求，进行不同的运算。比如下面这个简易计算器。

public interface Strategy {
       public int doOperation(int num1, int num2);
    }
    public class OperationAdd implements Strategy{
       @Override
       public int doOperation(int num1, int num2) {
          return num1 + num2;
       }
    }
    public class OperationSubstract implements Strategy{
       @Override
       public int doOperation(int num1, int num2) {
          return num1 - num2;
       }
    }
    public class Context {
       private Strategy strategy;
       public Context(Strategy strategy){
          this.strategy = strategy;
       }
       public int executeStrategy(int num1, int num2){
          return strategy.doOperation(num1, num2);
       }
    }

public class StrategyPatternDemo {
       public static void main(String[] args) {
          Context context = new Context(new OperationAdd());    
          System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
          context = new Context(new OperationSubstract());      
          System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
       }
    }

#### 15.观察者模式 ####

定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象（被观察者）状态改变的时候，所有依赖于该对象的观察者都会被通知，从而进行相关操作。很多中间件都依赖于观察者模式，例如RabbitMQ,还有那些事件驱动模型（好像node就是）。下面举个例子，被观察者是监考老师，考试时间结束，通知所有观察者学生上交试卷。

@Data
    public class Student {
        private String name;
        public Student(String name){
            this.name=name;
        }
        public void dosomething(){
            System.out.println(getName()+"交卷了");
        }
    }

public class Teacher {
        private Set<Student> students = new HashSet<>();
        public void addStudent(Student student){
            students.add(student);
        }
        public void removeStudent(Student student){
            students.remove(student);
        }
        public void doNotify(){
            for(Student student:students){
                student.dosomething();
            }
        }
        public static void main(String[] args) {
            Teacher teacher = new Teacher();
            Student student = new Student("张三");
            Student student1 = new Student("李四");
            teacher.addStudent(student);
            teacher.addStudent(student1);
            teacher.doNotify();
        }
    }

#### 16.责任链模式 ####

责任链模式为请求创建一个接收者对象的链，对发送者和接受者进行解耦合。filter链就是责任链模式。

public abstract class Handler {
        //下一个处理者
        private Handler nextHandler;
        public final Response handleMessage(Request request){
            Response response =null;
            if (this.getHandlerLevel().equals(request.getRequestLevel())){
                response = this.echo(request);
            }else {
                if (this.nextHandler!=null){
                    //传递给下一个
                    response = this.nextHandler.handleMessage(request);
                }else {
                    response =new Response()
                }
            }
            return response;
        }
        public Handler getNextHandler() {
            return nextHandler;
        }
        public void setNextHandler(Handler nextHandler) {
            this.nextHandler = nextHandler;
        }
        protected abstract Level getHandlerLevel();
        protected abstract Response echo(Request request);
    }

#### 17.模板方式模式 ####

一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。SpringBoot为用户封装了很多继承代码，都用到了模板方式，例如那一堆XXXtemplate。

public abstract class DBTemplate {
        abstract void open();
        abstract void select();
        abstract void close();
        //一个搜索模板
        public final void selectTemplate(){
            open();
            select();
            close();
        }
    }

public class MysqlDB extends DBTemplate {
        @Override
        void open() {
            System.out.println("Mysql open...");
        }
        @Override
        void select() {
            System.out.println("Mysql select...");
        }
        @Override
        void close() {
            System.out.println("Mysql close...");
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            DBTemplate mysql = new MysqlDB();
            mysql.selectTemplate();
        }
    }

#### 18.状态模式 ####

简单来说，就是一个对象有不同的状态，根据状态不同，可能有不同的行为。

public interface State {
       public void doAction(Context context);
    }
    public class StartState implements State {
       public void doAction(Context context) {
          System.out.println("Player is in start state");
          context.setState(this); 
       }
       public String toString(){
          return "Start State";
       }
    }
    public class StopState implements State {
       public void doAction(Context context) {
          System.out.println("Player is in stop state");
          context.setState(this); 
       }
       public String toString(){
          return "Stop State";
       }
    }
    public class Context {
       private State state;
       public Context(){
          state = null;
       }
       public void setState(State state){
          this.state = state;     
       }
       public State getState(){
          return state;
       }
    }
    public class StatePatternDemo {
       public static void main(String[] args) {
          Context context = new Context();
          StartState startState = new StartState();
          startState.doAction(context);
          System.out.println(context.getState().toString());
          StopState stopState = new StopState();
          stopState.doAction(context);
          System.out.println(context.getState().toString());
       }
    }

#### 19.迭代器模式 ####

提供一个方法，可以顺序访问一个对象内部的各个元素，不需要知道内部构造。现在基本很少自己实现迭代器了，基本成熟的框架或者强大的JDK都会给出访问的方法，比如说java中iterator。这样做主要是进一步封装对象内部的结构，让行为和结构想耦合。这个不举例子了，用过iterator这个的小伙伴应该都清楚，就是不停的next，去访问下一个元素。

#### 20.命令模式 ####

命令模式是将请求以命令的形式包裹在对象中，并传递给对象，调用对象寻找到处理该命令的合适的对象，并将该命令传递给相应的对象，该对象执行。简单点说就是不同请求都封装成一个对象，不同的请求调用不同的执行者。

//真正干活的对象
    public class Receiver {
        public void doSomething(){
            System.out.println("Receiver干活");
        }
    }

//命令对象
    public abstract class Command {
        public abstract void exectue();
    }复制代码

//命令实现类
    public class ConcreteComand extends Command{
        //干活那个
        private Receiver receiver;
        public ConcreteComand(Receiver receiver) {
            this.receiver = receiver;
        }
        @Override
        public void exectue() {
            this.receiver.doSomething();
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            Receiver receiver = new Receiver();
            Command command =new ConcreteComand(receiver);
            command.exectue();//Receiver干活
        }
    }

#### 21.备忘录模式 ####

相当于做一个快照，在不破坏对象本身结构的情况下，记录对象的一个状态，合适的时候可以恢复到这种状态。数据库做事务回滚的时候就用了这种方式。这里需要注意的是，对象不与备忘录本身耦合，而是跟备忘录管理类耦合（就是List<备忘录>），这个好理解，毕竟快照不止一个嘛。

@Data//备忘录
    public class Memento {
       private String state; 
    }
    @Data //某对象
    public class Originator {
       private String state;
       public Memento saveStateToMemento(){
          return new Memento(state);
       }
       public void getStateFromMemento(Memento Memento){
          state = Memento.getState();
       }
    }
    //备忘录管理类
    public class CareTaker {
       private List<Memento> mementoList = new ArrayList<Memento>();
       public void add(Memento state){
          mementoList.add(state);
       }
       public Memento get(int index){
          return mementoList.get(index);
       }
       public static void main(String[] args) {
          Originator originator = new Originator();
          CareTaker careTaker = new CareTaker();
          originator.setState("State #1");
          originator.setState("State #2");
          careTaker.add(originator.saveStateToMemento());
          originator.setState("State #3");
          careTaker.add(originator.saveStateToMemento());
          originator.setState("State #4");
          System.out.println("Current State: " + originator.getState());    
          originator.getStateFromMemento(careTaker.get(0));
          System.out.println("First saved State: " + originator.getState());
          originator.getStateFromMemento(careTaker.get(1));
          System.out.println("Second saved State: " + originator.getState());
       }
    }

#### 22.访问者模式 ####

当对特定角色进行访问的时候，需要通过访问者进行访问。一个对象不太方便被你直接访问的时候，你需要将自己的引用交给访问者，通过访问者去访问该对象。比如说，化学课，想看一个细胞结构，由于肉眼无法直接看到微观世界的玩意，需要通过显微镜间接访问。

#### 23.中介者模式 ####

降低对象或者说事物之间通讯的复杂性，降低耦合。比如说分布式系统中，不是需要实时反馈的操作，我们无需直接对接，只需将想做的事告诉中间件，中间件告诉另外一个系统。比如说，访问（用户点击）一条新闻操作，同时需要记录是谁访问了什么新闻，同时给新闻浏览次数加1，还要实时更新用户喜好...总之要更新n个数据库表，甚至还要操作像ES,Mongo等多个中间件数据。但是对于用户来说，我只是做了一个点击操作，希望得到的结果就是看条新闻啊，你这么多操作，搞这么慢，用户体验很差啊，而且并发量也很低，那不如做成两个小系统，A系统，拉取新闻，推送，并组装一个信息扔给MQ中间件，ok，结束，用户看到新闻。然后B系统监听，得到这个消息，进行各种更新，这里，这个中间件就是我们的中介。再比如说，MVC中的控制层就是展示层和模型层的中介。再比如说，下面这个聊天室：

public class ChatRoom {
       public static void showMessage(User user, String message){
          System.out.println(new Date().toString()
             + " [" + user.getName() +"] : " + message);
       }
    }
    @Data
    public class User {
       private String name;
       public User(String name){
          this.name  = name;
       }
       public void sendMessage(String message){
          ChatRoom.showMessage(this,message);
       }
       public static void main(String[] args) {
          User robert = new User("Robert");
          User john = new User("John");
     
          robert.sendMessage("Hi! John!");
          john.sendMessage("Hello! Robert!");
       }
    }

#### 24.解释器模式 ####

构建一种翻译方式，将某种语言或描述翻译成我们很好理解的语言或者描述。这里很好理解的意思是看得懂，看的快。本来我也想举什么编译器这种高大上的，将底层语言甚至机械语言和我们使用的高级编程语言。后来想了想，其实Map就可以看作一个很好的编译器，key你可以存放一个非常小的字符串，value理论上你可以存放任何东西，所以代码就不写了。

这里贴上其他博主对设计模式的理解博客：[设计模式看了又忘，忘了又看？\_LieBrother的博客-CSDN博客][LieBrother_-CSDN]

[LieBrother_-CSDN]: https://blog.csdn.net/u011642663/article/details/90597317