常用设计模式Java实现

设计模式分类

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。

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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

设计模式六大原则

开闭原则：开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭
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，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
依赖倒转原则：面对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体
迪米特法则：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
合成复用原则：原则是尽量使用合成、聚合的方式，而不是使用继承

单例模式

常用设计模式 Java 实现

什么是单例？

保证一个类只会创建一个实例

应用场景：

Winodw 任务管理器
Windows 回收站
网站的在线人数计数器
应用程序的日志应用
Web 应用配置对象的读取
数据库连接池
线程池
文件系统
HttpApplication

运行时动态获取类信息

饿汉式

/**
 * 饿汉式：
 *  类初始化时，会立即加载对象，线程天生安全，效率高
 */
public class User {
    // 存在方法区，不会回收
    private static User user = new User();
    private User() {
    }

    public User getInstance() {
        return user;
    }

懒汉式

/**
 * 懒汉式：
 *  类初始化时，不会真正创建对象，只有使用时才真正创建对象
 */
public class User {

    private static User user;

    private User() {
    }

    public static synchronized User getInstance() {
        if (user == null)
            user = new User();
        return user;
    }
}

静态内部类

/**
 * 静态内部类：
 *  兼顾了懒汉模式的内存优化（使用时才初始化）以及饿汉模式的安全性（不会被反射***）
 */
public class User {
    private User(){

    }

    static class SingletonClassInstance{
        private static final User user = new User();
    }

    public static User getInstance() {
        return SingletonClassInstance.user;
    }
}

枚举方式

/**
 * 枚举：
 *  枚举天生就是单例，从JVM提供保障单例，避免反射，缺点没有延迟加载
 */
public class User {

    private User() {
    }

    public static User getInstance() {
        return SingletonUserEnum.INSTANCE.getInstance();
    }

    static enum SingletonUserEnum{
        INSTANCE;
        private User user;
        private SingletonUserEnum() {
            user = new User();
        }

        public User getInstance() {
            return this.user;
        }
    }
}

双重检验锁

/**
 * 双重检验锁：
 *  线程安全的单例模式
 */
public class User {
    private String userName;
    private volatile static User3 user3;

    private User(){

    }

    public User getInstance(){
        if (user == null) {
            synchronized (this) {
                if (user == null){
                    user = new User();
                }
            }
        }
        return user;
    }
}

如何防止反射漏洞***？

在类里面增加一个 flag，初始值为 false，创建对象后更改为 true，如果为 true，就抛出异常

如何选择单例创建方式？

需要延迟加载，选择静态内部类、懒汉式

不需要延迟加载，选择枚举类、饿汉式

多线程应用首选双重检验锁

工厂模式

常用设计模式 Java 实现

什么是工厂模式？

实现了创建者和调用者分离，工厂模式分为简单工厂、工厂方法、抽象工厂模式

应用场景：

日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方
数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时
设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口

简单工厂

/**
 * 简单工厂相当于一个工厂有各种产品，用户无需知道具体产品的名称，只需要知道产品对应的参数即可
 * 缺点是类型过多不利于扩展维护 
 */
public class CarFactory {
    public static Car createrCar(String name) {
        if (name == null || name.equals(""))
            return null;
        if (name.equals("比亚迪"))
            return new BydCar();
        if (name.equals("吉利"))
            return new JiliCar();
        return null;
    }
}

工厂方法

/**
 * 核心工厂不在负责所有产品的创建，而是将具体实现交给子类
 */
public interface CarFactory {
    Car createrCar(String name);
}

class BydFactory implements CarFactory {

    @Override
    public Car createrCar(String name) {
        return new BydCar();
    }
}

class JiliFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createrCar(String name) {
        return new JiliCar();
    }
}

抽象工厂模式

常用设计模式 Java 实现

什么是抽象工厂模式？

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂

该超级工厂又称为其他工厂的工厂，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

在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类，每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象

应用场景：

QQ 换皮肤，一整套一起换
生成不同操作系统的程序

/**
 * 抽象工厂简单地说是工厂的工厂，抽象工厂可以创建具体工厂，由具体工厂来产生具体产品
 */
public interface Engine {
    void run();
}

class EngineA implements Engine{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("发动机转速快");
    }
}

class EngineB implements Engine {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("发动机转速慢");
    }
}

public interface Chair {
    void run();
}

class ChairA implements Chair {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("自动加热");
    }
}

class ChairB implements Chair {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("不能加热");
    }
}

public interface CarFactory {
    // 创建发动机
    Engine createEngine();
    // 创建座椅
    Chair createChair();
}

public class JiliFactory implements CarFactory{

    @Override
    public Engine createEngine() {
        return new EngineA();
    }

    @Override
    public Chair createChair() {
        return new ChairA();
    }
}

简单工厂、工厂方法、抽象工厂小结

简单工厂：用来生产同一等级结构中的任意产品
工厂方法：用来生产同一等级结构中的固定产品
抽象工厂：用来生产不同产品族的全部产品

代理模式

常用设计模式 Java 实现

什么是代理模式？

代理模式可以控制对象的访问之前之后做一些操作，即 AOP

应用场景：

SpringAOP、事物原理、日志打印、权限控制、远程调用、安全代理

静态代理

/**
 * 由程序员创建或工具生成代理类的源码，再编译代理类
 * 所谓静态也就是在程序运行前就已经存在代理类的字节码文件，代理类和委托类的关系在运行前就确定了
 */
public interface IUserDao {
    void save();
}
public class UserDao implements IUserDao {
    public void save() {
        System.out.println("已经保存数据...");
    }
}
代理类
public class UserDaoProxy implements IUserDao {
    private IUserDao target;

    public UserDaoProxy(IUserDao iuserDao) {
        this.target = iuserDao;
    }

    public void save() {
        System.out.println("开启事物...");
        target.save();
        System.out.println("提交事物...");
    }
}

jdk 动态代理

/**
 * 是根据类加载器和接口创建代理类
 * 通过实现InvocationHandler接口创建自己的调用处理器
 * 通过为Proxy类指定ClassLoader对象和一组interface创建动态代理类
 * 通过反射机制获取动态代理类的构造函数
 * 通过构造函数创建代理类实例
 * 缺点必须提供接口
 */ 
public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {
    // 目标对象
    private Object target;

    public InvocationHandlerImpl(Object target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("开启事务");
        // 返回执行结果
        Object invoke = method.invoke(target, args);
        System.out.println("提交事务");
        return invoke;
    }

    public static void main(String[] args) {
        IUserDao userDao = new UserDaoImpl();
        InvocationHandlerImpl invocationHandler = new InvocationHandlerImpl(userDao);
        // 获得类加载器
        ClassLoader classLoader = userDao.getClass().getClassLoader();
        // 获得接口
        Class[] interfaces = userDao.getClass().getInterfaces();
        IUserDao o = (IUserDao) Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, invocationHandler);
        o.add();
    }
}

cglib 动态代理

/**
 * 利用asm开源包，对代理对象类的class文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理
 * 不需要提供接口
 */
public class CglibAutoProxy implements MethodInterceptor {
    // 目标对象
    private Object target;
    public Object getInstance(Object target){
        this.target = target;
        // 操作字节码生成虚拟子类
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(target.getClass());
        enhancer.setCallback(this);
        return enhancer.create();
    }

    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        System.out.println("开启事务");
        Object invoke = methodProxy.invoke(target, objects);
        System.out.println("提交事务");
        return invoke;
    }

    public static void main(String[] args) {

        CglibAutoProxy cglibAutoProxy = new CglibAutoProxy();
        UserDaoImpl o = (UserDaoImpl) cglibAutoProxy.getInstance(new UserDaoImpl());
        o.add();
    }
}

CGLIB 动态代理与 JDK 动态区别？

JDK 动态代理是利用反射机制生成一个实现代理接口的匿名类，在调用具体方法前调用 InvokeHandler 来处理
而 CGLIB 动态代理是利用 asm 开源包，对代理对象类的 class 文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理

Spring 中：

如果目标对象实现了接口，默认情况下会采用 JDK 的动态代理实现 AOP

如果目标对象实现了接口，可以强制使用 CGLIB 实现 AOP

如果目标对象没有实现了接口，必须采用 CGLIB 库，spring 会自动在 JDK 动态代理和 CGLIB 之间转换

JDK 动态代理只能对实现了接口的类生成代理，而不能针对类。

CGLIB 是针对类实现代理，主要是对指定的类生成一个子类，覆盖其中的方法

因为是继承，所以该类或方法最好不要声明成 final ，final 可以阻止继承和多态

建造者模式

常用设计模式 Java 实现

什么是建造者模式？

是将一个复杂的对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示

工厂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管理，用来创建复合对象

建造者模式包含以下几个角色：

Builder：给出一个抽象接口，以规范产品对象的各个组成成分的建造。这个接口规定要实现复杂对象的哪些部分的创建，并不涉及具体的对象部件的创建

ConcreteBuilder：实现Builder接口，针对不同的商业逻辑，具体化复杂对象的各部分的创建

Director：调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建

Product：要创建的复杂对象

应用场景：

去肯德基，汉堡、可乐、薯条、炸鸡翅等是不变的，而其组合是经常变化的，生成出所谓的"套餐"
JAVA 中的 StringBuilder

public class Person {
    private String head;
    private String body;
    private String foot;
    // 省略get和set   
}

public interface PersonBuilder {
     void builderHead();
     void builderBody();
     void builderFoot();
     Person builderPerson();
}

public class ManBuilder implements PersonBuilder {
    private Person person;
    public ManBuilder(){
        person = new Person();
    }
    public void builderHead() {
        person.setHead("美国人头部 鼻子尖、长脸、蓝眼睛");
    }

    public void builderBody() {
        person.setBody("美国人 长得比较高、块头大");
    }

    public void builderFoot() {
        person.setFoot("美国人 腿长");
    }

    public Person builderPerson() {
        return person;
    }
}

public class PersonDirector {
    public Person creater(PersonBuilder personBuilder) {
        personBuilder.builderHead();
        personBuilder.builderBody();
        personBuilder.builderFoot();
        return personBuilder.builderPerson();
    }

    public static void main(String[] args) {
        PersonDirector personDirector = new PersonDirector();
        Person creater = personDirector.creater(new ManBuilder());
        System.out.println(creater);
    }
}

模板模式

常用设计模式 Java 实现

什么是模板模式？

完成一件事情，有固定的数个步骤，但是每个步骤根据对象的不同，而实现细节不同；就可以在父类中定义一个完成该事情的总方法，按照完成事件需要的步骤去调用其每个步骤的实现方法，每个步骤的具体实现，由子类完成

应用场景：

在造房子的时候，地基、走线、水管都一样，只有在建筑的后期才有加壁橱加栅栏等差异
西游记里面菩萨定好的 81 难，这就是一个顶层的逻辑骨架
spring 中对 Hibernate 的支持，将一些已经定好的方法封装起来，比如开启事务、获取 Session、关闭 Session 等，程序员不重复写那些已经规范好的代码，直接丢一个实体就可以保存

// 短信模板
public abstract class MsgTemplate {
    public void sendMsg() {
        addHeadLog();
        httpRequest();
        addHeadLog();
    }

    // 开始日志
    void addHeadLog() {
        System.out.println("调用运营商开始。。。");
    }

    abstract void httpRequest();

    void addFootLog() {
        System.out.println("调用运营商结束。。。");
    }
}

public class Liantong extends MsgTemplate {
    void httpRequest() {
        System.out.println("联通。。。");
    }
}

// 具体实现细节
public class Yidong extends MsgTemplate {
    void httpRequest() {
        System.out.println("移动。。。");
    }
}

public class ClientTemplate {
    public static void main(String[] args) {
        Yidong yidong = new Yidong();
        yidong.sendMsg();
    }
}

适配器模式

常用设计模式 Java 实现

什么是适配器模式

将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口，适配器模式让那些接口不兼容的类可以一起工作

应用场景：

美国电器 110V，中国 220V，就要有一个适配器将 110V 转化为 220V
在 LINUX 上运行 WINDOWS 程序
JAVA 中的 jdbc

public interface JP110VInterface {
    void connect();
}

public class JP110VInterfaceImpl implements JP110VInterface {
    public void connect() {
        System.out.println("日本110V电源接口");
    }
}

public interface ZN220VInterface {
    public void connect();
}

public class ZN220VInterfaceImpl implements ZN220VInterface {
    public void connect() {
        System.out.println("中国220V电源接口");
    }
}

public class ElectricCooker {
    private JP110VInterface jp110VInterface;
    public ElectricCooker(JP110VInterface jp110VInterface) {
        this.jp110VInterface = jp110VInterface;
    }
    public void cook(){
        jp110VInterface.connect();
        System.out.println("开启做饭");
    }
}

public class PowerAdpater implements JP110VInterface {
    private ZN220VInterface zn220VInterface;
    public PowerAdpater(ZN220VInterface zn220VInterface) {
        this.zn220VInterface = zn220VInterface;
    }
    public void connect() {
        zn220VInterface.connect();
    }

    public static void main(String[] args) {
        ZN220VInterface zn220VInterface = new ZN220VInterfaceImpl();
        PowerAdpater powerAdpater = new PowerAdpater(zn220VInterface);
        ElectricCooker electricCooker = new ElectricCooker(powerAdpater);
        electricCooker.cook();
    }
}

外观模式

什么是外观模式？

外观模式门面模式，隐藏系统的复杂性，并向客户端提供了一个客户端可以访问系统的接口

应用场景：

去医院看病，可能要去挂号、门诊、划价、取药，让患者或患者家属觉得很复杂，如果有提供接待人员，只让接待人员来处理，就很方便
JAVA 的三层开发模式

// 微信推送消息
public interface WeiXinSmsService {
    public void sendSms();  
}

public class WeiXinSmsServiceImpl implements WeiXinSmsService{
    public void sendSms() {
        System.out.println("发送微信消息");

    }
}

// 发送邮件
public interface EamilSmsService {
      public void sendSms();    
}

public class EamilSmsServiceImpl implements EamilSmsService{

    @Override
    public void sendSms() {
        System.out.println("发送邮件消息");
    }
}

// 支付宝推送消息
public interface AliSmsService {
    public void sendSms();
}

public class AliSmsServiceImpl implements AliSmsService {

    @Override
    public void sendSms() {
        System.out.println("支付宝发送消息...");
    }
}

public class Computer {
    AliSmsService aliSmsService;
    EamilSmsService eamilSmsService;
    WeiXinSmsService weiXinSmsService;
    public Computer() {
        aliSmsService = new AliSmsServiceImpl();
        eamilSmsService = new EamilSmsServiceImpl();
        weiXinSmsService = new WeiXinSmsServiceImpl();
    }

    public void sendMsg() {
        aliSmsService.sendSms();
        eamilSmsService.sendSms();
        weiXinSmsService.sendSms();
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        new Computer().sendMsg();
    }
}

原型模式

常用设计模式 Java 实现

什么是原型模式？

原型模式可以用来克隆对象，被复制的实例就是原型，多用于创建复杂的实例，更节约性能。

应用场景：

资源优化场景
类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等
性能和安全要求的场景
通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式
一个对象多个修改者的场景
一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用
在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者

浅复制和深复制：

只拷贝基本数据类型的数据，对于引用类型数据，仅复制引用，也就是说原型和复制后的对象共享一个变量，如果引用地址的数据发生改变，那么复制出来的对象也会发生改变，我们成为浅复制

深复制是在内存中开辟一块空间存放复制对象

public class Book implements Cloneable{
    private String title;
    private ArrayList listImg = new ArrayList();
    public Book() {
        super();
    }

    public String getTitle() {
        return title;
    }

    public void setTitle(String title) {
        this.title = title;
    }

    public List getListImg() {
        return listImg;
    }

    public void setListImg(ArrayList listImg) {
        this.listImg = listImg;
    }

    public void addImage(String img) {
        this.listImg.add(img);
    }

    public void showBook() {
        System.out.println("----------------start--------------");
        System.out.println("title:" + title);
        for (String img:listImg) {
            System.out.println("img:" + img);
        }
        System.out.println("-----------------end---------------");
    }

    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Book book = (Book) super.clone();
        book.listImg=(ArrayList)this.listImg.clone();
        return book;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        Book book = new Book();
        book.setTitle("图书1");
        book.addImage("第一章");
        book.showBook();
        Book book1 = (Book) book.clone();
        book1.addImage("第二章");
        book1.showBook();
        book.showBook();
    }
}

策略模式

常用设计模式 Java 实现

什么是策略模式？

定义了一系列的算法，并将每一个算法封装起来，而且使它们还可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户而独立变化

应用场景：

诸葛亮的锦囊妙计，每一个锦囊就是一个策略
旅行的出游方式，选择骑自行车、坐汽车，每一种旅行方式都是一个策略

package com.kernel.strategy;

public interface Strategy {
    void algorithmInterface();
}

class StrategyA implements Strategy{

    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("级别一处理逻辑");
    }
}

class StrategyB implements Strategy{

    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("级别二处理逻辑");
    }
}

class StrategyC implements Strategy{

    public void algorithmInterface() {
        System.out.println("级别三处理逻辑");
    }
}

class Context{
    private Strategy strategy;
    Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    void algorithmInterface() {
        strategy.algorithmInterface();
    }
}

class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Strategy strategyA = new StrategyA();
        Context context = new Context(strategyA);
        context.algorithmInterface();
        context = new Context(new StrategyB());
        context.algorithmInterface();
        context = new Context(new StrategyC());
        context.algorithmInterface();
    }
}

网站栏目：常用设计模式Java实现
文章路径：http://pwwzsj.com/article/ighhes.html

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设计模式六大原则

单例模式

工厂模式

抽象工厂模式

代理模式

建造者模式

模板模式

适配器模式

外观模式

原型模式

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