java — 设计模式
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。
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。
3、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)
这个是开闭原则的基础,具体内容:面向接口编程,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中具体的设计模式
1.简单工厂模式(Simple Factory)
根据提供给它的参数,返回的是几个可能产品中的一个类的实例。
①Sender接口
package No1_SimpleFactory; public interface Sender { public void send(); }
接口中定义了一个Send 方法。
②MailSender类,实现了Sender接口
package No1_SimpleFactory; public class MailSender implements Sender { public void send() { System.out.println("发送邮件"); } }
③MessageSender类,实现了Sender接口
package No1_SimpleFactory; public class MessageSender implements Sender { public void send() { System.out.println("发送短信 "); } }
④创建SendFactory工厂类
package No1_SimpleFactory; public class SendFactory { public Sender produce(String type) { if("mail".equals(type)) { return new MailSender(); } else if("message".equals(type)) { return new MessageSender(); } else { System.out.println("请输入正确的类型"); return null; } } }
在SendFactory中定义了一个Sender类型的方法produce(),这个方法可以根据提供给它的参数,返回一个Sender类型的实例。
⑤测试
package No1_SimpleFactory; public class SimpleFactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender1 = factory.produce("mail"); sender1.send(); } }
输出的结果为:
发送邮件 发送短信
2.多个工厂方法模式
在普通工厂模式中,如果传递的字符串出错,则不能创建对象,而多个工厂方法模式提供多个工厂方法,分别创建对象:
接口和连个实现接口的类保持不变。
④SendFactoy类
package No2_duogeFactory; public class SendFactory { public Sender produceMail() { return new MailSender(); } public Sender produceMessage() { return new MessageSender(); } }
提供了多个工厂方法,用来分别创建对象。
⑤测试
package No2_duogeFactory; public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produceMail(); sender.send(); Sender sender1 = factory.produceMessage(); sender1.send(); } }
输出结果:
发送邮件 发送短信
3.静态工厂模式
将上面的多个工厂方法模式里的方法设置为静态的,不需要创建实例,直接调用即可。
①②③接口和连个实现接口的类保持不变。
④SendFactory类
package No2_duogeFactory; public class SendFactory { public Sender produceMail() { return new MailSender(); } public Sender produceMessage() { return new MessageSender(); } }
⑤测试
package No2_duogeFactory; public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produceMail(); sender.send(); Sender sender1 = factory.produceMessage(); sender1.send(); } }
这三种工厂方式比较起来,大多数情况下,会选择静态工厂方法模式。
4.抽象工厂模式(Abstract Factory)
工厂模式存在的问题:类的创建依赖工厂类,如果需要拓展程序,就需要对工厂类进行修改,违背了闭包原则,所以抽象工厂模式,创建多个工厂类,这样一旦新增加功能,直接增加新的工厂类即可,不需要修改之前的代码。
①Sender接口
public interface Sender { public void Send(); }
②MailSender类实现这个接口
public class MailSender implements Sender { public void Send() { System.out.println("发送邮件"); } }
③MessageSender类实现这个接口
public class MessageSender implements Sender { public void Send() { System.out.println("发送短信"); } }
④ Provider类接口,包含以Sender作为返回类型的方法
public interface Provider { public Sender produce(); }
⑤SenderMailFactory类实现这个接口,返回一个MailSender的实例
public class SendMailFactory implements Provider { public Sender produce() { return new MailSender(); } }
⑥SenderMessageFactory类实现这个接口,返回一个MessageSender的实例
public class SendMessageFactory implements Provider { public Sender produce() { return new MessageSender(); } }
⑦测试
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { Provider provider = new SendMailFactory(); Sender sender = provider.produce(); sender.Send(); } }
输出结果:
发送邮件
5.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。
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,系统会混乱,所以只能使用单例模式,才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。
①最简单的单例模式的类
public class Singleton { private static Singleton instance = null; private Singleton(){ } public static Singleton getInstance() { if(instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } public Object readResolve() { return instance; } }
这是最简单的单例模式的类,但是没有线程安全保护,如果放入到多线程的环境中,会出现问题,为了解决这个问题,对getInstance方法加上synchronized关键字。
②对getInstance加上synchronized关键字
public class Singleton_syn { //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 public static Singleton_syn instance = null; //私有构造方法,防止被实例化 private Singleton_syn(){ } public static synchronized Singleton_syn getInstance() { if(instance == null) { instance = new Singleton_syn(); } return instance; } public Object readResolve() { return instance; } }
使用synchronized关键字锁住的是这个对象,这样的用法在性能上会下降,因为每次调用getInstance()方法的时候,都会对对象上锁。事实上,只有在第一次创建对象的时候需要枷锁,之后不需要,所以,在此处需要进行改动。