23种设计模式(少用)

一、设计模式的分类

总体设计模式分为三大类：

创建型模式，共5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7种：代理模式、桥接模式、适配器模式、装饰器模式、外观模式、享元模式、组合模式。

行为型模式，共11种：观察者模式、策略模式、模板方法模式、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。

三、Java的23中设计模式

     详细介绍Java中23种设计模式概念，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。

15、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：

1. public class Prototype implements Cloneable {  
2.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
3.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
4.         return proto;  
5.     }  
6. }  

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：

1. public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
2.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
3.     private String string;  
4.     private SerializableObject obj;  
5.     /* 浅复制 */  
6.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
7.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
8.         return proto;  
9.     }  
10.     /* 深复制 */  
11.     public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
12.         /* 写入当前对象的二进制流 */  
13.         ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
14.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
15.         oos.writeObject(this);  
16.         /* 读出二进制流产生的新对象 */  
17.         ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
18.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
19.         return ois.readObject();  
20.     } 
21.     public String getString() {  
22.         return string;  
23.     }  
24.     public void setString(String string) {  
25.         this.string = string;  
26.     }  
27.     public SerializableObject getObj() {  
28.         return obj;  
29.     }  
30.     public void setObj(SerializableObject obj) {  
31.         this.obj = obj;  
32.     }  
33. }   
34. class SerializableObject implements Serializable {  
35.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
36. }  

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。

 

二. 结构性模式：

上篇讲完了5种创建型模式，讲下7种结构型模式：适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。其中对象的适配器模式是各种模式的起源，看下面的图：

 

26、组合模式（Composite）

组合模式有时又叫部分-整体模式在处理类似树形结构的问题时比较方便，看看关系图：

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。

        public class TreeNode {  

1.     private String name;  
2.     private TreeNode parent;  
3.     private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();  
4.     public TreeNode(String name){  
5.         this.name = name;  
6.     }  
7.     public String getName() {  
8.         return name;  
9.     }  
10.     public void setName(String name) {  
11.         this.name = name;  
12.     }  
13.     public TreeNode getParent() {  
14.         return parent;  
15.     }  
16.     public void setParent(TreeNode parent) {  
17.         this.parent = parent;  
18.     }  
19.     //添加孩子节点  
20.     public void add(TreeNode node){  
21.         children.add(node);  
22.     }  
23.     //删除孩子节点  
24.     public void remove(TreeNode node){  
25.         children.remove(node);  
26.     }  
27.     //取得孩子节点  
28.     public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  
29.         return children.elements();  
30.     }  
31. }  

 　　public class Tree {  

1.     TreeNode root = null;  
2.     public Tree(String name) {  
3.         root = new TreeNode(name);  
4.     }  
5.     public static void main(String[] args) {  
6.         Tree tree = new Tree("A");  
7.         TreeNode nodeB = new TreeNode("B");  
8.         TreeNode nodeC = new TreeNode("C");  
9.         nodeB.add(nodeC);  
10.         tree.root.add(nodeB);  
11.         System.out.println("build the tree finished!");  
12.     }  
13. }  

三. 11种行为型模式

本章是关于设计模式的最后一讲，会讲到第三种设计模式——行为型模式，共11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。

先来张图，看看这11中模式的关系：

第一类：通过父类与子类的关系进行实现。第二类：两个类之间。第三类：类的状态。第四类：通过中间类

35、迭代子模式（Iterator）

顾名思义，迭代器模式就是顺序访问聚集中的对象，一般来说，集合中非常常见，如果对集合类比较熟悉的话，理解本模式会十分轻松。这句话包含两层意思：一是需要遍历的对象，即聚集对象，二是迭代器对象，用于对聚集对象进行遍历访问。我们看下关系图：

 

这个思路和我们常用的一模一样，MyCollection中定义了集合的一些操作，MyIterator中定义了一系列迭代操作，且持有Collection实例，我们来看看实现代码：

两个接口：

1. public interface Collection {  
2.     public Iterator iterator();  
3.     /*取得集合元素*/  
4.     public Object get(int i);  
5.     /*取得集合大小*/  
6.     public int size();  
7. }  

1. public interface Iterator {  
2.     //前移  
3.     public Object previous();  
4.     //后移  
5.     public Object next();  
6.     public boolean hasNext();  
7.     //取得第一个元素  
8.     public Object first();  
9. }  

两个实现：

1. public class MyCollection implements Collection {  
2.     public String string[] = {"A","B","C","D","E"};  
3.     @Override  
4.     public Iterator iterator() {  
5.         return new MyIterator(this);  
6.     }  
7.     @Override  
8.     public Object get(int i) {  
9.         return string[i];  
10.     }  
11.     @Override  
12.     public int size() {  
13.         return string.length;  
14.     }  
15. }  

1. public class MyIterator implements Iterator {  
2.     private Collection collection;  
3.     private int pos = -1;  
4.     public MyIterator(Collection collection){  
5.         this.collection = collection;  
6.     }  
7.     @Override  
8.     public Object previous() {  
9.         if(pos > 0){  
10.             pos--;  
11.         }  
12.         return collection.get(pos);  
13.     }  
14.     @Override  
15.     public Object next() {  
16.         if(pos<collection.size()-1){  
17.             pos++;  
18.         }  
19.         return collection.get(pos);  
20.     }  
21.     @Override  
22.     public boolean hasNext() {  
23.         if(pos<collection.size()-1){  
24.             return true;  
25.         }else{  
26.             return false;  
27.         }  
28.     }  
29.     @Override  
30.     public Object first() {  
31.         pos = 0;  
32.         return collection.get(pos);  
33.     }  
34. }  

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Collection collection = new MyCollection();  
4.         Iterator it = collection.iterator();  
5.           
6.         while(it.hasNext()){  
7.             System.out.println(it.next());  
8.         }  
9.     }  
10. }  

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！

36、命令模式（Command）

命令模式很好理解，举个例子，司令员下令让士兵去干件事情，从整个事情的角度来考虑，司令员的作用是，发出口令，口令经过传递，传到了士兵耳朵里，士兵去执行。这个过程好在，三者相互解耦，任何一方都不用去依赖其他人，只需要做好自己的事儿就行，司令员要的是结果，不会去关注到底士兵是怎么实现的。我们看看关系图：

Invoker是调用者（司令员），Receiver是被调用者（士兵），MyCommand是命令，实现了Command接口，持有接收对象，看实现代码：

1. public interface Command {  
2.     public void exe();  
3. }  

1. public class MyCommand implements Command {  
2.   
3.     private Receiver receiver;  
4.       
5.     public MyCommand(Receiver receiver) {  
6.         this.receiver = receiver;  
7.     }  
8.     @Override  
9.     public void exe() {  
10.         receiver.action();  
11.     }  
12. }  

1. public class Receiver {  
2.     public void action(){  
3.         System.out.println("command received!");  
4.     }  
5. }  

1. public class Invoker {  
2.     private Command command;  
3.     public Invoker(Command command) {  
4.         this.command = command;  
5.     }  
6.     public void action(){  
7.         command.exe();  
8.     }  
9. }  

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Receiver receiver = new Receiver();  
4.         Command cmd = new MyCommand(receiver);  
5.         Invoker invoker = new Invoker(cmd);  
6.         invoker.action();  
7.     }  
8. }  

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！

其实每个设计模式都是很重要的一种思想，看上去很熟，其实是因为我们在学到的东西中都有涉及，尽管有时我们并不知道，其实在Java本身的设计之中处处都有体现，像AWT、JDBC、集合类、IO管道或者是Web框架，里面设计模式无处不在。本章不出意外的话，应该是设计模式最后一讲了，首先还是上一下上篇开头的那个图：

本章讲讲第三类和第四类。

37、备忘录模式（Memento）

主要目的是保存一个对象的某个状态，以便在适当的时候恢复对象，个人觉得叫备份模式更形象些，通俗的讲下：假设有原始类A，A中有各种属性，A可以决定需要备份的属性，备忘录类B是用来存储A的一些内部状态，类C呢，就是一个用来存储备忘录的，且只能存储，不能修改等操作。做个图来分析一下：

Original类是原始类，里面有需要保存的属性value及创建一个备忘录类，用来保存value值。Memento类是备忘录类，Storage类是存储备忘录的类，持有Memento类的实例，该模式很好理解。直接看源码：

1. public class Original {  
2.     private String value;  
3.     public String getValue() {  
4.         return value;  
5.     }  
6.     public void setValue(String value) {  
7.         this.value = value;  
8.     }  
9.     public Original(String value) {  
10.         this.value = value;  
11.     }  
12.     public Memento createMemento(){  
13.         return new Memento(value);  
14.     }  
15.     public void restoreMemento(Memento memento){  
16.         this.value = memento.getValue();  
17.     }  
18. }  

1. public class Memento {  
2.     private String value;  
3.     public Memento(String value) {  
4.         this.value = value;  
5.     }  
6.     public String getValue() {  
7.         return value;  
8.     }  
9.     public void setValue(String value) {  
10.         this.value = value;  
11.     }  
12. }  

1. public class Storage {  
2.     private Memento memento;  
3.     public Storage(Memento memento) {  
4.         this.memento = memento;  
5.     }  
6.     public Memento getMemento() {  
7.         return memento;  
8.     }  
9.     public void setMemento(Memento memento) {  
10.         this.memento = memento;  
11.     }  
12. }  

测试类：

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         // 创建原始类  
4.         Original origi = new Original("egg");  
5.         // 创建备忘录  
6.         Storage storage = new Storage(origi.createMemento());  
7.         // 修改原始类的状态  
8.         System.out.println("初始化状态为：" + origi.getValue());  
9.         origi.setValue("niu");  
10.         System.out.println("修改后的状态为：" + origi.getValue());  
11.         // 回复原始类的状态  
12.         origi.restoreMemento(storage.getMemento());  
13.         System.out.println("恢复后的状态为：" + origi.getValue());  
14.     }  
15. }  

输出：

初始化状态为：egg
修改后的状态为：niu
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。

37、状态模式（State）

核心思想就是：当对象的状态改变时，同时改变其行为，很好理解！就拿QQ来说，有几种状态，在线、隐身、忙碌等，每个状态对应不同的操作，而且你的好友也能看到你的状态，所以，状态模式就两点：1、可以通过改变状态来获得不同的行为。2、你的好友能同时看到你的变化。看图：

State类是个状态类，Context类可以实现切换，我们来看看代码：

        package com.xtfggef.dp.state;  

1. /** 
2.  * 状态类的核心类 
3.  * 2012-12-1 
4.  * @author erqing 
5.  * 
6.  */  
7. public class State {  
8.     private String value;  
9.     public String getValue() {  
10.         return value;  
11.     }  
12.     public void setValue(String value) {  
13.         this.value = value;  
14.     }  
15.     public void method1(){  
16.         System.out.println("execute the first opt!");  
17.     }  
18.     public void method2(){  
19.         System.out.println("execute the second opt!");  
20.     }  
21. }  

1. /** 
2.  * 状态模式的切换类   
3.  */  
4. public class Context {  
5.     private State state;  
6.     public Context(State state) {  
7.         this.state = state;  
8.     }  
9.     public State getState() {  
10.         return state;  
11.     }  
12.     public void setState(State state) {  
13.         this.state = state;  
14.     }  
15.     public void method() {  
16.         if (state.getValue().equals("state1")) {  
17.             state.method1();  
18.         } else if (state.getValue().equals("state2")) {  
19.             state.method2();  
20.         }  
21.     }  
22. }  

测试类：

　　　　public class Test {  

1.     public static void main(String[] args) {  
2.         State state = new State();  
3.         Context context = new Context(state);  
4.         //设置第一种状态  
5.         state.setValue("state1");  
6.         context.method();  
7.         //设置第二种状态  
8.         state.setValue("state2");  
9.         context.method();  
10.     }  
11. }  

输出：

execute the first opt!
execute the second opt!

根据这个特性，状态模式在日常开发中用的挺多的，尤其是做网站的时候，我们有时希望根据对象的某一属性，区别开他们的一些功能，比如说简单的权限控制等。

38、访问者模式（Visitor）

访问者模式把数据结构和作用于结构上的操作解耦合，使得操作集合可相对自由地演化。访问者模式适用于数据结构相对稳定算法又易变化的系统。因为访问者模式使得算法操作增加变得容易。若系统数据结构对象易于变化，经常有新的数据对象增加进来，则不适合使用访问者模式。访问者模式的优点是增加操作很容易，因为增加操作意味着增加新的访问者。访问者模式将有关行为集中到一个访问者对象中，其改变不影响系统数据结构。其缺点就是增加新的数据结构很困难。—— From 百科

简单来说，访问者模式就是一种分离对象数据结构与行为的方法，通过这种分离，可达到为一个被访问者动态添加新的操作而无需做其它的修改的效果。简单关系图：

来看看原码：一个Visitor类，存放要访问的对象，

1. public interface Visitor {  
2.     public void visit(Subject sub);  
3. }  

1. public class MyVisitor implements Visitor {  
2.     @Override  
3.     public void visit(Subject sub) {  
4.         System.out.println("visit the subject："+sub.getSubject());  
5.     }  
6. }  

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，

1. public interface Subject {  
2.     public void accept(Visitor visitor);  
3.     public String getSubject();  
4. }  

1. public class MySubject implements Subject {  
2.     @Override  
3.     public void accept(Visitor visitor) {  
4.         visitor.visit(this);  
5.     }  
6.     @Override  
7.     public String getSubject() {  
8.         return "love";  
9.     }  
10. }  

测试：

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Visitor visitor = new MyVisitor();  
4.         Subject sub = new MySubject();  
5.         sub.accept(visitor);      
6.     }  
7. }  

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，

39、中介者模式（Mediator）

中介者模式也是用来降低类类之间的耦合的，因为如果类类之间有依赖关系的话，不利于功能的拓展和维护，因为只要修改一个对象，其它关联的对象都得进行修改。如果使用中介者模式，只需关心和Mediator类的关系，具体类类之间的关系及调度交给Mediator就行，这有点像spring容器的作用。先看看图：

User类统一接口，User1和User2分别是不同的对象，二者之间有关联，如果不采用中介者模式，则需要二者相互持有引用，这样二者的耦合度很高，为了解耦，引入了Mediator类，提供统一接口，MyMediator为其实现类，里面持有User1和User2的实例，用来实现对User1和User2的控制。这样User1和User2两个对象相互独立，他们只需要保持好和Mediator之间的关系就行，剩下的全由MyMediator类来维护！基本实现：

1. public interface Mediator {  
2.     public void createMediator();  
3.     public void workAll();  
4. }  

1. public class MyMediator implements Mediator {  
2.     private User user1;  
3.     private User user2;  
4.     public User getUser1() {  
5.         return user1;  
6.     }  
7.     public User getUser2() {  
8.         return user2;  
9.     }  
10.     @Override  
11.     public void createMediator() {  
12.         user1 = new User1(this);  
13.         user2 = new User2(this);  
14.     }  
15.   
16.     @Override  
17.     public void workAll() {  
18.         user1.work();  
19.         user2.work();  
20.     }  
21. }  

1. public abstract class User {  
2.     private Mediator mediator;  
3.     public Mediator getMediator(){  
4.         return mediator;  
5.     }  
6.     public User(Mediator mediator) {  
7.         this.mediator = mediator;  
8.     }  
9.     public abstract void work();  
10. }  

        public class User1 extends User {  

1.     public User1(Mediator mediator){  
2.         super(mediator);  
3.     }  
4.     @Override  
5.     public void work() {  
6.         System.out.println("user1 exe!");  
7.     }  
8. }  

1. public class User2 extends User {  
2.     public User2(Mediator mediator){  
3.         super(mediator);  
4.     }  
5.       
6.     @Override  
7.     public void work() {  
8.         System.out.println("user2 exe!");  
9.     }  
10. }  

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Mediator mediator = new MyMediator();  
4.         mediator.createMediator();  
5.         mediator.workAll();  
6.     }  
7. }  

输出：

user1 exe!

user2 exe!
23、解释器模式（Interpreter）
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。

Context类是一个上下文环境类，Plus和Minus分别是用来计算的实现，代码如下：

 public interface Expression {  

1.     public int interpret(Context context);  
2. }  

1. public class Plus implements Expression {  
2.   
3.     @Override  
4.     public int interpret(Context context) {  
5.         return context.getNum1()+context.getNum2();  
6.     }  
7. }  

1. public class Minus implements Expression {  
2.     @Override  
3.     public int interpret(Context context) {  
4.         return context.getNum1()-context.getNum2();  
5.     }  
6. }  

1. public class Context {  
2.     private int num1;  
3.     private int num2;  
4.     public Context(int num1, int num2) {  
5.         this.num1 = num1;  
6.         this.num2 = num2;  
7.     }  
8.     public int getNum1() {  
9.         return num1;  
10.     }  
11.     public void setNum1(int num1) {  
12.         this.num1 = num1;  
13.     }  
14.     public int getNum2() {  
15.         return num2;  
16.     }  
17.     public void setNum2(int num2) {  
18.         this.num2 = num2;  
19.     }    
20. }  

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         // 计算9+2-8的值  
4.         int result = new Minus().interpret((new Context(new Plus()  
5.                 .interpret(new Context(9, 2)), 8)));  
6.         System.out.println(result);  
7.     }  
8. }  

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！

设计模式基本就这么大概讲完了，总体感觉有点简略，的确，这么点儿篇幅，不足以对整个23种设计模式做全面的阐述，此处读者可将它作为一个理论基础去学习，通过这四篇博文，先基本有个概念，虽然我讲的有些简单，但基本都能说明问题及他们的特点，如果对哪一个感兴趣，可以继续深入研究！项目中涉及到的代码，已经放到了我的资源里：http://download.csdn.net/detail/zhangerqing/4835830。