Collections 类中设计模式的应用
装饰器模式
Collections 类是一个集合容器的工具类，提供了很多静态方法，用来创建各种集合容器，比如通过 unmodifiableColletion() 静态方法，来创建 UnmodifiableCollection 类对象。而这些容器类中的 UnmodifiableCollection 类、CheckedCollection 和 SynchronizedCollection 类，就是针对 Collection 类的装饰器类。
这三个装饰器类，在代码结构上几乎一样，以UnmodifiableCollection 类为例来说，UnmodifiableCollection 类是 Collections 类的一个内部类
装饰器模式中的装饰器类是对原始类功能的增强。尽管 UnmodifiableCollection 类可以算是对 Collection 类的一种功能增强，但这点还不具备足够的说服力来断定 UnmodifiableCollection 就是 Collection 类的装饰器类。
最关键的一点是，UnmodifiableCollection 的构造函数接收一个 Collection 类对象，然后对其所有的函数进行了包裹（Wrap）：重新实现（比如 add() 函数）或者简单封装（比如 stream() 函数）。而简单的接口实现或者继承，并不会如此来实现 UnmodifiableCollection 类。所以，从代码实现的角度来说，UnmodifiableCollection 类是典型的装饰器类。
public class Collections {
private Collections() {}
public static <T> Collection<T> unmodifiableCollection(Collection<? extends T> c) {
return new UnmodifiableCollection<>(c);
}
static class UnmodifiableCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1820017752578914078L;
final Collection<? extends E> c;
UnmodifiableCollection(Collection<? extends E> c) {
if (c==null)
throw new NullPointerException();
this.c = c;
}
public int size() {return c.size();}
public boolean isEmpty() {return c.isEmpty();}
public boolean contains(Object o) {return c.contains(o);}
public Object[] toArray() {return c.toArray();}
public <T> T[] toArray(T[] a) {return c.toArray(a);}
public String toString() {return c.toString();}
public Iterator<E> iterator() {
return new Iterator<E>() {
private final Iterator<? extends E> i = c.iterator();
public boolean hasNext() {return i.hasNext();}
public E next() {return i.next();}
public void remove() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@Override
public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
// Use backing collection version
i.forEachRemaining(action);
}
};
}
public boolean add(E e) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public boolean remove(Object o) {
hrow new UnsupportedOperationException();
}
public boolean containsAll(Collection<?> coll) {
return c.containsAll(coll);
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public boolean removeAll(Collection<?> coll) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public boolean retainAll(Collection<?> coll) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
public void clear() {
throw new UnsupportedOperationException();
}
// Override default methods in Collection
@Override
public void forEach(Consumer<? super E> action) {
c.forEach(action);
}
@Override
public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
throw new UnsupportedOperationException();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public Spliterator<E> spliterator() {
return (Spliterator<E>)c.spliterator();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public Stream<E> stream() {
return (Stream<E>)c.stream();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
@Override
public Stream<E> parallelStream() {
return (Stream<E>)c.parallelStream();
}
}
}
适配器模式
适配器模式可以用来兼容老的版本接口。
老版本的 JDK 提供了 Enumeration 类来遍历容器。新版本的 JDK 用 Iterator 类替代 Enumeration 类来遍历容器。为了兼容老的客户端代码（使用老版本 JDK 的代码），保留了 Enumeration 类，并且在 Collections 类中，仍然保留了 enumaration() 静态方法（因为一般都是通过这个静态函数来创建一个容器的 Enumeration 类对象）。
不过，保留 Enumeration 类和 enumeration() 函数，都只是为了兼容，实际上，跟适配器没有一点关系。那到底哪一部分才是适配器呢？
在新版本的 JDK 中，Enumeration 类是适配器类。它适配的是客户端代码（使用 Enumeration 类）和新版本 JDK 中新的迭代器 Iterator 类。不过，从代码实现的角度来说，这个适配器模式的代码实现，跟经典的适配器模式的代码实现，差别稍微有点大。enumeration() 静态函数的逻辑和 Enumeration 适配器类的代码耦合在一起，enumeration() 静态函数直接通过 new 的方式创建了匿名类对象。
/**
* Returns an enumeration over the specified collection. This provides
* interoperability with legacy APIs that require an enumeration
* as input.
*
* @param <T> the class of the objects in the collection
* @param c the collection for which an enumeration is to be returned.
* @return an enumeration over the specified collection.
* @see Enumeration
*/
public static <T> Enumeration<T> enumeration(final Collection<T> c) {
return new Enumeration<T>() {
private final Iterator<T> i = c.iterator();
public boolean hasMoreElements() {
return i.hasNext();
}
public T nextElement() {
return i.next();
}
};
}
模板模式
策略、模板、职责链三个模式常用在框架的设计中，提供框架的扩展点，让框架使用者，在不修改框架源码的情况下，基于扩展点定制化框架的功能。
Java 中的 Collections 类的 sort() 函数就是利用了模板模式的这个扩展特性。
Collections.sort() 使用示例
//按照年龄从小到大、按照名字字母序从小到大、按照成绩从大到小对 students 数组进行排序。
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
List<Student> students = new ArrayList<>();
students.add(new Student("Alice", 19, 89.0f));
students.add(new Student("Peter", 20, 78.0f));
students.add(new Student("Leo", 18, 99.0f));
Collections.sort(students, new AgeAscComparator());
print(students);
Collections.sort(students, new NameAscComparator());
print(students);
Collections.sort(students, new ScoreDescComparator());
print(students);
}
public static void print(List<Student> students) {
for (Student s : students) {
System.out.println(s.getName() + " " + s.getAge() + " " + s.getScore());
}
}
public static class AgeAscComparator implements Comparator<Student> {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o1.getAge() - o2.getAge();
}
}
public static class NameAscComparator implements Comparator<Student> {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o1.getName().compareTo(o2.getName());
}
}
public static class ScoreDescComparator implements Comparator<Student> {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
if (Math.abs(o1.getScore() - o2.getScore()) < 0.001) {
return 0;
} else if (o1.getScore() < o2.getScore()) {
return 1;
} else {
return -1;
}
}
}
}
Collections.sort() 实现了对集合的排序。为了扩展性，它将其中“比较大小”这部分逻辑，委派给用户来实现。如果我们把比较大小这部分逻辑看作整个排序逻辑的其中一个步骤，那我们就可以把它看作模板模式。不过，从代码实现的角度来看，它看起来有点类似JdbcTemplate，并不是模板模式的经典代码实现，而是基于 Callback 回调机制来实现的。
有人说，Collections.sort() 使用的是策略模式。这样的说法也不是没有道理的。如果并不把“比较大小”看作排序逻辑中的一个步骤，而是看作一种算法或者策略，那我们就可以把它看作一种策略模式的应用。
不过，这也不是典型的策略模式，我们前面讲到，在典型的策略模式中，策略模式分为策略的定义、创建、使用这三部分。策略通过工厂模式来创建，并且在程序运行期间，根据配置、用户输入、计算结果等这些不确定因素，动态决定使用哪种策略。而在 Collections.sort() 函数中，策略的创建并非通过工厂模式，策略的使用也非动态确定。
