Java中的设计模式总结

Java 中一般认为有 23 种设计模式，我们不需要所有的都会，但是其中常用的几种设计模式应该去掌握。下面列出了所有的设计模式。需要掌握的设计模式我单独列出来了，当然能掌握的越多越好。
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。

 

单例设计模式

实现方式：

a） 将被实现的类的构造方法设计成private的。

b） 添加此类引用的静态成员变量，并为其实例化。

c）  在被实现的类中提供公共的CreateInstance函数，返回实例化的此类,就是b中的静态成员变量。

应用场景：

优点： 
    1.在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就 防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例 
    2.单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。 
    3.提供了对唯一实例的受控访问。 
    4.由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以 节约系统资源，当 需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。 
    5.允许可变数目的实例。 
    6.避免对共享资源的多重占用。 
缺点： 
    1.不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。 
    2.由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。 
    3.单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。 
    4.滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。 
使用注意事项： 
    1.使用时不能用反射模式创建单例，否则会实例化一个新的对象 
    2.使用懒单例模式时注意线程安全问题 
    3.单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的，因而是不能被继承的，有些单例模式可以被继承（如登记式模式） 
适用场景： 
    单例模式只允许创建一个对象，因此节省内存，加快对象访问速度，因此对象需要被公用的场合适合使用，如多个模块使用同一个数据源连接对象等等。如： 
    1.需要频繁实例化然后销毁的对象。 
    2.创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。 
    3.有状态的工具类对象。 
    4.频繁访问数据库或文件的对象。 
以下都是单例模式的经典使用场景： 
    1.资源共享的情况下，避免由于资源操作时导致的性能或损耗等。如上述中的日志文件，应用配置。 
    2.控制资源的情况下，方便资源之间的互相通信。如线程池等。 
应用场景举例： 
    1.外部资源：每台计算机有若干个打印机，但只能有一个PrinterSpooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机。内部资源：大多数软件都有一个（或多个）属性文件存放系统配置，这样的系统应该有一个对象管理这些属性文件 
    2. Windows的TaskManager（任务管理器）就是很典型的单例模式（这个很熟悉吧），想想看，是不是呢，你能打开两个windows task manager吗？ 不信你自己试试看哦~ 
    3. windows的Recycle Bin（回收站）也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中，回收站一直维护着仅有的一个实例。 
    4. 网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，否则难以同步。 
    5. 应用程序的日志应用，一般都何用单例模式实现，这一般是由于共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加。 
    6. Web应用的配置对象的读取，一般也应用单例模式，这个是由于配置文件是共享的资源。 
    7. 数据库连接池的设计一般也是采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源。数据库软件系统中使用数据库连接池，主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗，这种效率上的损耗还是非常昂贵的，因为何用单例模式来维护，就可以大大降低这种损耗。 
    8. 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池要方便对池中的线程进行控制。 
    9. 操作系统的文件系统，也是大的单例模式实现的具体例子，一个操作系统只能有一个文件系统。 
    10. HttpApplication 也是单位例的典型应用。熟悉ASP.Net(IIS)的整个请求生命周期的人应该知道HttpApplication也是单例模式，所有的HttpModule都共享一个HttpApplication实例. 

 

饿汉式： 

1. public class Singleton { 
2.  // 直接创建对象 
3.  public static Singleton instance = new Singleton(); 
4.  
5.  // 私有化构造函数 
6.  private Singleton() { 
7.  } 
8.  
9.  // 返回对象实例 
10.  public static Singleton getInstance() { 
11.   return instance; 
12.  } 
13. }

 懒汉式： 

1. public class Singleton { 
2.  // 声明变量 
3.  private static volatile Singleton singleton = null; 
4.  
5.  // 私有构造函数 
6.  private Singleton() { 
7.  } 
8.  
9.  // 提供对外方法 
10.  public static Singleton getInstance() { 
11.   if (singleton == null) { 
12.    synchronized (Singleton.class) { 
13.     if (singleton == null) { 
14.      singleton = new Singleton(); 
15.     } 
16.    } 
17.   } 
18.   return singleton; 
19.  } 
20. }

工厂设计模式 

工厂模式分为工厂方法模式和抽象工厂模式。
工厂方法模式
工厂方法模式分为三种：普通工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。
多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。
静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。
普通工厂模式

多个工厂方法模式
该模式是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

静态工厂方法模式

将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可

抽象工厂模式 

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修\改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。 

 

适配器设计模式 

适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。

类的适配器模式 

1. public class Source { 
2.  public void method1() { 
3.   System.out.println("this is original method!"); 
4.  } 
5. } 
6. ------------------------------------------------------------- 
7. public interface Targetable { 
8.  /* 与原类中的方法相同 */ 
9.  public void method1(); 
10.  /* 新类的方法 */ 
11.  public void method2(); 
12. } 
13. public class Adapter extends Source implements Targetable { 
14.  @Override 
15.  public void method2() { 
16.   System.out.println("this is the targetable method!"); 
17.  } 
18. } 
19. public class AdapterTest { 
20.  public static void main(String[] args) { 
21.   Targetable target = new Adapter(); 
22.   target.method1(); 
23.   target.method2(); 
24.  } 
25. } 

对象的适配器模式
基本思路和类的适配器模式相同，只是将 Adapter 类作修改，这次不继承 Source 类，而是持有 Source 类的实例，以达到解决兼容性的问题。

接口的适配器模式
接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。

 

策略模式（strategy） 

 

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数。策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。

 

观察者模式（Observer） 

观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和 RSS 订阅，当我们浏览一些博客或 wiki 时，经常会看到 RSS 图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。