23种设计模式详解（一）

Java大联盟 2018-05-03

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Java大联盟

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今天起为大家带来Java的23种设计模型详解，共分为6篇教程，今天带来第1篇。

首先，了解23种设计模式的基本概念。

Java的设计模式三大类

创建型模式（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（7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（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。

设计模式遵循的原则有6个

1、开闭原则（Open Close Principle）

对扩展开放，对修改关闭。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

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。

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个是开闭原则的基础，对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

使用多个隔离的接口来降低耦合度。

5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

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。继承实际上破坏了类的封装性，超类的方法可能会被子类修改。

接下来，23种设计模式详解开始。

1.策略模式(Strategy Pattern)

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。

相互替换：也就是说它们具有共性，而它们的共性就体现在策略接口的行为上，另外为了达到最后一句话的目的，也就是说让算法独立于使用它的客户而独立变化，我们需要让客户端依赖于策略接口。

我们先定义一个场景：ˈ刘备去江东娶媳妇，走之前诸葛亮给赵云（伴郎）了一个锦囊，里面有三个妙计，这三个妙计能帮刘备顺利取上媳妇。

妙计模板：

public interface Strategy {
    public void operate();
}

A妙计：

public class AStrategy implements Strategy{
    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("找乔国老帮忙，让吴国太给孙权施加压力");

    }
}

B妙计：

public class BStrategy implements Strategy{
    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("求吴国太开个绿灯，放行");

    }
}

C妙计：

public class CStrategy implements Strategy{
    @Override
    public void operate() {
        System.out.println("孙夫人断后，挡住追兵");

    }
}

装妙计的锦囊即策略的应用场景：

public class Kit {

    private Strategy straegy;
    //构造函数，你要使用那个妙计
    public Kit(Strategy straegy) {
        this.straegy = straegy;
    }
    //使用计谋
    public void operate(){
        this.straegy.operate();
    }
}

使用者赵云：

public class zhaoYun {

    public static void main(String[] args){
        Kit kit;
        //使用第一个妙计
        kit=new Kit(new AStrategy());
        kit.operate();
        //使用第二个妙计
        kit=new Kit(new BStrategy());
        kit.operate();
        //使用第三个妙计
        kit=new Kit(new CStrategy());
        kit.operate();
    }
}

结果：

结论：

策略模式的第一个特点就是扩展性，即OCP,可以继续增加，只要修改应用场景即可；其次，策略模式决定权在用户，系统本身提供不同方法的实现，对各种方法做封装。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。

2.代理模式（Proxy Pattern）

代理模式就是多一个代理类出来，替原对象进行一些操作，比如我们在租房子的时候会去找中介，为什么呢？因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面，希望找一个更熟悉的人去帮你做，此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司，我们需要请律师，因为律师在法律方面有专长，可以替我们进行操作，表达我们的想法。

我们假设一个场景：梁山伯看上了祝英台，他就请媒婆去祝英台家提亲；前提是媒婆得知道梁山伯有什么没有什么吧，不然祝英台他们家要彩礼，梁山伯拿不出来咋整，所以梁山伯和媒婆要实现同一个接口（familyStatus）;

public interface familyStatus {
    public void marriagePropose();
}

梁山伯：

public class liangShanBo implements familyStatus {
    @Override
    public void marriagePropose() {
        System.out.print("我想娶英台");
    }
}

媒婆：

public class Matchmaker implements familyStatus{
    private familyStatus familyStatus;

    public Matchmaker() {
        //默认无参构造是梁山伯的代理
        this.familyStatus = new liangShanBo();
    }

    public Matchmaker(familyStatus familyStatus) {
        //也可以是任何人的代理
        this.familyStatus = familyStatus;
    }

    @Override
    public void marriagePropose() {
        this.familyStatus.marriagePropose();
    }
}

祝英台：

public class zhuYingtai {
    public static void main(String[] args){
        Matchmaker mm=new Matchmaker();
        mm.marriagePropose();
    }
}

结果：

结论：看似媒人在做，其实是梁山伯的想法。

代理模式主要实现了Java的多态，干活的是被代理类，代理类主要是跑腿。那怎么能知道被代理类能不能干活，简单，同根就成，实现同一个接口，大家知根知底，你能做啥我清楚的很。

在开发过程中，如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进，此时有两种办法：

1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放，对修改关闭”的原则。

2、就是采用一个代理类调用原有的方法，且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

使用代理模式，可以将功能划分的更加清晰，有助于后期维护！

3.单例模式(Singleton Pattern)

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。这样的模式有几个好处：

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，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

我们假设一个场景：大臣参拜皇帝，今天肯定只有一个皇帝，明天也肯定只有一个皇帝，皇帝绝对不可能出现两个，这就是妥妥的单例模式。

皇帝：

public class Emperor {
    //先定义一个皇帝放在这儿
    private static Emperor emperor=null;

    public Emperor() {
        //世俗和道德约束，不产生第二个皇帝
    }
    public static Emperor getInstance(){
        //如果没有定义皇帝，定义一个
        if (emperor==null){
            emperor=new Emperor();
        }
        return emperor;
    }
    public static void EmperorInfo(){
        //皇帝是谁
        System.out.println("唐玄宗");
    }
}

大臣：

public class Minister {
    public static void main(String[] args){
        Emperor emperor1= Emperor.getInstance();
        //昨天的皇帝是谁
        emperor1.EmperorInfo();
        Emperor emperor2= Emperor.getInstance();
        //今天的皇帝是谁
        emperor2.EmperorInfo();
    }
}

结果：

像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们先写一个通用的单例程序分析一下：

public class Emperor {
    //先定义一个皇帝放在这儿
    private static Emperor emperor=null;

    public Emperor() {
        //世俗和道德约束，不产生第二个皇帝
    }
    public Emperor getInstance(){
        //如果没有定义皇帝，定义一个
        if (this.emperor==null){
            this.emperor=new Emperor();
        }
        return this.emperor;
    }
    public static void EmperorInfo(){
        //皇帝是谁
        System.out.println("唐玄宗");
    }
}

假如现在两个线程A.B,A执行到this.emperor=new Emperor()正在申请内存分配，这时候B执行到了if (this.emperor==null)，这时候是true还是false？如果是true，线程往下走，是不是就出现两个实例了？如果在程序中出现这样的问题会如何呢？最可怕的是你觉得代码并没问题，这是最可怕的；怎么解决呢？最简单的一种解决方式：

直接new一个对象传递给类的成员变量，用的时候getInstance()直接给你返回来：

public class Emperor {
    //先定义一个皇帝放在这儿
    private static final Emperor emperor=new Emperor();

    public Emperor() {
        //世俗和道德约束，不产生第二个皇帝
    }
    public synchronized static Emperor getInstance(){
        return emperor;
    }
    public static void EmperorInfo(){
        //皇帝是谁
        System.out.println("唐玄宗");
    }
}

以上代码也可以这样实现：

public class Emperor {
    //先定义一个皇帝放在这儿
    private  static Emperor emperor=null;

    public Emperor() {
        //世俗和道德约束，不产生第二个皇帝
    }
    private static synchronized void syncInit() {
        if(emperor ==null){
            emperor=new Emperor();
        }
    }

    public static Emperor getInstance(){
        if(emperor==null){
            syncInit();
        }
        return emperor;
    }
    public static void EmperorInfo(){
        //皇帝是谁
        System.out.println("唐玄宗");
    }
}

通过单例模式的学习告诉我们：

1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。

2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

4.多例模式(Multition Pattern)

没上限的多例模式太简单，和你随便new没差别，咱们来一个有上限的；

历史上有没有两个皇帝过，有！明英宗朱祁镇和明景帝朱祁钰，大臣们都懵逼了。

皇帝：

public class Emperor {
    //最多两皇帝
    private static int maxNumOfEmperor=2;
    //皇帝列表
    private static ArrayList EmperorList=new ArrayList(maxNumOfEmperor);
    //皇帝叫什么名字
    private static ArrayList EmperorInfoList=new ArrayList(maxNumOfEmperor);
    //那个皇帝掌着权
    private static int countOfEmperor=0;
    //先把皇帝产出来
    static{
        for(int i = 0; i<maxNumOfEmperor; i++){
            EmperorList.add(new Emperor("皇"+(i+1)+"帝"));
        }
    }
    private Emperor(){
        //约束最多两个皇帝
    }
    private Emperor(String info){
        EmperorInfoList.add(info);
    }
    public static Emperor getInstance(){
        Random random=new Random();
        countOfEmperor=random.nextInt(maxNumOfEmperor);
        return (Emperor) EmperorList.get(countOfEmperor);
    }
    public static void EmperorInfo(){
        //皇帝是谁
        System.out.println(EmperorInfoList.get(countOfEmperor));
    }
}

大臣：

public class Minister {
    public static void main(String[] args){
        //10个大臣
        int ministerNum=10;
        for(int i=0;i<10;i++){
            Emperor emperor= Emperor.getInstance();
            System.out.print("第"+(i+1)+"个大臣参拜的是：");
            emperor.EmperorInfo();
        }


    }
}