常用的设计模式

不念不忘少年蓝@ 2023-10-02 13:34 21阅读 0赞

## 一、软件设计模式的几种分类： ##

### 1.1. 创建型 ###

创建对象时，不再由我们直接实例化对象；而是根据特定场景，由程序来确定创建对象的方式，从而保证更大的性能、更好的架构优势。创建型模式主要有**简单工厂模式**（并不是23种设计模式之一）、**工厂方法、抽象工厂模式**、**单例模式**、生成器模式和原型模式。

### 1.2. 结构型 ###

用于帮助将多个对象组织成更大的结构。结构型模式主要有适配器模式adapter、**桥接模式\*\*\*\*bridge**、组合器模式component、装饰器模式decorator、**门面模式**、亨元模式flyweight和**代理模式\*\*\*\*proxy**。

### 1.3. 行为型 ###

用于帮助系统间各对象的通信，以及如何控制复杂系统中流程。行为型模式主要有**命令模式command**、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、**观察者模式**、状态模式state、**策略模式**、模板模式和访问者模式。

### 二、常用的设计模式介绍 ###

### 2.1. 单例模式 ###

有些时候，允许自由创建某个类的实例没有意义，还可能造成系统性能下降。如果一个类始终只能创建一个实例，则这个类被称为单例类，这种模式就被称为单例模式。

一般建议单例模式的方法命名为：getInstance()，这个方法的返回类型肯定是单例类的类型了。getInstance方法可以有参数，这些参数可能是创建类实例所需要的参数，当然，大多数情况下是不需要的。

public class Singleton {
        
     
        private static Singleton singleton;
     
        private Singleton() {
        
        }
     
        public static Singleton getInstance() {
        
            if (singleton == null) {
        
                singleton = new Singleton();
            }
            return singleton;
        }
    }

**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.

### 2.2. 观察者模式(Observer) ###

对象间一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。Android中的各种Listener就使用到了这一设计模式，只要用户对手机进行操作，对应的listener就会被通知，并作出响应的处理。  
![观察者模式UML图][UML]  
看不懂图的人端着小板凳到这里来，给你举个栗子??：假设有三个人，小美（女，28），老王和老李。小美很漂亮，很风骚，老王和老李是两个中年男屌丝，时刻关注着小美的一举一动。有一天，小美说了一句：我老公今天不在家，一个人好无聊啊～～～，这句话被老王和老李听到了，结果乐坏了，蹭蹭蹭，没一会儿，老王就冲到小美家门口了，于是进门了………  
在这里，小美是被观察者，老王和老李是观察者，被观察者发出一条信息，然后被观察者进行相应的处理，看代码：

public interface Person {
        
        //老王和老李通过这个接口可以接收到小美发过来的消息
        void getMessage(String s);
    }

这个接口相当于老王和老李的电话号码，小美发送通知的时候就会拨打getMessage这个电话，拨打电话就是调用接口，看不懂没关系，先往下看

public class LaoWang implements Person {
        
     
        private String name = "老王";
     
        public LaoWang() {
        
        }
     
        @Override
        public void getMessage(String s) {
        
            System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：" + s);
        }
     
    }
     
    public class LaoLi implements Person {
        
     
        private String name = "老李";
     
        public LaoLi() {
        
        }
     
        @Override
        public void getMessage(String s) {
        
            System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：->" + s);
        }
     
    }

代码很简单，我们再看看小美的代码：

public class XiaoMei {
        
        List<Person> list = new ArrayList<Person>();
         public XiaoMei(){
        
         }
     
         public void addPerson(Person person){
        
             list.add(person);
         }
     
         //遍历list，把自己的通知发送给所有暗恋自己的人
         public void notifyPerson() {
        
             for(Person person:list){
        
                 person.getMessage("今天家里就我一个人，你们过来吧，谁先过来谁就能得到我!");
             }
         }
    }

我们写一个测试类来看一下结果对不对

public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
     
            XiaoMei xiao_mei = new XiaoMei();
            LaoWang lao_wang = new LaoWang();
            LaoLi lao_li = new LaoLi();
     
            //老王和老李在小美那里都注册了一下
            xiao_mei.addPerson(lao_wang);
            xiao_mei.addPerson(lao_li);
     
            //小美向老王和老李发送通知
            xiao_mei.notifyPerson();
        }
    }

运行结果我截图了  
![运行结果][20160929215816074]  
完美～～～

### 2.3. **装饰者模式** （Decorator Pattern） ###

对已有的业务逻辑进一步的封装，使其增加额外的功能，如java中的IO流就使用了装饰者模式，用户在使用的时候，可以任意组装，达到自己想要的效果。  
举个栗子，我想吃三明治，首先我需要一根大大的香肠，我喜欢吃奶油，在香肠上面加一点奶油，再放一点蔬菜，最后再用两片面包加一下，很丰盛的一顿午饭，营养又健康，那我们应该怎么来写代码呢？  
首先，我们需要写一个Food类，让其他所有食物都来继承这个类，看代码：

public class Food {
        
     
        private String food_name;
     
        public Food() {
        
        }
     
        public Food(String food_name) {
        
            this.food_name = food_name;
        }
     
        public String make() {
        
            return food_name;
        };
    }

代码很简单，我就不解释了，然后我们写几个子类继承它：

//面包类
    public class Bread extends Food {
        
     
        private Food basic_food;
     
        public Bread(Food basic_food) {
        
            this.basic_food = basic_food;
        }
     
        public String make() {
        
            return basic_food.make()+"+面包";
        }
    }
     
    //奶油类
    public class Cream extends Food {
        
     
        private Food basic_food;
     
        public Cream(Food basic_food) {
        
            this.basic_food = basic_food;
        }
     
        public String make() {
        
            return basic_food.make()+"+奶油";
        }
    }
     
    //蔬菜类
    public class Vegetable extends Food {
        
     
        private Food basic_food;
     
        public Vegetable(Food basic_food) {
        
            this.basic_food = basic_food;
        }
     
        public String make() {
        
            return basic_food.make()+"+蔬菜";
        }
     
    }

这几个类都是差不多的，构造方法传入一个Food类型的参数，然后在make方法中加入一些自己的逻辑，如果你还是看不懂为什么这么写，不急，你看看我的Test类是怎么写的，一看你就明白了

public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Food food = new Bread(new Vegetable(new Cream(new Food("香肠"))));
            System.out.println(food.make());
        }
    }

看到没有，一层一层封装，我没从里往外看：最里面我new了一个香肠，在香肠的外面我包裹了一层奶油，在奶油的外面我又加了一层蔬菜，最外面我放的是面包，是不是很形象，哈哈 ~ 这个设计模式简直跟现实生活中一摸一样，看懂了吗？  
我们看看运行结果吧  
![运行结果][20160929223316699]  
一个三明治就做好了～～～

**应用实例：**

1、孙悟空有 72 变，当他变成"庙宇"后，他的根本还是一只猴子，但是他又有了庙宇的功能。

2、不论一幅画有没有画框都可以挂在墙上，但是通常都是有画框的，并且实际上是画框被挂在墙上。在挂在墙上之前，画可以被蒙上玻璃，装到框子里；这时画、玻璃和画框形成了一个物体。

\*\*优点：\*\*装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合，装饰模式是继承的一个替代模式，装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。

\*\*缺点：\*\*多层装饰比较复杂。

**适用环境:**

（1）在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。

（2）处理那些可以撤消的职责。

（3）当不能采用生成子类的方法进行扩充时。一种情况是，可能有大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的 子类，使得子类数目呈爆炸性增长。另一种情况可能是因为类定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。

### 2.4. **适配器模式** ###

适配器模式（Adapter Pattern）是作为两个不兼容的接口之间的桥梁。这种类型的设计模式属于结构型模式，它结合了两个独立接口的功能。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责加入独立的或不兼容的接口功能。举个真实的例子，读卡器是作为内存卡和笔记本之间的适配器。您将内存卡插入读卡器，再将读卡器插入笔记本，这样就可以通过笔记本来读取内存卡。

假设一个手机充电器需要的电压是20V，但是正常的电压是220V，这时候就需要一个变压器，将220V的电压转换成20V的电压，这样，变压器就将20V的电压和手机联系起来了。

public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Phone phone = new Phone();
            VoltageAdapter adapter = new VoltageAdapter();
            phone.setAdapter(adapter);
            phone.charge();
        }
    }
     
    // 手机类
    class Phone {
        
     
        public static final int V = 220;// 正常电压220v，是一个常量
     
        private VoltageAdapter adapter;
     
        // 充电
        public void charge() {
        
            adapter.changeVoltage();
        }
     
        public void setAdapter(VoltageAdapter adapter) {
        
            this.adapter = adapter;
        }
    }
     
    // 变压器
    class VoltageAdapter {
        
        // 改变电压的功能
        public void changeVoltage() {
        
            System.out.println("正在充电...");
            System.out.println("原始电压：" + Phone.V + "V");
            System.out.println("经过变压器转换之后的电压:" + (Phone.V - 200) + "V");
        }
    }

![img][]

**适配器模式优点：** 1、可以让任何两个没有关联的类一起运行。 2、提高了类的复用。 3、增加了类的透明度。 4、灵活性好。

**缺点：** 1、过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。比如，明明看到调用的是 A 接口，其实内部被适配成了 B 接口的实现，一个系统如果太多出现这种情况，无异于一场灾难。因此如果不是很有必要，可以不使用适配器，而是直接对系统进行重构。 2.由于 JAVA 至多继承一个类，所以至多只能适配一个适配者类，而且目标类必须是抽象类。

\*\*使用场景：\*\*有动机地修改一个正常运行的系统的接口，这时应该考虑使用适配器模式。

\*\*注意事项：\*\*适配器不是在详细设计时添加的，而是解决正在服役的项目的问题。

### 2.5. 工厂**模式** （Factory Pattern） ###

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。简单工厂模式的实质是由一个工厂类根据传入的参数，动态决定应该创建哪一个产品类（这些产品类继承自一个父类或接口）的实例。

实现方式:

a) 抽象产品类（也可以是接口）

b) 多个具体的产品类

c) 工厂类（包括创建a的实例的方法）

\*\*简单工厂模式：\*\*一个抽象的接口，多个抽象接口的实现类，一个工厂类，用来实例化抽象的接口

// 抽象产品类
    abstract class Car {
        
        public void run();
     
        public void stop();
    }
     
    // 具体实现类
    class Benz implements Car {
        
        public void run() {
        
            System.out.println("Benz开始启动了。。。。。");
        }
     
        public void stop() {
        
            System.out.println("Benz停车了。。。。。");
        }
    }
     
    class Ford implements Car {
        
        public void run() {
        
            System.out.println("Ford开始启动了。。。");
        }
     
        public void stop() {
        
            System.out.println("Ford停车了。。。。");
        }
    }
     
    // 工厂类
    class Factory {
        
        public static Car getCarInstance(String type) {
        
            Car c = null;
            if ("Benz".equals(type)) {
        
                c = new Benz();
            }
            if ("Ford".equals(type)) {
        
                c = new Ford();
            }
            return c;
        }
    }
     
    public class Test {
        
     
        public static void main(String[] args) {
        
            Car c = Factory.getCarInstance("Benz");
            if (c != null) {
        
                c.run();
                c.stop();
            } else {
        
                System.out.println("造不了这种汽车。。。");
            }
     
        }
     
    }

\*\*工厂方法模式：\*\*有四个角色，[抽象工厂模式][Link 1]，具体工厂模式，抽象产品模式，具体产品模式。不再是由一个工厂类去实例化具体的产品，而是由抽象工厂的子类去实例化产品

// 抽象产品角色
    public interface Moveable {
        
        void run();
    }
     
    // 具体产品角色
    public class Plane implements Moveable {
        
        @Override
        public void run() {
        
            System.out.println("plane....");
        }
    }
     
    public class Broom implements Moveable {
        
        @Override
        public void run() {
        
            System.out.println("broom.....");
        }
    }
     
    // 抽象工厂
    public abstract class VehicleFactory {
        
        abstract Moveable create();
    }
     
    // 具体工厂
    public class PlaneFactory extends VehicleFactory {
        
        public Moveable create() {
        
            return new Plane();
        }
    }
     
    public class BroomFactory extends VehicleFactory {
        
        public Moveable create() {
        
            return new Broom();
        }
    }
     
    // 测试类
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            VehicleFactory factory = new BroomFactory();
            Moveable m = factory.create();
            m.run();
        }
    }

**优点：**

工厂类是整个模式的关键.包含了必要的逻辑判断,根据外界给定的信息,决定究竟应该创建哪个具体类的对象.通过使用工厂类,外界可以从直接创建具体产品对象的尴尬局面摆脱出来,仅仅需要负责“消费”对象就可以了。而不必管这些对象究竟如何创建及如何组织的．明确了各自的职责和权利，有利于整个[软件体系结构][Link 2]的优化。

**缺点：**

由于工厂类集中了所有实例的创建逻辑，违反了[高内聚][Link 3]责任分配原则，将全部创建逻辑集中到了一个工厂类中；它所能创建的类只能是事先考虑到的，如果需要添加新的类，则就需要改变工厂类了。当系统中的具体产品类不断增多时候，可能会出现要求工厂类根据不同条件创建不同实例的需求．这种对条件的判断和对具体产品类型的判断交错在一起，很难避免模块功能的蔓延，对系统的维护和扩展非常不利；

### 2.6. 抽象工厂**模式** （Abstract Factory Pattern） ###

与工厂方法模式不同的是，工厂方法模式中的工厂只生产单一的产品，而抽象工厂模式中的工厂生产多个产品

/抽象工厂类
    public abstract class AbstractFactory {
        
        public abstract Vehicle createVehicle();
        public abstract Weapon createWeapon();
        public abstract Food createFood();
    }
    //具体工厂类，其中Food,Vehicle，Weapon是抽象类，
    public class DefaultFactory extends AbstractFactory{
        
        @Override
        public Food createFood() {
        
            return new Apple();
        }
        @Override
        public Vehicle createVehicle() {
        
            return new Car();
        }
        @Override
        public Weapon createWeapon() {
        
            return new AK47();
        }
    }
    //测试类
    public class Test {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            AbstractFactory f = new DefaultFactory();
            Vehicle v = f.createVehicle();
            v.run();
            Weapon w = f.createWeapon();
            w.shoot();
            Food a = f.createFood();
            a.printName();
        }
    }

[UML]: https://img-blog.csdn.net/20160704140407554
[20160929215816074]: https://img-blog.csdn.net/20160929215816074
[20160929223316699]: https://img-blog.csdn.net/20160929223316699
[img]: https://img-blog.csdn.net/20160706113819335
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[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/1317046.htm
[Link 3]: http://baike.baidu.com/view/292136.htm