Java中的常用設(shè)計(jì)模式

一、概念：

設(shè)計(jì)模式（Design pattern）是一套被反復(fù)使用蹈集、多數(shù)人知曉的、經(jīng)過分類編目的代碼設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)减响，是一種用于固定場合的固定套路

基本分類：

  • 創(chuàng)建型模式：單例設(shè)計(jì)模式，工廠方法模式支示，抽象工廠模式
  • 結(jié)構(gòu)性模式：裝飾器模式，代理模式
  • 行為型模式：模板設(shè)計(jì)模式

二促绵、設(shè)計(jì)模式詳解：

  • 單例設(shè)計(jì)模式：懶漢式嘴纺，餓漢式。懶漢式需要對多線程進(jìn)行同步處理
  • 餓漢式：（立即加載）使用類的時候就創(chuàng)建實(shí)例
public class Singleton {

    // 將自身實(shí)例化對象設(shè)置為一個屬性栽渴，并用static、final修飾
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    // 構(gòu)造方法私有化
    private Singleton() {}

    // 靜態(tài)方法返回該實(shí)例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)起來簡單糖驴，沒有多線程同步問題佛致。
缺點(diǎn)：當(dāng)類SingletonTest被加載的時候，會初始化static的instance俺榆，靜態(tài)變量被創(chuàng)建并分配內(nèi)存空間，從這以后定嗓，這個static的instance對象便一直占著這段內(nèi)存（即便你還沒有用到這個實(shí)例）萍桌，當(dāng)類被卸載時宵溅，靜態(tài)變量被摧毀上炎，并釋放所占有的內(nèi)存，因此在某些特定條件下會耗費(fèi)內(nèi)存寇损。

  • 懶漢式：（延遲加載）當(dāng)調(diào)用get方法時裳食，再創(chuàng)建實(shí)例
public class Singleton {

    // 將自身實(shí)例化對象設(shè)置為一個屬性，并用static修飾
    private static Singleton instance;
    
    // 構(gòu)造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態(tài)方法返回該實(shí)例
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)起來比較簡單诲祸，當(dāng)類SingletonTest被加載的時候憨愉，靜態(tài)變量static的instance未被創(chuàng)建并分配內(nèi)存空間卿捎，當(dāng)getInstance方法第一次被調(diào)用時，初始化instance變量躺孝，并分配內(nèi)存底桂，因此在某些特定條件下會節(jié)約了內(nèi)存。
缺點(diǎn)：存在線程安全問題

  • 線程安全的懶漢式：
public class Singleton {

    // 將自身實(shí)例化對象設(shè)置為一個屬性籽懦，并用static修飾
    private static Singleton instance;
    
    // 構(gòu)造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態(tài)方法返回該實(shí)例，加synchronized關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)同步
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：在多線程的情況下厅篓，使用synchronized方法保證線程安全
缺點(diǎn)：效率低下

  • 最優(yōu)懶漢式：
public class Singleton {

    // 將自身實(shí)例化對象設(shè)置為一個屬性捶码，并用static修飾
    private static Singleton instance;
    
    // 構(gòu)造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 靜態(tài)方法返回該實(shí)例
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次檢查instance是否被實(shí)例化出來，如果沒有進(jìn)入if塊
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 某個線程取得了類鎖档押，實(shí)例化對象前第二次檢查instance是否已經(jīng)被實(shí)例化出來祈纯，如果沒有令宿，才最終實(shí)例出對象
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

  • 普通工廠模式：建立一個工廠類粒没，對實(shí)現(xiàn)了同一接口的不同實(shí)現(xiàn)類進(jìn)行實(shí)例的創(chuàng)建


    普通工廠模式類圖
/**
 * 發(fā)送郵件類
 */
public class MailSender implements Sender{
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("正在發(fā)送郵件...");
    }
}

/**
 * 發(fā)送短信類
 */
public class SmsSender implements Sender{
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("正在發(fā)送短信...");
    }
}

/**
 * 工廠類
 */
public class SendFactory {

    // 自定義成員方法實(shí)現(xiàn)對象的創(chuàng)建
    public Sender produce(String type) {
        if ("mail".equals(type)) {
            return new MailSender();
        }
        if ("sms".equals(type)) {
            return new SmsSender();
        }
        return null;
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class SendFactoryTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1. 聲明工廠類型的引用指向工廠類型的對象
        SendFactory sf = new SendFactory();
        // 2. 調(diào)用生產(chǎn)方法來實(shí)現(xiàn)對象的創(chuàng)建
        Sender sender = sf.produce("mail");
        // 3. 使用對象調(diào)用方法模擬發(fā)生的行為
        sender.send();
    }
}

主要缺點(diǎn)：在普通工廠方法模式中油昂，如果傳遞的字符串出錯，則不能正確創(chuàng)建對象，并可能出現(xiàn)空指針異常
優(yōu)點(diǎn)：在創(chuàng)建大量對象的前提下匆浙，擴(kuò)展性和可維護(hù)性強(qiáng)

  • 多個工廠模式：


    多個工廠模式類圖
/**
 * 工廠類
 */
public class SendFactory {

    // 自定義成員方法實(shí)現(xiàn)對象的創(chuàng)建
    public Sender produce(String type) {
        if ("mail".equals(type)) {
            return new MailSender();
        }
        if ("sms".equals(type)) {
            return new SmsSender();
        }
        return null;
    }
    // 自定義對應(yīng)的成員方法創(chuàng)建對應(yīng)的對象
    public Sender produceMail() {
        return new MailSender();
    }

    public Sender produceSms() {
        return new SmsSender();
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class SendFactoryTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1. 聲明工廠類型的引用指向工廠類型的對象
        SendFactory sf = new SendFactory();
        // 2. 調(diào)用生產(chǎn)方法來實(shí)現(xiàn)對象的創(chuàng)建
        //Sender sender = sf.produce("mail");
        Sender sender = sf.produceMail();
        // 3. 使用對象調(diào)用方法模擬發(fā)生的行為
        sender.send();
    }
}

主要缺點(diǎn)：在多個工廠方法模式中首尼，為了能夠正確創(chuàng)建對象言秸，先需要創(chuàng)建工廠類的對象才能調(diào)用工廠類中的生產(chǎn)方法

  • 靜態(tài)工廠模式：


    靜態(tài)工廠模式類圖
/**
 * 工廠類
 */
public class SendFactory {

    // 自定義成員方法實(shí)現(xiàn)對象的創(chuàng)建
    public Sender produce(String type) {
        if ("mail".equals(type)) {
            return new MailSender();
        }
        if ("sms".equals(type)) {
            return new SmsSender();
        }
        return null;
    }

    // 自定義對應(yīng)的靜態(tài)成員方法創(chuàng)建對應(yīng)的對象
    public static Sender produceMail() {
        return new MailSender();
    }

    public static Sender produceSms() {
        return new SmsSender();
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class SendFactoryTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 1. 聲明工廠類型的引用指向工廠類型的對象
        //SendFactory sf = new SendFactory();
        // 2. 調(diào)用生產(chǎn)方法來實(shí)現(xiàn)對象的創(chuàng)建
        //Sender sender = sf.produce("mail");
        //Sender sender = sf.produceMail();
        Sender sender = SendFactory.produceMail();
        // 3. 使用對象調(diào)用方法模擬發(fā)生的行為
        sender.send();
    }
}

實(shí)際意義：適合于出現(xiàn)了大量的產(chǎn)品需要創(chuàng)建且它們具有共同的接口時举畸，可以通過工廠方法模式進(jìn)行創(chuàng)建
主要缺點(diǎn)：工廠方法模式有一個問題就是凳枝，類的創(chuàng)建依賴工廠類抄沮，如果想要拓展程序生產(chǎn)新的產(chǎn)品岖瑰，就必須對工廠的代碼進(jìn)行修改，就違背了開閉原則

  • 抽象工廠模式：


    抽象工廠模式類圖
/**
 * 工廠接口類
 */
public interface Provider {

    // 自定義抽象方法描述產(chǎn)品的生產(chǎn)行為
    Sender produce();
}

/**
 * 發(fā)送郵件的工廠類
 */
public class MailSendFactory implements Provider{
    @Override
    public Sender produce() {
        return new MailSender();
    }
}

/**
 * 發(fā)送短信的工廠類
 */
public class SmsSendFactory implements Provider{
    @Override
    public Sender produce() {
        return new SmsSender();
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class SendFactoryTest {

    public static void main(String[] args) {

        Provider provider = new MailSendFactory();
        Sender sender = provider.produce();
        sender.send();
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)需要生產(chǎn)新的產(chǎn)品時率挣，只需要創(chuàng)建對應(yīng)的工廠類即可

  • 裝飾器模式：給一個對象動態(tài)地增加一些新功能露戒，要求裝飾對象和被裝飾對象實(shí)現(xiàn)同一個接口，裝飾對象持有被裝飾對象的實(shí)例


    裝飾器模式類圖
/**
 * 定義接口
 */
public interface Sourceable {

    // 自定義抽象方法
    void method();
}

/**
 * 定義原本的類
 */
public class Source implements Sourceable{
    @Override
    public void method() {
        System.out.println("原本的類蛾茉！");
    }
}

/**
 * 裝飾類
 */
public class Decorator implements Sourceable{

    private Sourceable source;

    public Decorator(Sourceable source) {
        this.source = source;
    }

    @Override
    public void method() {
        // 保證原有功能
        source.method();

        // 添加新的功能
        System.out.println("我是裝飾器撩鹿！");
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class SourceableTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 使用原有類實(shí)現(xiàn)功能
        Sourceable sourceable = new Source();
        sourceable.method();

        System.out.println("------------------------------");

        // 使用裝飾類實(shí)現(xiàn)功能
        Sourceable sourceable1 = new Decorator(sourceable);
        sourceable1.method();
    }
}
輸出結(jié)果

實(shí)際意義：

  • 可以實(shí)現(xiàn)一個類功能的擴(kuò)展
  • 可以動態(tài)地增加功能，而且還能動態(tài)撤銷

缺點(diǎn)：產(chǎn)生過多相似的對象键思，不易排錯

  • 代理模式：找一個代理類甫贯，替原對象進(jìn)行一些操作


    代理模式類圖
/**
 * 代理類
 */
public class Proxy implements Sourceable{

    private Source source;

    public Proxy() {
        source = new Source();
    }
    @Override
    public void method() {
        source.method();
        System.out.println("我是代理模式！");
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class SourceableTest {

    public static void main(String[] args) {

        // 使用原有類實(shí)現(xiàn)功能
        Sourceable sourceable = new Source();
        sourceable.method();

        System.out.println("------------------------------");
        
        // 使用代理類實(shí)現(xiàn)功能
        Sourceable sourceable1 = new Proxy();
        sourceable1.method();
    }
}

實(shí)際意義：

  • 如果在使用的時候需要對原有的方法進(jìn)行改進(jìn)赔桌，可以采用一個代理類調(diào)用原有方法渴逻，并且對產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行控制
  • 使用代理模式疾党，可以將功能劃分得更加清晰惨奕，有助于后期維護(hù)

與裝飾器模式的比較：

  • 裝飾器模式通常的做法是將原始對象作為一個參數(shù)傳給裝飾者的構(gòu)造器，而代理模式通常在一個代理類中創(chuàng)建一個被代理類的對象

  • 裝飾器模式關(guān)注于在一個對象上動態(tài)的添加方法雹洗，而代理模式關(guān)注于控制對對象的訪問

  • 模板模式：指一個抽象類中封裝了一個固定流程，流程中的具體步驟可以由不同子類進(jìn)行不同的實(shí)現(xiàn)时肿，通過抽象類讓固定的流程產(chǎn)生不同的結(jié)果


    模板模式類圖
/**
 * 定義一個抽象類
 */
public abstract class AbstractCalculator {

    // 自定義成員方法實(shí)現(xiàn)將參數(shù)指定的表達(dá)式按照參數(shù)指定的規(guī)則進(jìn)行切割并返回計(jì)算結(jié)果

    public int splitExpression(String exp, String op) {
        String[] sArr = exp.split(op);
        return calculate(Integer.parseInt(sArr[0]), Integer.parseInt(sArr[1]));
    }
    // 自定義抽象方法實(shí)現(xiàn)運(yùn)算
    public abstract int calculate(int ia, int ib);
}

/**
 * 定義加法
 */
public class Plus extends AbstractCalculator{
    @Override
    public int calculate(int ia, int ib) {
        return ia + ib;
    }
}

/**
 * 定義減法
 */
public class Minus extends AbstractCalculator{
    @Override
    public int calculate(int ia, int ib) {
        return ia - ib;
    }
}

/**
 * 測試類
 */
public class AbstractCalculatorTest {

    public static void main(String[] args) {

        AbstractCalculator abstractCalculator = new Plus();
        int res = abstractCalculator.splitExpression("1+1", "\\+");
        System.out.println("最終的運(yùn)算結(jié)果是：" + res);
    }
}
輸出

實(shí)際意義：

  • 將多個子類共有且邏輯基本相同的內(nèi)容提取出來實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用
  • 不同的子類實(shí)現(xiàn)不同的效果形成多態(tài)螃成，有助于后期維護(hù)
?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
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