[学习交流] 【上海校区】常见设计模式及实例

本帖最后由郑委员于 2019-9-24 20:11 编辑

【上海校区】常见设计模式及实例

设计模式分为三种类型，共23种：
创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式

结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式

行为型模式：模板方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式

本文主要讲解的是：

创建型模式：单例模式、建造者模式、工厂模式、

结构型模式：适配器模式、代理模式

行为型模式：模板方法模式、策略模式

对应的GitHub项目地址：https://github.com/kkzhilu/DesignPattern

可以下载进行深入的理解

创建型模式例子
单例模式：
对应的类: SingleTon.java

参考博客：http://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html

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/***
* 创建型模式 ---- 单例模式
* 
* @author kxm
*/
public class SingleTon {
        /***
         * 单例设计模式的一般定义：一个类中只允许有一个实例。 实现思路：让类的构造方法私有化，同时提供一个静态方法去实例化这个类。
         * 
         * 懒汉式：在静态方法中初始化。时间换空间。（不推荐，时间很重要） 饿汉式：在声明对象就初始化。空间换时间。（推荐，空间不是问题）
         * 
         * 懒汉式线程不安全，需要加上同步锁，同步锁影响了程序执行效率 饿汉式天生线程安全，类加载的时候初始化一次对象，效率比懒汉式高。
         * 
         * 注意私有构造方法
         */
        // 定义成私有构成方法，变成单例的 单例模式的核心
        private SingleTon() {}

        // 饿汉式：类加载的时候即进行初始化
        private static final SingleTon single = new SingleTon();

        public static SingleTon getTeacher() {
                return single;
        }

        /******************************* 分割线 *********************************/
        // 懒汉式 双重校验锁保证线程安全，比较好的写法  --- volatile 禁止指令重排 主要由于new SingleTon();可能出现问题
        private volatile static SingleTon myTest = null;

        public static SingleTon geTest() {
            if (myTest == null) {
                synchronized (SingleTon.class) {
                    if (myTest == null) {
                        myTest = new SingleTon();
                    }
                }
            }
            return myTest;
        }
        

        /***
         * 较为标准的写法 --- 静态内部类写法 
         * 是否 Lazy 初始化：是  
         * 是否多线程安全：是
         * @author kxm
         */
        private static class SingletonHolder {
                private static final SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
        }
        public static final SingleTon getInstance() {
                return SingletonHolder.INSTANCE;
        }
}

工厂模式：
简单工厂 --- SimpleFactoryTon.java：

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/***
* 创建型模式 ---- 工厂模式 (简单工厂模式)
* @author kxm
*/
public class SimpleFactoryTon {
    public Car creatCarFactory(int num) {
        Car car = null ;
                switch (num) {
        case 1:
            car = new Car("东风雪铁龙");
            break;
        case 2:
            car = new Car("东风雪铁龙","红色");
            break;        
        default:
            car = new Car();
            break;
        }
        return car;
    }
}


class Car{
    private String band;
    private String color;
    public Car() {}
    public Car(String band) {
        this.band = band;
    }
    public Car(String band, String color) {
        this.band = band;
        this.color = color;
    }
    public String getBand() {
        return band;
    }
    public void setBand(String band) {
        this.band = band;
    }
    public String getColor() {
        return color;
    }
    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }
}

工厂方法模式：

参考博客：https://www.jianshu.com/p/d0c444275827

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abstract class Factory{
    public abstract Product Manufacture();
}

public class FactoryA extends Factory {

        @Override
    public Product Manufacture() {
        return new ProductA();
    }
}

public class FactoryB extends Factory {
        
        @Override
    public Product Manufacture() {
        return new ProductB();
    }
}

abstract class Product{
    public abstract void Show();
}

public class ProductA extends  Product {
        
        //具体产品A类
    @Override
    public void Show() {
        System.out.println("生产出了产品A");
    }
}

public class ProductB extends Product {

        //具体产品B类
    @Override
    public void Show() {
        System.out.println("生产出了产品B");
    }
}

/**
* 创建型模式 ---- 工厂模式 (工厂方法模式)
* 相比简单工厂的优点:
*   更符合开-闭原则
*   符合单一职责原则
*   不使用静态工厂方法，可以形成基于继承的等级结构
*   
* 参考文档：https://www.jianshu.com/p/d0c444275827
* @author kxm
*/
public class TestFactory {

        public static void main(String[] args) {
                //客户要产品A
        FactoryA mFactoryA = new FactoryA();
        mFactoryA.Manufacture().Show();

        //客户要产品B
        FactoryB mFactoryB = new FactoryB();
        mFactoryB.Manufacture().Show();
        }
}

建造者模式：
参考博客：https://blog.csdn.net/u010102390/article/details/80179754

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// 1.需要的对象定义：产品（Product）
public class Human {
        private String head;
        private String body;
        private String hand;
        private String foot;
        public String getHead() {
                return head;
        }
        public void setHead(String head) {
                this.head = head;
        }
        public String getBody() {
                return body;
        }
        public void setBody(String body) {
                this.body = body;
        }
        public String getHand() {
                return hand;
        }
        public void setHand(String hand) {
                this.hand = hand;
        }
        public String getFoot() {
                return foot;
        }
        public void setFoot(String foot) {
                this.foot = foot;
        }
        @Override
        public String toString() {
                return "Human [head=" + head + ", body=" + body + ", hand=" + hand + ", foot=" + foot + "]";
        }
}
// 2.定义需要对象应有的方法及返回对象的抽象方法  --- 建造者角色（Builder）
public interface IBuildHuman {
        public void buildHead();
        public void buildBody();
        public void buildHand();
        public void buildFoot();
        public Human createHuman();
}
// 3.实现类实现抽象方法，进行建造 --- 具体创建者角色（ConcreteBuilder）
public class SmartManBuilder implements IBuildHuman {
        Human human;
        public SmartManBuilder() {
                human = new Human();
        }
        @Override
        public void buildHead() {
                human.setHead("头脑智商180");
        }
        @Override
        public void buildBody() {
                human.setBody("身体");
        }
        @Override
        public void buildHand() {
                human.setHand("手");
        }
        @Override
        public void buildFoot() {
                human.setFoot("脚");
        }
        @Override
        public Human createHuman() {
                return human;
        }
}
// 3.实现类实现抽象方法，进行建造 --- 具体创建者角色 当前为运动员
public class ActiveManBuilder implements IBuildHuman {

        Human human;
        public ActiveManBuilder() {
                human = new Human();
        }
        
        @Override
        public void buildHead() {
                human.setHead("头脑智商180");
        }

        @Override
        public void buildBody() {
                human.setBody("身体无敌的运动员");
        }

        @Override
        public void buildHand() {
                human.setHand("手");
        }

        @Override
        public void buildFoot() {
                human.setFoot("脚");
        }

        @Override
        public Human createHuman() {
                return human;
        }

}
// 4.建造模式的核心 --- 指导者（Director,进行建造组装)
public class Director {
        
        public Human createHumanByDirecotr(IBuildHuman bh) {
                bh.buildBody();
                bh.buildFoot();
                bh.buildHand();
                bh.buildHead();
                return bh.createHuman();
        }
}
/***
* 创建型模式 ---- 建造者模式：
* 1.需要的对象定义：产品（Product）
* 2.定义需要对象应有的方法及返回对象的抽象方法  --- 建造者角色（Builder）
* 3.实现类实现抽象方法，进行建造 --- 具体创建者角色（ConcreteBuilder）
* 4.建造模式的核心 --- 指导者（Director）
* @author kxm
*/
public class BuildTest {
        public static void main(String[] args) {
                Director director = new Director();
                Human human = director.createHumanByDirecotr(new SmartManBuilder());
                Human humanAgain = director.createHumanByDirecotr(new ActiveManBuilder());
                System.out.println(human);
                System.out.println(humanAgain);
        }
}

测试结果：
Human [head=头脑智商180, body=身体, hand=手, foot=脚]
Human [head=头脑智商180, body=身体无敌的运动员, hand=手, foot=脚]
结构型模式例子
适配器模式：
参考博客：https://www.cnblogs.com/V1haoge/p/6479118.html

适配器模式分为三种：类适配器，对象适配器，接口适配器

前两种的主要作用相当于生活中的真实适配器，如5v的充电器需要插入220v的电压，这里就需要适配器

另外一种是接口适配器，如MouseAdapter，我们只需要重写我们需要的方法，不需要的方法就不管它，可以大大减少我们的代码量，提高效率

类适配器：

比如，我们现在有USB标准接口，但是PS2也想插入用一下，直接使用是不行的，因此需要适配器

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public interface Usb {
        void isUsb();
}

public interface Ps2 {
        void isPs2();
}

public class Usber implements Usb {

        @Override
        public void isUsb() {
                System.out.println("USB口");
        }
}
创建适配器：

/***
* 类适配器实现思路: 适配器继承标准类，实现需要适配的接口，实现接口内方法即可
* @author kxm
*/
public class UsbAdapter extends Usber implements Ps2 {
        @Override
        public void isPs2() {
                super.isUsb();
        }
}
测试类：

/***
* 结构型模式：适配器模式 --- 类适配器
* Usb接口，Ps2接口，无法直接互相使用，因此通过类适配器的方式，进行适配
* 文章参考：https://www.cnblogs.com/V1haoge/p/6479118.html
* 
* 类适配器与对象适配器的使用场景一致，仅仅是实现手段稍有区别，二者主要用于如下场景：
* （1）想要使用一个已经存在的类，但是它却不符合现有的接口规范，导致无法直接去访问，这时创建一个适配器就能间接去访问这个类中的方法
* （2）我们有一个类，想将其设计为可重用的类（可被多处访问），我们可以创建适配器来将这个类来适配其他没有提供合适接口的类
* @author kxm
*/
public class TestAdapter {
         public static void main(String[] args) {
                Ps2 ps2 = new UsbAdapter();
                ps2.isPs2();
        }
}

测试结果：
USB口 ---- 可以发现，我们调用的是Ps2的接口方法，返回的是Usb口，达到了适配的目的
对象适配器：

由于类适配器写好之后就只能针对一个类使用，因此衍生出对象适配器，代码变化不大，主要是适配器有所变化

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/***
* 对象适配器实现思路: 适配器实现被适配的接口，通过构造方法获取到标准对象，再把需要被适配的方法重写，替换成标准方法
* @author kxm
*/
public class UsbObjectAdapter implements Ps2 {
        private Usber usb;
        public UsbObjectAdapter(Usber usber) {
                this.usb = usber;
        }
        @Override
        public void isPs2() {
                usb.isUsb();
        }
}
测试类：

public class TestObjectAdapter {
        public static void main(String[] args) {
                Usber usber = new Usber();
                Ps2 ps2 = new UsbObjectAdapter(usber);
                ps2.isPs2();
        }
}

结果：USB口
接口适配器 --- 用来减少代码量，提高可读性：

public interface A {
        void a();
        void b();
        void c();
        void d();
        void e();
        void f();
}
/****
* 抽象类适配接口，实现空方法
* @author kxm
*/
public abstract class Adapter implements A {

        @Override
        public void a() {
                // TODO Auto-generated method stub
                
        }

        @Override
        public void b() {
                // TODO Auto-generated method stub
                
        }

        @Override
        public void c() {
                // TODO Auto-generated method stub
                
        }

        @Override
        public void d() {
                // TODO Auto-generated method stub
                
        }

        @Override
        public void e() {
                // TODO Auto-generated method stub
                
        }

        @Override
        public void f() {
                // TODO Auto-generated method stub
                
        }
}
// 真正的工具类想要使用时，继承适配器类，只需要重写我们需要的方法即可
public class Ashili extends Adapter {
        public void a(){
                System.out.println("实现A方法被调用");
        }
}
/***
* 接口适配器模式
* 原理：通过抽象类来实现适配，用来减少不必要代码的效果 --- MouseAdapter
* 
* 接口适配器使用场景：
* （1）想要使用接口中的某个或某些方法，但是接口中有太多方法，
*  我们要使用时必须实现接口并实现其中的所有方法，可以使用抽象类来实现接口，
*  并不对方法进行实现（仅置空），然后我们再继承这个抽象类来通过重写想用的方法的方式来实现。这个抽象类就是适配器。
*  
*  好处：不需要完全实现内部的所有方法，只需要选择有需要的去使用
* @author kxm
*/
public class Test {

        public static void main(String[] args) {
                Ashili ashili = new Ashili();
                ashili.a();
                ashili.b();
                ashili.c();
        }
}

测试结果：
实现A方法被调用
代理模式
代理模式分为静态代理，JDK动态代理，CGLIB动态代理，三种方式，代理模式是Spring中面向切面编程的核心

静态代理：

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// 定义普通接口
public interface Subject {
        public void shopping();
}

// 普通实现类实现接口
public class SuperMan implements Subject {
        @Override
        public void shopping() {
                System.out.println("超人要去购物了~~~");
        }
}

// 代理类 --- 代理SuperMan这个类，增强其方法，控制其访问
public class Proxy implements Subject {

        private SuperMan superman;
        public Proxy(SuperMan superMan) {
                this.superman = superMan;
        }
        
        @Override
        public void shopping() {
                //代购之前要做的事情
        System.out.println("做大量的商品专业评估");
        System.out.println("==========代理之前==========");
        superman.shopping();//被代理人真正的业务
        System.out.println("==========代理之后==========");
        //代购之后要做的事情
        System.out.println("代购之后的客户满意度调查");         
        }
}        

// 测试类
/***
* 结构型模式： 代理模式 --- 静态代理
* 主要的思路就是把，继承同一的接口的类A，放到继承接口的类B中调用，在调用前后可以加上新的方法
* 
* Java中线程的设计就使用了静态代理设计模式，其中自定义线程类实现Runable接口，
* Thread类也实现了Runalbe接口，在创建子线程的时候，
* 传入了自定义线程类的引用，再通过调用start()方法，调用自定义线程对象的run()方法。实现了线程的并发执行。
* 
* @author kxm 
*/
public class TestProxy {
        public static void main(String[] args) {
                SuperMan superMan = new SuperMan();
                Subject subject = new Proxy(superMan);
                subject.shopping();
        }
}

测试结果：
做大量的商品专业评估
==========方法调用之前==========
超人要去购物了~~~
==========方法调用之后==========
代购之后的客户满意度调查
JDK动态代理：

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// 普通接口
public interface UserService {
        void saveUser();
}

// 普通实现
public class UserServiceImpl implements UserService {
        @Override
    public void saveUser() {
        System.out.println("调用 saveUser() 方法");
    }
}

// 代理类 --- 进行JDK动态代理 注意Proxy.newProxyInstance()方法的参数
// 参数是：被代理的类加载器，接口，重写InvocationHandler方法
public class MyProxyUtil {
        public static UserService getProxyByJDK(UserService service) {
                UserService userService = (UserService) Proxy.newProxyInstance(service.getClass().getClassLoader(),
                                service.getClass().getInterfaces(),
                                new InvocationHandler() {
                                        @Override
                                        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                                                System.out.println("记录日志-开始");
                                                Object obj = method.invoke(service, args);
                                                System.out.println("记录日志-结束");
                                                return obj;
                                        }
                                });
                return userService;
        }
}

// 测试类
/***
* 通过JDK动态代理技术，还有一种是CGLIB动态代理，详情见Spring中的代码
* @author kxm
*/
public class Test {
        public static void main(String[] args) {
                // 创建目标对象
                UserService userService = new UserServiceImpl();
                // 生成代理对象
                UserService proxy = MyProxyUtil.getProxyByJDK(userService);
                // 调用目标对象方法
                userService.saveUser();
                System.out.println("===================================");
                // 调用代理对象方法
                proxy.saveUser();
        }
}

测试结果：
调用 saveUser() 方法
===================================
记录日志-开始
调用 saveUser() 方法
记录日志-结束
行为型模式例子
模板方法模式：
参考博客:https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/54910518

模板方法模式简单来说，就是定义一个公共模板，比如说，我要做菜，做炒空心菜和蒜蓉两种菜，做这两种菜的步骤是不完全一样，但是重复的步骤有很多的过程，因此我可以定义一个炒菜模板，如下：

[Java] 纯文本查看 复制代码

public abstract class TemplateClass {

        // 模板方法，用来控制炒菜的流程 （炒菜的流程是一样的-复用）
        // 申明为final，不希望子类覆盖这个方法，防止更改流程的执行顺序
        final void cookProcess() {
                // 第一步：倒油 --- 一样的
                this.pourOil();
                // 第二步：热油 --- 一样的
                this.HeatOil();
                // 第三步：倒蔬菜 -- 不一样
                this.pourVegetable();
                // 第四步：倒调味料 -- 不一样
                this.pourSauce();
                // 第五步：翻炒 --- 一样的
                this.fry();
        }

        // 定义结构里哪些方法是所有过程都是一样的可复用的，哪些是需要子类进行实现的
        // 第一步：倒油是一样的，所以直接实现
        void pourOil() {
                System.out.println("倒油");
        }

        // 第二步：热油是一样的，所以直接实现
        void HeatOil() {
                System.out.println("热油");
        }
        // 第三步：倒蔬菜是不一样的（一个下包菜，一个是下菜心）
        // 所以声明为抽象方法，具体由子类实现
        abstract void pourVegetable();

        // 第四步：倒调味料是不一样的（一个下辣椒，一个是下蒜蓉）
        // 所以声明为抽象方法，具体由子类实现
        abstract void pourSauce();

        // 第五步：翻炒是一样的，所以直接实现
        void fry() {
                System.out.println("炒啊炒啊炒到熟啊");
        }

}
炒包菜 --- 核心步骤中，蔬菜材料和调味料不同，因此如下：

// 继承模板抽象类，实现尚未实现的两种抽象方法
public class BaoCai extends TemplateClass {

        @Override
        void pourVegetable() {
                System.out.println("下锅的蔬菜是包菜");
        }

        @Override
        void pourSauce() {
                System.out.println("下锅的酱料是辣椒");
        }

}
炒蒜蓉 --- 核心步骤中，蔬菜材料和调味料不同，因此如下：

public class SuanRong extends TemplateClass {
        @Override
        void pourVegetable() {
                System.out.println("下锅的蔬菜是菜心");
        }
        @Override
        void pourSauce() {
                System.out.println("下锅的酱料是蒜蓉");
        }

}
测试类如下:

/***
* 行为型模式：模版方法模式
* 核心：抽象父类定义相同的部分，实现相同的方法，子类实现不同的部分
* 即：现在有炒菜这个公共行为，但是炒的两个菜不同，具体来说是蔬菜和佐料，不同，因此需要重写的也是这两个部分的方法
* 参考博客:https://blog.csdn.net/carson_ho/article/details/54910518
* @author kxm
*/
public class TestTemplate {

        public static void main(String[] args) {
                BaoCai baoCai = new BaoCai();
                SuanRong suanRong = new SuanRong();
                baoCai.cookProcess();
                System.out.println("================== 分割线  ===============");
                suanRong.cookProcess();
        }
}

测试结果：
倒油
热油
下锅的蔬菜是包菜
下锅的酱料是辣椒
炒啊炒啊炒到熟啊
================== 分割线 ===============
倒油
热油
下锅的蔬菜是菜心
下锅的酱料是蒜蓉
炒啊炒啊炒到熟啊
策略模式：
将算法的责任和本身进行解耦，使得：

算法可独立于使用外部而变化

客户端方便根据外部条件选择不同策略来解决不同问题

我们举一个销售策略的例子，在不同的时节，需要使用不同的销售方式，因此定义如下：

[Java] 纯文本查看 复制代码

// 定义接口方法
public abstract class Strategy {  
    public abstract void show();
}

//为春节准备的促销活动A
class StrategyA extends Strategy{
        @Override
        public void show() {
                System.out.println("为春节准备的促销活动A");
        }
}

//为中秋节准备的促销活动B
class StrategyB extends Strategy{
        @Override
        public void show() {
                System.out.println("为中秋节准备的促销活动B");
        }
}

//为圣诞节准备的促销活动C
class StrategyC extends Strategy{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("为圣诞节准备的促销活动C");
    }
}
定义销售人员选择策略：

public class SalesMan {
        //持有抽象策略角色的引用
    private Strategy strategy;
    //生成销售员实例时告诉销售员什么节日（构造方法）
    //使得让销售员根据传入的参数（节日）选择促销活动（这里使用一个简单的工厂模式）
    public  SalesMan(String festival) {
        switch ( festival) {
            //春节就使用春节促销活动
            case "A":
                strategy = new StrategyA();
                break;
            //中秋节就使用中秋节促销活动
            case "B":
                strategy = new StrategyB();
                break;
            //圣诞节就使用圣诞节促销活动
            case "C":
                strategy = new StrategyC();
                break;
        }
    }
    //向客户展示促销活动
    public void SalesManShow(){
        strategy.show();
    }
}

测试类展示效果：

[Java] 纯文本查看 复制代码

/***
* 行为型模式：策略模式
* 定义一系列算法，将每个算法封装到具有公共接口的一系列策略类中，
* 从而使它们可以相互替换 & 让算法可在不影响客户端的情况下发生变化
* 优点：
*    策略类之间可以自由切换
*    易于扩展
*    避免使用多重条件选择语句（if else），充分体现面向对象设计思想。
* 
* 参考文档:https://www.jianshu.com/p/0c62bf587b9c
* @author kxm
*/
public class StrategyPattern {
        public static void main(String[] args) {
                SalesMan mSalesMan ;
        //春节来了，使用春节促销活动
        System.out.println("对于春节：");
        mSalesMan = new SalesMan("A");
        mSalesMan.SalesManShow();
        
      //中秋节来了，使用中秋节促销活动
        System.out.println("对于中秋节：");
        mSalesMan =  new SalesMan("B");
        mSalesMan.SalesManShow();

        //圣诞节来了，使用圣诞节促销活动
        System.out.println("对于圣诞节：");
        mSalesMan =  new SalesMan("C");
        mSalesMan.SalesManShow();
        }
}

测试结果：
对于春节：
为春节准备的促销活动A
对于中秋节：
为中秋节准备的促销活动B
对于圣诞节：
为圣诞节准备的促销活动C
常用的七大设计模式就介绍到这里，之后还会继续深入，争取在实战中使用上，期待更新吧~

————本文转自CSDN

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