23种设计模式详解

设计模式详解何谓设计模式在面向对象程序设计（OOP）过程中，我们经常会遇到很多重复出现的问题，总结解决这些问题的成功经验和最佳实践便形成了设计模式（DesignPattern）。其核心思想是将可重用的解决方案总结出来，并分门别类。从而指导设计，减少代码重复和优化体系结构。采用设计模式的益处重用，避免代码重复冗余优化体系结构提升系统的可维护性和弹性代码更加容易测试，利于测试驱动为性能优化提供便利使软件质量更加有保证增强代码可读性，便于团队交流有助于整体提升团队水平设计模式、重构和Antiparttern设计模式是成功经验和最佳实践的总结，指导设计人员采用正确精良的设计。重构（Refactor）专注于软件的渐进完善。通过消除重复冗余代码，并将存在体系结构缺陷的代码重新构建成符合设计模式的代码来达到设计精良软件的目的。Antiparttern与设计模式相反，是失败教训的总结。其澄清了许多设计中经常面临的陷阱和容易混淆的问题，能有效防止开发人员犯错误，从而做出正确选择。设计模式与UML设计模式是OOP的方法论，其内容描述基本是围绕对象的结构和协作关系设计。因此需要一种直观的模型将上述内容清晰地表示出来。统一建模语言（UML）是OOP的建模语言，其核心就是把软件的设计思想通过建模的方法表达出来。故非常适合于表达设计模式。同时UML已经被广泛用于软件设计，这也推动了设计模式的应用。设计模式分类Creationalpatterns帮助我们更好地组织创建对象的代码。增强弹性，以应付在不同情况下创建和初始化对象的代码变更。Structuralpatterns增强代码重用，优化对象结构，使其职责分明、粒度合适，以松耦合的体系结构来减低代码的rippling效应。Behavioralpatterns更好地定义对象间的协作关系，使复杂的程序流程变得清晰。CreationalPatternsTheFactoryPatternTheAbstractFactoryPatternTheSingletonPatternThePrototypePatternTheFactoryPatternFactory是最常见的设计模式之一，可帮助我们组织创建对象的代码，通常用于以下两种情况：创建复杂的对象，并进行初始化。根据不同的环境（输入参数），创建不同用途的对象。一般这些对象都是实现了相同的接口或继承于同一基类。Factory模式的JDBC应用OracleDataSource负责创建链接，由函数getConnection获取链接Factory模式应用于DAOXMLDB是XML数据库访问接口，针对Oracle和DB2分别提供了实现。XMLDB_DAOFactory为类工厂，根据输入的参数dbtype，创建不同的XMLDB实现类。更多的Factory模式应用例子Hibernate的SessionFactory，将数据库表和对象的映射关系写入XML格式的配置文件，然后由SessionFactory根据它来创建Session。EJB容器本身就是一个EJB的Factory。当客户端调用EJB的时候，由容器创建EJB供其使用。TheAbstractFactoryPattern在介绍AbstractFactory之前，先回顾下Factory模式的JDBC应用。由于很多系统需要访问不同的数据库，故在得到Connection之前要获取不同的DataSource。于是我们又遇到了Factory模式所要解决的问题：创建一个Factory来获取不同的DataSource。而DataSource本身又是一个Factory。由上述我们不难引出AbstractFactory的定义，就是用于创建Factory的Factory。其设计思想和Factory的完全一致，不过是一种特殊的Factory而已。AbstractFactory的EJB应用EJB容器需要支持多种数据库，每种不同的数据库有相应的DataSource。因此容器先根据部署文件里面的设置，创建各个DataSource，然后绑定到其目录服务中。使用DataSource的时候只要从目录服务中获取即可，故其充当了DataSource的AbstractFactory。实际上，EJB容器将所有资源（JMSFactory、EJBHome等）的Factory全绑定到了目录服务中，使用这些Factory的时候都是由目录服务获取，因此目录服务是所有资源Factory的AbstractFactory。TheSingletonPatternSingleton模式应用在系统中的某些对象有且只能有一个实例的情况下，也就是确保类只能实例化一次。很多类都是Singleton，例如Java语言里的System、Runtime和Math类，JDBC中的DriverManager等。Singleton模式的实现利用StaticClasses来实现。如Java语言中的System和Math类。结合Factory模式实现。由于Factory负责对象的创建，在其中实现Singleton更优雅且具弹性。此外，因多数Factory都要求只有一个实例，AbstractFactory的实现广泛采用了Singleton模式。ThePrototypePattern当创建对象非常耗费资源且复杂的时候，为避免重复对象的创建过程，而采用复制已有对象的副本（或重用已有对象）再作适当更改的方法来加快其创建速度。这便是Prototype模式。J2EE环境中，多数昂贵资源的创建都通过采用实例缓冲技术来实现Prototype模式。典型例子为JDBC的链接缓冲池。Prototype模式的应用Prototype模式对于昂贵的资源来说是非常有价值的，在J2EE环境里面得到广泛的应用。其实现多数是以实例缓冲的形式出现，且有不少开源项目专注与相关类库的开发。与Singleton模式类似，Prototype模式多数是结合Factory使用。如容器中的DataSource就具备链接缓冲的功能。小节Factory模式用于屏蔽对象的创建逻辑，根据输入的数据从相似的类中选择和返回相应类的实例。AbstractFactory模式是用于产生Factory的Factory。Singleton模式可确保系统中的某些类有且只有一个实例，并使其能全局访问。Prototype模式运用在创建新对象代价过高的环境下，通过重用已有对象达到节省资源和提高性能的目的。StructuralPatternsTheAdapterPatternTheCompositePatternTheDecoratorPatternTheFacadePatternTheProxyPatternTheAdapterPatternAdapter模式用于转换类的编程接口，将编程接口不同而功能相似的类用一个统一的接口封装起来。顾名思义，Adapter就是起到一个中转桥梁的作用。其思想也很简单，编写一个实现了统一接口的类，由其与编程接口相异的类打交道，从而达到屏蔽类编程细节的目的。Adapter模式的实现Adapter模式的实现方案通常有两种：类继承以需要适配的类为基础，派生一个子类，然后在子类中添加新的函数，实现制订的统一接口。类联合创建一个新的类，其中包含需要适配的类。然后给新类添加函数，实现制订的统一接口。Adapter模式实现和应用举例举一个简单的例子来说明Adapter的应用和实现。下面看到的是一个简单的Java程序，将左边列表中的字符串移到右边，或者反之。开始程序是用AWT类库实现的，而后来我们要将其改为JFC，因两个类库的功能类似，但是调用接口差异大，所以引入Adapter模式，避免变更波及整个程序。示例附图函数变更AWTListclassadd(String)remove(String)String[]getSelectedItems()JFCJListclass……Object[]getSelectedValues()TheCompositePattern编程中往往会遇到一个组件既可仅为一个单独的对象，也可用对象集合来表示的情况。这便是Composite模式的用武之地。典型的案例是树型结构数据，每个节点既可包含多个子节点，也可能是叶子节点。且各个节点一般是不同的类。为了将所有节点组织起来，从所有节点类中抽象出能表示其共性和树型结构的接口，这便是Composite。Composite模式举例以上为公司所有职位的结构图，每个员工可能有其下属，也包含了姓名和工资等共有的信息。如何将类组织起来，使其既能表达树型结构的组织关系，又可以表示出员工的共有信息，是Composite模式要解决的问题。Composite模式示例的实现综合树型结构表示所需函数以及员工的共有信息可以提取出以下抽象类（或接口）：publicabstractclassEmployee{publicfloatgetSalary(){...}publicStringgetName(){...}publicfloatgetSalaries(){...}publicabstractintgetTypeCode();publicabstractbooleanisLeaf();publicbooleanadd(Employeee){...}publicvoidremove(Employeee){...}publicEmployeegetChild(Strings){...}publicEnumerationelements(){...}}抽象类Employee的add、remove、getChild和elements体现了树型数据结构的基本操作，其它的属性为员工的共有信息。然后以之为基类，根据员工的职能派生出具体的实现类。Composite模式应用于DOMXML数据同样也可看成是树型结构，因此XML解释器将其由字符串转换成一种树型模型DOM。然后就可以基于DOM对XML进行数据提取、遍历及各种编辑操作。DOM是W3C制订的标准，完全基于Composite模式。其中所有节点都用Node接口表示，然后由其派生出Element,Text和Attribute等接口。DOM应用图例publicinterfaceNode{publicStringgetNodeName();publicshortgetNodeType();publicStringgetPrefix();...publicNodegetParentNode();publicbooleanhasChildNodes();publicNodeListgetChildNodes();publicNodeappendChild(NodenewChild);publicNoderemoveChild(NodeoldChild);publicNodeinsertBefore(NodenewChild,NoderefChild);...}TheDecoratorPatternDecorator模式为我们提供了一种无需创建派生类就能改变对象行为的方法。某个对象需要改变行为，添加附加的特性，多数情况下采用类继承是能够解决。比如当其需要三种不同的附加特性，可以为其创建三个派生类。但是若它还需要同时具有其中两种特性或者是各种特性的任意组合的时候，类继承的方法就不再适合了，Decorator模式则为解决之道。Decorator模式的实现使用类继承解决对象行为改变问题时，关键是在派生类中覆盖需要改变行为的函数。这实际上是一种拦截函数激发的方法，在函数激发前（或后）添加新的动作而实现行为变更。截获函数激发还可先将欲拦截的函数提取到一个基类或接口中。再针对各种动作分别实现相应的类。然后通过类的联合嵌套就能实现函数的拦截。且该方法能由改变类的嵌套来达到以任何特性的组合改变函数行为的目的。这便是Decorator模式实现方案。本质上看，这是一种关于函数拦截的设计模式。Decorator模式用于Java的I/OJava的I/O系统是完全构建在Decorator模式之上的。其使用方法和