几种常用的设计模式介绍

第1页，共21页几种常用的设计模式介绍1.设计模式的起源最早提出“设计模式”概念的是建筑设计大师亚力山大Alexander。在1970年他的《建筑的永恒之道》里描述了投计模式的发现，因为它已经存在了千百年之久，而现代才被通过大量的研究而被发现。在《建筑的永恒之道》里这样描述：模式是一条由三个部分组成的通用规则：它表示了一个特定环境、一类问题和一个解决方案之间的关系。每一个模式描述了一个不断重复发生的问题，以及该问题解决方案的核心设计。在他的另一本书《建筑模式语言》中提到了现在已经定义了253种模式。比如：说明城市主要的结构：亚文化区的镶嵌、分散的工作点、城市的魅力、地方交通区住宅团组：户型混合、公共性的程度、住宅团组、联排式住宅、丘状住宅、老人天地室内环境和室外环境、阴和阳总是一气呵成针对住宅：夫妻的领域、儿童的领域、朝东的卧室、农家的厨房、私家的沿街露台、个人居室、起居空间的序列、多床卧室、浴室、大储藏室针对办公室、车间和公共建筑物：灵活办公空间、共同进餐、共同小组、宾至如归、等候场所、小会议室、半私密办公室尽管亚力山大的著作是针对建筑领域的，但他的观点实际上适用于所有的工程设计领域，其中也包括软件设计领域。“软件设计模式”，这个术语是在1990年代由ErichGamma等人从建筑设计领域引入到计算机科学中来的。目前主要有23种。2.软件设计模式的分类2.1.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。2.2.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、桥接模式、组合器模式、装饰器模式、门面模式、亨元模式和代理模式。2.3.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、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、策略模式、模板模式和访问者模式。第2页，共21页3.常见设计模式介绍3.1.单例模式(singleton)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。publicclassSingleton{publicstaticvoidmain(String[]args){//创建Singleton对象不能通过构造器，只能通过getInstance方法Singletons1=Singleton.getInstance();Singletons2=Singleton.getInstance();//将输出trueSystem.out.println(s1==s2);}//使用一个变量来缓存曾经创建的实例privatestaticSingletoninstance;//将构造器使用private修饰，隐藏该构造器privateSingleton(){System.out.println(Singleton被构造！);}//提供一个静态方法，用于返回Singleton实例//该方法可以加入自定义的控制，保证只产生一个Singleton对象publicstaticSingletongetInstance(){//如果instance为null，表明还不曾创建Singleton对象//如果instance不为null，则表明已经创建了Singleton对象，将不会执行该方法if(instance==null){//创建一个Singleton对象，并将其缓存起来instance=newSingleton();}returninstance;}}单例模式主要有如下两个优势：1)减少创建Java实例所带来的系统开销2)便于系统跟踪单个Java实例的生命周期、实例状态等。第3页，共21页3.2.简单工厂(StaticFactoryMethod)简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式，可以理解为是不同工厂模式的一个特殊实现。A实例调用B实例的方法，称为A依赖于B。如果使用new关键字来创建一个B实例（硬编码耦合），然后调用B实例的方法。一旦系统需要重构：需要使用C类来代替B类时，程序不得不改写A类代码。而用工厂模式则不需要关心B对象的实现、创建过程。对象接口对象工厂客户端Output，接口publicinterfaceOutput{//接口里定义的属性只能是常量intMAX_CACHE_LINE=50;//接口里定义的只能是public的抽象实例方法voidout();voidgetData(Stringmsg);}Printer，Output的一个实现//让Printer类实现OutputpublicclassPrinterimplementsOutput{privateString[]printData=newString[MAX_CACHE_LINE];//用以记录当前需打印的作业数privateintdataNum=0;publicvoidout(){//只要还有作业，继续打印while(dataNum0){System.out.println(打印机打印：+printData[0]);//把作业队列整体前移一位，并将剩下的作业数减1System.arraycopy(printData,1,printData,0,--dataNum);}}publicvoidgetData(Stringmsg){第4页，共21页if(dataNum=MAX_CACHE_LINE){System.out.println(输出队列已满，添加失败);}else{//把打印数据添加到队列里，已保存数据的数量加1。printData[dataNum++]=msg;}}}BetterPrinter，Output的一个实现publicclassBetterPrinterimplementsOutput{privateString[]printData=newString[MAX_CACHE_LINE*2];//用以记录当前需打印的作业数privateintdataNum=0;publicvoidout(){//只要还有作业，继续打印while(dataNum0){System.out.println(高速打印机正在打印：+printData[0]);//把作业队列整体前移一位，并将剩下的作业数减1System.arraycopy(printData,1,printData,0,--dataNum);}}publicvoidgetData(Stringmsg){if(dataNum=MAX_CACHE_LINE*2){System.out.println(输出队列已满，添加失败);}else{//把打印数据添加到队列里，已保存数据的数量加1。printData[dataNum++]=msg;}}}OutputFactory，简单工厂类publicOutputgetPrinterOutput(Stringtype){if(type.equalsIgnoreCase(better)){returnnewBetterPrinter();第5页，共21页}else{returnnewPrinter();}}ComputerpublicclassComputer{privateOutputout;publicComputer(Outputout){this.out=out;}//定义一个模拟获取字符串输入的方法publicvoidkeyIn(Stringmsg){out.getData(msg);}//定义一个模拟打印的方法publicvoidprint(){out.out();}publicstaticvoidmain(String[]args){//创建OutputFactoryOutputFactoryof=newOutputFactory();//将Output对象传入，创建Computer对象Computerc=newComputer(of.getPrinterOutput(normal));c.keyIn(建筑永恒之道);c.keyIn(建筑模式语言);c.print();c=newComputer(of.getPrinterOutput(better));c.keyIn(建筑永恒之道);c.keyIn(建筑模式语言);c.print();}使用简单工厂模式的优势：让对象的调用者和对象创建过程分离，当对象调用者需要对象时，直接向工厂请求即可。从而避免了对象的调用者与对象的实现类以硬编码方式耦合，以提高系统的可维护性、可扩展性。工厂模式也有一个小小的缺陷：当产品修改时，工厂类也要做相应的修改。第6页，共21页3.3.工厂方法(FactoryMethod)和抽象工厂(AbstractFactory)如果我们不想在工厂类中进行逻辑判断，程序可以为不同产品类提供不同的工厂，不同的工厂类和产不同的产品。当使用工厂方法设计模式时，对象调用者需要与具体的工厂类耦合，如：//工厂类的定义1publicclassBetterPrinterFactoryimplementsOutputFactory{publicOutputgetOutput(){//该工厂只负责产生BetterPrinter对象returnnewBetterPrinter();}}//工厂类的定义2publicclassPrinterFactoryimplementsOutputFactory{publicOutputgetOutput(){//该工厂只负责产生Printer对象returnnewPrinter();}}//工厂类的调用//OutputFactoryof=newBetterPrinterFactory();OutputFactoryof=newPrinterFactory();Computerc=newComputer(of.getOutput());使用简单工厂类，需要在工厂类里做逻辑判断。而工厂类虽然不用在工厂类做判断。但是带来了另一种耦合：客户端代码与不同的工厂类耦合。为了解决客户端代码与不同工厂类耦合的问题。在工厂类的基础上再增加一个工厂类，该工厂类不制造具体的被调用对象，而是制造不同工厂对象。如：//抽象工厂类的定义，在工厂类的基础上再建一个工厂类publicclassOutputFactoryFactory{//仅定义一个方法用于返回输出设备。publicstaticOutputFactorygetOutputFactory(Stringtype){if(type.equalsIgnoreCase(better)){第7页，共21页returnnewBetterPrinterFactory();}else{returnnewPrinterFactory();}}}//抽象工厂类的调用OutputFactoryof=OutputFactoryFactory.getOutputFactory(better);Computerc=newComputer(of.getOutput());3.4.代理模式(Proxy)代理模式是一种应用非常广泛的设计模式，当客户端代码需要调用某个对象时，客户端实际上不关心是否准确得到该对象，它只要一个能提供该功能的对象即可，此时我们就可返回该对象的代理（Proxy）。原对象接口客户端原对象代理对象代理就是一个Java对象代表另一个Java对象来采取行动。如：publicclassImageProxyimplementsImage{//组合一个image实例，作为被代理的对象privateImageimage;//使用抽象实体来初始化代理对象publicImageProxy(Imageimage)