GOF---Java开发中的23种设计模式详解

Z时代
2024-01-10
分类：综合

java

表点

设计模式（Design Patterns）

——可复用面向对象软件的基础

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。

一、设计模式的分类

总体来说设计模式分为三大类：

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。

结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。

行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

其实还有两类：并发型模式和线程池模式。

用一个图片来整体描述一下：

二、设计模式的六大原则

1、开闭原则（Open Close Principle）

开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。

5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

为什么叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。

6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

三、Java的23种设计模式

从这一块开始，我们详细介绍Java中23种设计模式的概念，应用场景等情况，并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。

1、工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式分为三种：

1.1、普通工厂模式，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。首先看下关系图：

举例如下：（我们举一个发送邮件和短信的例子）

Class :

package gof.factorymethod.commonfactorypattern;
/**
 * 1 创建二者的共同接口
 * @author lime
 *
 */
public interface Sender {
    void send();
}

Class :

package gof.factorymethod.commonfactorypattern;
/**
 * 2.1 创建实现类
 * @author lime
 *
 */
public class MailSender implements Sender{
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("This is mail sender");
    }
}

Class :

package gof.factorymethod.commonfactorypattern;
/**
 * 2.2 创建实现类
 * @author lime
 *
 */
public class SmsSender implements Sender{
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("This is sms sender");
    }
}

Class :

package gof.factorymethod.commonfactorypattern;
/**
 * 3 创建工厂类
 * @author lime
 *
 */
public class SendFactory {
    public Sender produce(String type){
        if("mail".equals(type)){
            return new MailSender();
        }else if("sms".equals(type)){
            return new SmsSender();
        }else{
            return null;
        }
    }
}

Class : TEST

package gof.factorymethod.commonfactorypattern;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SendFactory sendFactory = new SendFactory();
        Sender sender = sendFactory.produce("mail");
        sender.send();
    }
}

Console :

This is mail sender

1.2、多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。关系图：

将上面的代码做下修改，改动下SendFactory类就行，如下：

Class :

package gof.factorymethod.multifactorypattern;
/**
 * 3 创建工厂类
 * @author lime
 *
 */
public class SendFactory {
    public Sender produceMail(){
        return new MailSender();
    }
    public Sender produceSms(){
        return new SmsSender();
    }
}

Class :

package gof.factorymethod.multifactorypattern;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        SendFactory sendFactory = new SendFactory();
        Sender sender = sendFactory.produceMail();
        sender.send();
    }
}

Console :

This is mail sender

1.3、静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

Class :

package gof.factorymethod.staticfactorypattern;
/**
 * 3 创建工厂类
 * @author lime
 *
 */
public class SendFactory {
    public static Sender produceMail(){
        return new MailSender();
    }
    public static Sender produceSms(){
        return new SmsSender();
    }
}

Class :

package gof.factorymethod.staticfactorypattern;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Sender sender = SendFactory.produceMail();
        sender.send();
    }
}

Console :

This is mail sender

总体来说，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

2、抽象工厂模式（Abstract Factory）

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。因为抽象工厂不太好理解，我们先看看图，然后配合代码，就比较容易理解。

Class ：

package gof.abstractfactory;
/**
 * 1 
 * @author lime
 *
 */
public interface Sender {
    void send();
}

Class :

package gof.abstractfactory;
/**
 * 2
 * @author lime
 *
 */
public class SmsSender implements Sender {
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("This is sms sender");
    }
}

Class :

package gof.abstractfactory;
/**
 * 3 
 * @author lime
 *
 */
public class MailSender implements Sender {
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("This is mail sender");
    }
}

Class :

package gof.abstractfactory;
/**
 * 4
 * @author lime
 *
 */
public interface Provider {
    Sender produce();
}

Class :

package gof.abstractfactory;
/**
 * 5
 * @author lime
 *
 */
public class SmsSendFactory implements Provider{
    @Override
    public Sender produce() {
        return new SmsSender();
    }
}

Class :

package gof.abstractfactory;
/**
 * 6
 * @author lime
 *
 */
public class MailSendFactory implements Provider{
    @Override
    public Sender produce() {
        return new MailSender(); 
    }
}

Class :

package gof.abstractfactory;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Provider provider = new MailSendFactory();
        Sender sender = provider.produce();
        sender.send();
    }
}

Console :