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（5）：

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（7）：

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（11）：

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。

 

一、创建模式（5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。

1 工厂模式

1.1 简单工厂模式

定义：定义了一个创建对象的类，由这个类来封装实例化对象的行为。

举例：（我们举一个pizza工厂的例子）

pizza工厂一共生产三种类型的pizza：chesse,pepper,greak。通过工厂类（SimplePizzaFactory）实例化这三种类型的对象。类图如下：

工厂类的代码：

public class SimplePizzaFactory {public Pizza CreatePizza(String ordertype) {Pizza pizza = null;if (ordertype.equals("cheese")) {pizza = new CheesePizza();}elseif (ordertype.equals("greek")) {pizza = new GreekPizza();}elseif (ordertype.equals("pepper")) {pizza = new PepperPizza();}return pizza;}
}

简单工厂存在的问题与解决方法： 简单工厂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，这违背了开闭原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？我们可以定义一个创建对象的抽象方法并创建多个不同的工厂类实现该抽象方法，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。这种方法也就是我们接下来要说的工厂方法模式。

1.2 工厂方法模式

定义：定义了一个创建对象的抽象方法，由子类决定要实例化的类。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。

举例：（我们依然举pizza工厂的例子，不过这个例子中，pizza产地有两个：伦敦和纽约）。添加了一个新的产地，如果用简单工厂模式的的话，我们要去修改工厂代码，并且会增加一堆的if else语句。而工厂方法模式克服了简单工厂要修改代码的缺点，它会直接创建两个工厂，纽约工厂和伦敦工厂。类图如下：

OrderPizza中有个抽象的方法：

abstract Pizza createPizza();

两个工厂类继承OrderPizza并实现抽象方法：

public class LDOrderPizza extends OrderPizza {Pizza createPizza(String ordertype) {Pizza pizza = null;if (ordertype.equals("cheese")) {pizza = new LDCheesePizza();}elseif (ordertype.equals("pepper")) {pizza = new LDPepperPizza();}return pizza;}
}public class NYOrderPizza extends OrderPizza {Pizza createPizza(String ordertype) {Pizza pizza = null;if (ordertype.equals("cheese")) {pizza = new NYCheesePizza();}elseif (ordertype.equals("pepper")) {pizza = new NYPepperPizza();}return pizza;}
}

通过不同的工厂会得到不同的实例化的对象，PizzaStroe的代码如下：

public class PizzaStroe {public static void main(String[] args) {OrderPizza mOrderPizza;mOrderPizza = new NYOrderPizza();}
}

解决了简单工厂模式的问题：增加一个新的pizza产地（北京），只要增加一个BJOrderPizza类：

public class BJOrderPizza extends OrderPizza {Pizza createPizza(String ordertype) {Pizza pizza = null;if (ordertype.equals("cheese")) {pizza = new LDCheesePizza();}elseif (ordertype.equals("pepper")) {pizza = new LDPepperPizza();}return pizza;}
}

其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能，只需做一个实现类就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

工厂方法存在的问题与解决方法：客户端需要创建类的具体的实例。简单来说就是用户要订纽约工厂的披萨，他必须去纽约工厂，想订伦敦工厂的披萨，必须去伦敦工厂。 当伦敦工厂和纽约工厂发生变化了，用户也要跟着变化，这无疑就增加了用户的操作复杂性。为了解决这一问题，我们可以把工厂类抽象为接口，用户只需要去找默认的工厂提出自己的需求（传入参数），便能得到自己想要产品，而不用根据产品去寻找不同的工厂，方便用户操作。这也就是我们接下来要说的抽象工厂模式。

​

1.3 抽象工厂模式

 定义：定义了一个接口用于创建相关或有依赖关系的对象族，而无需明确指定具体类。

举例：（我们依然举pizza工厂的例子，pizza工厂有两个：纽约工厂和伦敦工厂）。类图如下：

工厂的接口：

public interface AbsFactory {Pizza CreatePizza(String ordertype);
}

工厂的实现：

public class LDFactory implements AbsFactory {@Overridepublic Pizza CreatePizza(String ordertype) {Pizza pizza= null;if ("cheese".equals(ordertype)) {pizza = new LDCheesePizza();}elseif ("pepper".equals(ordertype)) {pizza = new LDPepperPizza();}return pizza;}
}

PizzaStroe的代码如下：

public class PizzaStroe {public static void main(String[] args) {OrderPizza mOrderPizza;mOrderPizza = new OrderPizza("London");}
}

解决了工厂方法模式的问题：在抽象工厂中PizzaStroe中只需要传入参数就可以实例化对象。

1.4 工厂模式适用的场合

大量的产品需要创建，并且这些产品具有共同的接口 。

1.5  三种工厂模式的使用选择

简单工厂 ： 用来生产同一等级结构中的任意产品。（不支持拓展增加产品）

工厂方法 ：用来生产同一等级结构中的固定产品。（支持拓展增加产品）   

抽象工厂 ：用来生产不同产品族的全部产品。（支持拓展增加产品；支持增加产品族）  

简单工厂的适用场合：只有伦敦工厂（只有这一个等级），并且这个工厂只生产三种类型的pizza：chesse,pepper,greak（固定产品）。

工厂方法的适用场合：现在不光有伦敦工厂，还增设了纽约工厂（仍然是同一等级结构，但是支持了产品的拓展），这两个工厂依然只生产三种类型的pizza：chesse,pepper,greak（固定产品）。

抽象工厂的适用场合：不光增设了纽约工厂（仍然是同一等级结构，但是支持了产品的拓展），这两个工厂还增加了一种新的类型的pizza：chinese pizza（增加产品族）。

所以说抽象工厂就像工厂，而工厂方法则像是工厂的一种产品生产线。因此，我们可以用抽象工厂模式创建工厂，而用工厂方法模式创建生产线。比如，我们可以使用抽象工厂模式创建伦敦工厂和纽约工厂，使用工厂方法实现cheese pizza和greak pizza的生产。类图如下：     

总结一下三种模式：

简单工厂模式就是建立一个实例化对象的类，在该类中对多个对象实例化。工厂方法模式是定义了一个创建对象的抽象方法，由子类决定要实例化的类。这样做的好处是再有新的类型的对象需要实例化只要增加子类即可。抽象工厂模式定义了一个接口用于创建对象族，而无需明确指定具体类。抽象工厂也是把对象的实例化交给了子类，即支持拓展。同时提供给客户端接口，避免了用户直接操作子类工厂。

 

2 ​单例模式​

定义：确保一个类最多只有一个实例，并提供一个全局访问点

单例模式可以分为两种：预加载和懒加载

2.1 预加载

顾名思义，就是预先加载。再进一步解释就是还没有使用该单例对象，但是，该单例对象就已经被加载到内存了。

public class PreloadSingleton {public static PreloadSingleton instance = new PreloadSingleton();//其他的类无法实例化单例类的对象private PreloadSingleton() {}public static PreloadSingleton getInstance() {return instance;}
}

很明显，没有使用该单例对象，该对象就被加载到了内存，会造成内存的浪费。

2.2 懒加载

为了避免内存的浪费，我们可以采用懒加载，即用到该单例对象的时候再创建。

public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

2.3 单例模式和线程安全

（1）预加载只有一条语句return instance,这显然可以保证线程安全。但是，我们知道预加载会造成内存的浪费。

（2）懒加载不浪费内存，但是无法保证线程的安全。首先，if判断以及其内存执行代码是非原子性的。其次，new Singleton()无法保证执行的顺序性。

不满足原子性或者顺序性，线程肯定是不安全的，这是基本的常识，不再赘述。我主要讲一下为什么new Singleton()无法保证顺序性。

我们知道创建一个对象分三步:

memory = allocate();
// 1:初始化内存空间ctorInstance(memory);
// 2:初始化对象instance = memory();
// 3:设置instance指向刚分配的内存地址

jvm为了提高程序执行性能，会对没有依赖关系的代码进行重排序，上面2和3行代码可能被重新排序。我们用两个线程来说明线程是不安全的。线程A和线程B都创建对象。其中，A2和A3的重排序，将导致线程B在B1处判断出instance不为空，线程B接下来将访问instance引用的对象。此时，线程B将会访问到一个还未初始化的对象（线程不安全）。

2.4 保证懒加载的线程安全

我们首先想到的就是使用synchronized关键字。synchronized加载getInstace()函数上确实保证了线程的安全。但是，如果要经常的调用getInstance()方法，不管有没有初始化实例，都会唤醒和阻塞线程。为了避免线程的上下文切换消耗大量时间，如果对象已经实例化了，我们没有必要再使用synchronized加锁，直接返回对象。

public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

我们把sychronized加在if(instance==null)判断语句里面，保证instance未实例化的时候才加锁

public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

我们经过2.3的讨论知道new一个对象的代码是无法保证顺序性的，因此，我们需要使用另一个关键字volatile保证对象实例化过程的顺序性。

public class Singleton {private static volatile Singleton instance= null;private Singleton() {}public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (instance) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

到此，我们就保证了懒加载的线程安全。

3 生成器模式

定义：封装一个复杂对象构造过程，并允许按步骤构造。

定义解释： 我们可以将生成器模式理解为，假设我们有一个对象需要建立，这个对象是由多个组件（Component）组合而成，每个组件的建立都比较复杂，但运用组件来建立所需的对象非常简单，所以我们就可以将构建复杂组件的步骤与运用组件构建对象分离，使用builder模式可以建立。

3.1 模式的结构和代码示例

生成器模式结构中包括四种角色：

（1）产品(Product)：具体生产器要构造的复杂对象；

（2）抽象生成器(Bulider)：抽象生成器是一个接口，该接口除了为创建一个Product对象的各个组件定义了若干个方法之外，还要定义返回Product对象的方法（定义构造步骤）；

（3）具体生产器(ConcreteBuilder)：实现Builder接口的类，具体生成器将实现Builder接口所定义的方法（生产各个组件）；

（4）指挥者(Director)：指挥者是一个类，该类需要含有Builder接口声明的变量。指挥者的职责是负责向用户提供具体生成器，即指挥者将请求具体生成器类来构造用户所需要的Product对象，如果所请求的具体生成器成功地构造出Product对象，指挥者就可以让该具体生产器返回所构造的Product对象。（按照步骤组装部件，并返回Product）

举例：我们如果构建生成一台电脑，那么我们可能需要这么几个步骤（1）需要一个主机（2）需要一个显示器（3）需要一个键盘（4）需要一个鼠标

虽然我们具体在构建一台主机的时候，每个对象的实际步骤是不一样的，比如，有的对象构建了i7cpu的主机，有的对象构建了i5cpu的主机，有的对象构建了普通键盘，有的对象构建了机械键盘等。但不管怎样，你总是需要经过一个步骤就是构建一台主机，一台键盘。对于这个例子，我们就可以使用生成器模式来生成一台电脑，他需要通过多个步骤来生成。类图如下：

ComputerBuilder类定义构造步骤：

public abstract class ComputerBuilder {protected Computer computer;public Computer getComputer() {return computer;}public void buildComputer() {computer = new Computer();System.out.println("生成了一台电脑！！！");}public abstract void buildMaster();public abstract void buildScreen();public abstract void buildKeyboard();public abstract void buildMouse();public abstract void buildAudio();
}

HPComputerBuilder定义各个组件：

public class HPComputerBuilder extends ComputerBuilder {@Overridepublic void buildMaster() {// TODO Auto-generated method stubcomputer.setMaster("i7,16g,512SSD,1060");System.out.println("(i7,16g,512SSD,1060)的惠普主机");}@Overridepublic void buildScreen() {// TODO Auto-generated method stubcomputer.setScreen("1080p");System.out.println("(1080p)的惠普显示屏");}@Overridepublic void buildKeyboard() {// TODO Auto-generated method stubcomputer.setKeyboard("cherry 青轴机械键盘");System.out.println("(cherry 青轴机械键盘)的键盘");}@Overridepublic void buildMouse() {// TODO Auto-generated method stubcomputer.setMouse("MI 鼠标");System.out.println("(MI 鼠标)的鼠标");}@Overridepublic void buildAudio() {// TODO Auto-generated method stubcomputer.setAudio("飞利浦 音响");System.out.println("(飞利浦 音响)的音响");}
}

Director类对组件进行组装并生成产品

public class Director {private ComputerBuilder computerBuilder;public void setComputerBuilder(ComputerBuilder computerBuilder) {this.computerBuilder = computerBuilder;}public Computer getComputer() {return computerBuilder.getComputer();}public void constructComputer() {computerBuilder.buildComputer();computerBuilder.buildMaster();computerBuilder.buildScreen();computerBuilder.buildKeyboard();computerBuilder.buildMouse();computerBuilder.buildAudio();}
}

3.2 生成器模式的优缺点

优点

• 将一个对象分解为各个组件

• 将对象组件的构造封装起来

• 可以控制整个对象的生成过程

缺点

• 对不同类型的对象需要实现不同的具体构造器的类，这可能回答大大增加类的数量

3.3 生成器模式与工厂模式的不同

生成器模式构建对象的时候，对象通常构建的过程中需要多个步骤，就像我们例子中的先有主机，再有显示屏，再有鼠标等等，生成器模式的作用就是将这些复杂的构建过程封装起来。工厂模式构建对象的时候通常就只有一个步骤，调用一个工厂方法就可以生成一个对象。

4​ 原型模式​

定义：通过复制现有实例来创建新的实例，无需知道相应类的信息。

简单地理解，其实就是当需要创建一个指定的对象时，我们刚好有一个这样的对象，但是又不能直接使用，我会clone一个一毛一样的新对象来使用；基本上这就是原型模式。关键字：Clone。

4.1 深拷贝和浅拷贝

浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。

深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。clone明显是深复制，clone出来的对象是是不能去影响原型对象的

4.2 原型模式的结构和代码示例

Client：使用者

Prototype：接口（抽象类），声明具备clone能力，例如java中得Cloneable接口

ConcretePrototype：具体的原型类

可以看出设计模式还是比较简单的，重点在于Prototype接口和Prototype接口的实现类ConcretePrototype。原型模式的具体实现：一个原型类，只需要实现Cloneable接口，覆写clone方法，此处clone方法可以改成任意的名称，因为Cloneable接口是个空接口，你可以任意定义实现类的方法名，如cloneA或者cloneB，因为此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法。

public class Prototype implements Cloneable {public Object clone() throws CloneNotSupportedException {Prototype proto= (Prototype) super.clone();return proto;}
}

举例（银行发送大量邮件，使用clone和不使用clone的时间对比）：我们模拟创建一个对象需要耗费比较长的时间，因此，在构造函数中我们让当前线程sleep一会

public Mail(EventTemplate et) {this.tail = et.geteventContent();this.subject = et.geteventSubject();try {Thread.sleep(1000);}catch(InterruptedException e) {// TODO Auto-generated catch blocke.printStackTrace();}}

不使用clone,发送十个邮件

public static void main(String[] args) {int i = 0;int MAX_COUNT = 10;EventTemplate et = new EventTemplate("9月份信用卡账单", "国庆抽奖活动...");long start = System.currentTimeMillis();while (i < MAX_COUNT) {// 以下是每封邮件不同的地方Mail mail = new Mail(et);mail.setContent(getRandString(5) + ",先生（女士）:你的信用卡账单..." + mail.getTail());mail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8) + ".com");// 然后发送邮件sendMail(mail);i++;}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("用时:" + (end - start));
}

用时：10001

使用clone,发送十个邮件

public static void main(String[] args) {int i = 0;int MAX_COUNT = 10;EventTemplate et = new EventTemplate("9月份信用卡账单", "国庆抽奖活动...");long start = System.currentTimeMillis();Mail mail = new Mail(et);while (i < MAX_COUNT) {Mail cloneMail = mail.clone();mail.setContent(getRandString(5) + ",先生（女士）:你的信用卡账单..." + mail.getTail());mail.setReceiver(getRandString(5) + "@" + getRandString(8) + ".com");sendMail(cloneMail);i++;}long end = System.currentTimeMillis();System.out.println("用时:" + (end - start));
}

用时：1001

4.3 总结

原型模式的本质就是clone，可以解决构建复杂对象的资源消耗问题，能再某些场景中提升构建对象的效率；还有一个重要的用途就是保护性拷贝，可以通过返回一个拷贝对象的形式，实现只读的限制。

二、结构模式（7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。​

 

5 适配器模式

定义： 适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。

主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。

5.1 类适配器模式

通过多重继承目标接口和被适配者类方式来实现适配

举例(将USB接口转为VGA接口)，类图如下：

USBImpl的代码：

public class USBImpl implements USB {@Overridepublic void showPPT() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("PPT内容演示");}
}

AdatperUSB2VGA 首先继承USBImpl获取USB的功能，其次，实现VGA接口，表示该类的类型为VGA。

public class AdapterUSB2VGA extends USBImpl implements VGA {@Overridepublic void projection() {super.showPPT();}}

Projector将USB映射为VGA，只有VGA接口才可以连接上投影仪进行投影

public class Projector<T> {public void projection(T t) {if (t instanceof VGA) {System.out.println("开始投影");VGA v = new VGAImpl();v = (VGA) t;v.projection();}else {System.out.println("接口不匹配，无法投影");}}
}

test代码

@Test 
public void test2() {//通过适配器创建一个VGA对象，这个适配器实际是使用的是USB的showPPT()方法VGA a = new AdapterUSB2VGA();//进行投影Projector p1 = new Projector();p1.projection(a);
}

5.2 对象适配器模式

对象适配器和类适配器使用了不同的方法实现适配，对象适配器使用组合，类适配器使用继承。

举例(将USB接口转为VGA接口)，类图如下：

public class AdapterUSB2VGA implements VGA {USB u = new USBImpl();@Overridepublic void projection() {u.showPPT();}
}

实现VGA接口，表示适配器类是VGA类型的，适配器方法中直接使用USB对象。

5.3 接口适配器模式

当不需要全部实现接口提供的方法时，可先设计一个抽象类实现接口，并为该接口中每个方法提供一个默认实现（空方法），那么该抽象类的子类可有选择地覆盖父类的某些方法来实现需求，它适用于一个接口不想使用其所有的方法的情况。

举例(将USB接口转为VGA接口，VGA中的b()和c()不会被实现)，类图如下：

AdapterUSB2VGA抽象类

public abstract class AdapterUSB2VGA implements VGA {USB u = new USBImpl();@Overridepublic void projection() {u.showPPT();}@Overridepublic void b() {}@Overridepublic void c() {}
}

AdapterUSB2VGA实现，不用去实现b()和c()方法。

public class AdapterUSB2VGAImpl extends AdapterUSB2VGA {public void projection() {super.projection();}
}

5.4 总结

总结一下三种适配器模式的应用场景：

类适配器模式：当希望将一个类转换成满足另一个新接口的类时，可以使用类的适配器模式，创建一个新类，继承原有的类，实现新的接口即可。

对象适配器模式：当希望将一个对象转换成满足另一个新接口的对象时，可以创建一个Wrapper类，持有原类的一个实例，在Wrapper类的方法中，调用实例的方法就行。

接口适配器模式：当不希望实现一个接口中所有的方法时，可以创建一个抽象类Wrapper，实现所有方法，我们写别的类的时候，继承抽象类即可。

命名规则：

我个人理解，三种命名方式，是根据 src是以怎样的形式给到Adapter（在Adapter里的形式）来命名的。 

类适配器，以类给到，在Adapter里，就是将src当做类，继承， 

对象适配器，以对象给到，在Adapter里，将src作为一个对象，持有。 

接口适配器，以接口给到，在Adapter里，将src作为一个接口，实现。

使用选择：

根据合成复用原则，组合大于继承。因此，类的适配器模式应该少用。

 

6 装饰者模式

定义：动态的将新功能附加到对象上。在对象功能扩展方面，它比继承更有弹性。

6.1 装饰者模式结构图与代码示例

1.Component（被装饰对象的基类）

   定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。

2.ConcreteComponent（具体被装饰对象）

   定义一个对象，可以给这个对象添加一些职责。

3.Decorator（装饰者抽象类）

   维持一个指向Component实例的引用，并定义一个与Component接口一致的接口。

4.ConcreteDecorator（具体装饰者）

   具体的装饰对象，给内部持有的具体被装饰对象，增加具体的职责。

被装饰对象和修饰者继承自同一个超类

举例(咖啡馆订单项目：1）、咖啡种类：Espresso、ShortBlack、LongBlack、Decaf2）、调料（装饰者）：Milk、Soy、Chocolate)，类图如下：

被装饰的对象和装饰者都继承自同一个超类

public abstract class Drink {public String description="";private float price=0f;;public void setDescription(String description){this.description=description;}public String getDescription(){return description+"-"+this.getPrice();}public float getPrice(){return price;}public void setPrice(float price){this.price=price;}public abstract float cost();}

被装饰的对象，不用去改造。原来怎么样写，现在还是怎么写。

public  class Coffee extends Drink {@Overridepublic float cost() {// TODO Auto-generated method stubreturn super.getPrice();}}

coffee类的实现

public class Decaf extends Coffee {public Decaf(){super.setDescription("Decaf");super.setPrice(3.0f);}}

装饰者

装饰者不仅要考虑自身，还要考虑被它修饰的对象，它是在被修饰的对象上继续添加修饰。例如，咖啡里面加牛奶，再加巧克力。加糖后价格为coffee+milk。再加牛奶价格为coffee+milk+chocolate。

public class Decorator extends Drink {private Drink Obj;public Decorator(Drink Obj) {this.Obj = Obj;};@Overridepublic float cost() {// TODO Auto-generated method stubreturn super.getPrice() + Obj.cost();}@Overridepublic String getDescription() {return super.description + "-" + super.getPrice() + "&&" + Obj.getDescription();}}

装饰者实例化（加牛奶）。这里面要对被修饰的对象进行实例化。

public class Milk extends Decorator {public Milk(Drink Obj) {          super(Obj);// TODO Auto-generated constructor stubsuper.setDescription("Milk");super.setPrice(2.0f);}}

coffee店：初始化一个被修饰对象，修饰者实例需要对被修改者实例化，才能对具体的被修饰者进行修饰。

public class CoffeeBar {public static void main(String[] args) {Drink order;order = new Decaf();System.out.println("order1 price:" + order.cost());System.out.println("order1 desc:" + order.getDescription());System.out.println("****************");order = new LongBlack();order = new Milk(order);order = new Chocolate(order);order = new Chocolate(order);System.out.println("order2 price:" + order.cost());System.out.println("order2 desc:" + order.getDescription());}}

6.2 总结

装饰者和被装饰者之间必须是一样的类型,也就是要有共同的超类。在这里应用继承并不是实现方法的复制,而是实现类型的匹配。因为装饰者和被装饰者是同一个类型,因此装饰者可以取代被装饰者,这样就使被装饰者拥有了装饰者独有的行为。根据装饰者模式的理念,我们可以在任何时候,实现新的装饰者增加新的行为。如果是用继承,每当需要增加新的行为时,就要修改原程序了。

 

 

7 代理模式

定义：代理模式给某一个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对原对象的引用。通俗的来讲代理模式就是我们生活中常见的中介。

举个例子来说明：假如说我现在想买一辆二手车，虽然我可以自己去找车源，做质量检测等一系列的车辆过户流程，但是这确实太浪费我得时间和精力了。我只是想买一辆车而已为什么我还要额外做这么多事呢？于是我就通过中介公司来买车，他们来给我找车源，帮我办理车辆过户流程，我只是负责选择自己喜欢的车，然后付钱就可以了。用图表示如下：

7.1 为什么要用代理模式？

中介隔离作用：在某些情况下，一个客户类不想或者不能直接引用一个委托对象，而代理类对象可以在客户类和委托对象之间起到中介的作用，其特征是代理类和委托类实现相同的接口。

开闭原则，增加功能：代理类除了是客户类和委托类的中介之外，我们还可以通过给代理类增加额外的功能来扩展委托类的功能，这样做我们只需要修改代理类而不需要再修改委托类，符合代码设计的开闭原则。代理类主要负责为委托类预处理消息、过滤消息、把消息转发给委托类，以及事后对返回结果的处理等。代理类本身并不真正实现服务，而是同过调用委托类的相关方法，来提供特定的服务。真正的业务功能还是由委托类来实现，但是可以在业务功能执行的前后加入一些公共的服务。例如我们想给项目加入缓存、日志这些功能，我们就可以使用代理类来完成，而没必要打开已经封装好的委托类。

代理模式分为三类：1. 静态代理 2. 动态代理 3. CGLIB代理

7.2 静态代理

举例(买房），类图如下：

第一步：创建服务类接口

public interface BuyHouse {void buyHosue();}

第二步：实现服务接口

public class BuyHouseImpl implements BuyHouse {@Overridepublic void buyHosue() {System.out.println("我要买房");}}

第三步：创建代理类

public class BuyHouseProxy implements BuyHouse {private BuyHouse buyHouse;public BuyHouseProxy(final BuyHouse buyHouse) {this.buyHouse = buyHouse;}@Overridepublic void buyHosue() {System.out.println("买房前准备");buyHouse.buyHosue();System.out.println("买房后装修");}}

总结：

优点：可以做到在符合开闭原则的情况下对目标对象进行功能扩展。

缺点： 代理对象与目标对象要实现相同的接口，我们得为每一个服务都得创建代理类，工作量太大，不易管理。同时接口一旦发生改变，代理类也得相应修改。 

7.3 动态代理

动态代理有以下特点:

1.代理对象,不需要实现接口

2.代理对象的生成,是利用JDK的API,动态的在内存中构建代理对象(需要我们指定创建代理对象/目标对象实现的接口的类型)

代理类不用再实现接口了。但是，要求被代理对象必须有接口。

动态代理实现：

Java.lang.reflect.Proxy类可以直接生成一个代理对象

• Proxy.newProxyInstance(ClassLoader loader, Class<?>[] interfaces, InvocationHandler h)生成一个代理对象

  • 参数1:ClassLoader loader 代理对象的类加载器 一般使用被代理对象的类加载器

  • 参数2:Class<?>[] interfaces 代理对象的要实现的接口 一般使用的被代理对象实现的接口

  • 参数3:InvocationHandler h (接口)执行处理类

• InvocationHandler中的invoke(Object proxy, Method method, Object[] args)方法：调用代理类的任何方法，此方法都会执行

  • 参数3.1:代理对象(慎用)

  • 参数3.2:当前执行的方法

  • 参数3.3:当前执行的方法运行时传递过来的参数

第一步：编写动态处理器

public class DynamicProxyHandler implements InvocationHandler {private Object object;public DynamicProxyHandler(final Object object) {this.object = object;}@Overridepublic Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {System.out.println("买房前准备");Object result = method.invoke(object, args);System.out.println("买房后装修");return result;}}

第二步：编写测试类

public class DynamicProxyTest {public static void main(String[] args) {BuyHouse buyHouse = new BuyHouseImpl();BuyHouse proxyBuyHouse = (BuyHouse) Proxy.newProxyInstance(BuyHouse.class.getClassLoader(), newClass[]{BuyHouse.class}, new DynamicProxyHandler(buyHouse));proxyBuyHouse.buyHosue();}}

动态代理总结：虽然相对于静态代理，动态代理大大减少了我们的开发任务，同时减少了对业务接口的依赖，降低了耦合度。但是还是有一点点小小的遗憾之处，那就是它始终无法摆脱仅支持interface代理的桎梏（我们要使用被代理的对象的接口），因为它的设计注定了这个遗憾。

7.4 CGLIB代理

CGLIB 原理：动态生成一个要代理类的子类，子类重写要代理的类的所有不是final的方法。在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑。它比使用java反射的JDK动态代理要快。

CGLIB 底层：使用字节码处理框架ASM，来转换字节码并生成新的类。不鼓励直接使用ASM，因为它要求你必须对JVM内部结构包括class文件的格式和指令集都很熟悉。

CGLIB缺点：对于final方法，无法进行代理。

CGLIB的实现步骤：

第一步：建立拦截器

public Object intercept(Object object, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {System.out.println("买房前准备");Object result = methodProxy.invoke(object, args);System.out.println("买房后装修");return result;}

参数：Object为由CGLib动态生成的代理类实例，Method为上文中实体类所调用的被代理的方法引用，Object[]为参数值列表，MethodProxy为生成的代理类对方法的代理引用。

返回：从代理实例的方法调用返回的值。

其中，proxy.invokeSuper(obj,arg) 调用代理类实例上的proxy方法的父类方法（即实体类TargetObject中对应的方法）

第二步： 生成动态代理类

public class CglibProxy implements MethodInterceptor {private Object target;public Object getInstance(final Object target) {this.target = target;Enhancer enhancer = new Enhancer();enhancer.setSuperclass(this.target.getClass());enhancer.setCallback(this);return enhancer.create();}public Object intercept(Object object, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {System.out.println("买房前准备");Object result = methodProxy.invoke(object, args);System.out.println("买房后装修");return result;}}

这里Enhancer类是CGLib中的一个字节码增强器，它可以方便的对你想要处理的类进行扩展，以后会经常看到它。

首先将被代理类TargetObject设置成父类，然后设置拦截器TargetInterceptor，最后执行enhancer.create()动态生成一个代理类，并从Object强制转型成父类型TargetObject。

第三步：测试

public class CglibProxyTest {public static void main(String[] args){BuyHouse buyHouse = new BuyHouseImpl();CglibProxy cglibProxy = new CglibProxy();BuyHouseImpl buyHouseCglibProxy = (BuyHouseImpl) cglibProxy.getInstance(buyHouse);buyHouseCglibProxy.buyHosue();}}

CGLIB代理总结： CGLIB创建的动态代理对象比JDK创建的动态代理对象的性能更高，但是CGLIB创建代理对象时所花费的时间却比JDK多得多。所以对于单例的对象，因为无需频繁创建对象，用CGLIB合适，反之使用JDK方式要更为合适一些。同时由于CGLib由于是采用动态创建子类的方法，对于final修饰的方法无法进行代理。

8 外观模式

定义： 隐藏了系统的复杂性，并向客户端提供了一个可以访问系统的接口。

8.1 模式结构和代码示例

简单来说，该模式就是把一些复杂的流程封装成一个接口供给外部用户更简单的使用。这个模式中，设计到3个角色。

　　1）.门面角色：外观模式的核心。它被客户角色调用，它熟悉子系统的功能。内部根据客户角色的需求预定了几种功能的组合。（客户调用，同时自身调用子系统功能）

　　2）.子系统角色:实现了子系统的功能。它对客户角色和Facade时未知的。它内部可以有系统内的相互交互，也可以由供外界调用的接口。（实现具体功能）

　　3）.客户角色:通过调用Facede来完成要实现的功能（调用门面角色）。

举例（每个Computer都有CPU、Memory、Disk。在Computer开启和关闭的时候，相应的部件也会开启和关闭），类图如下：

首先是子系统类：

public class CPU {public void start() {System.out.println("cpu is start...");}public void shutDown() {System.out.println("CPU is shutDown...");}}public class Disk {public void start() {System.out.println("Disk is start...");}public void shutDown() {System.out.println("Disk is shutDown...");}}public class Memory {public void start() {System.out.println("Memory is start...");}public void shutDown() {System.out.println("Memory is shutDown...");}}

然后是，门面类Facade

public class Computer {private CPU cpu;private Memory memory;private Disk disk;public Computer() {cpu = new CPU();memory = new Memory();disk = new Disk();}public void start() {System.out.println("Computer start begin");cpu.start();disk.start();memory.start();System.out.println("Computer start end");}public void shutDown() {System.out.println("Computer shutDown begin");cpu.shutDown();disk.shutDown();memory.shutDown();System.out.println("Computer shutDown end...");}}

最后为，客户角色

public class Client {public static void main(String[] args) {Computer computer = new Computer();computer.start();System.out.println("=================");computer.shutDown();}}

8.2 优点

　　- 松散耦合

　　使得客户端和子系统之间解耦，让子系统内部的模块功能更容易扩展和维护；

　　- 简单易用

　　客户端根本不需要知道子系统内部的实现，或者根本不需要知道子系统内部的构成，它只需要跟Facade类交互即可。

　　- 更好的划分访问层次

   　有些方法是对系统外的，有些方法是系统内部相互交互的使用的。子系统把那些暴露给外部的功能集中到门面中，这样就可以实现客户端的使用，很好的隐藏了子系统内部的细节。

9 桥接模式

定义： 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

9.1 案例

看下图手机与手机软件的类图

增加一款新的手机软件，需要在所有手机品牌类下添加对应的手机软件类，当手机软件种类较多时，将导致类的个数急剧膨胀，难以维护

手机和手机中的软件是什么关系？

手机中的软件从本质上来说并不是一种手机，手机软件运行在手机中，是一种包含与被包含关系，而不是一种父与子或者说一般与特殊的关系，通过继承手机类实现手机软件类的设计是违反一般规律的。

如果Oppo手机实现了wifi功能，继承它的Oppo应用商城也会继承wifi功能，并且Oppo手机类的任何变动，都会影响其子类

换一种解决思路

从类图上看起来更像是手机软件类图，涉及到手机本身相关的功能，比如说：wifi功能，放到哪个类中实现呢？放到OppoAppStore中实现显然是不合适的

引起整个结构变化的元素有两个，一个是手机品牌，一个是手机软件，所以我们将这两个点抽出来，分别进行封装

9.2 桥接模式结构和代码示例

类图：

实现：

public interface Software {public void run();}public class AppStore implements Software {@Overridepublic void run() {System.out.println("run app store");}}public class Camera implements Software {@Overridepublic void run() {System.out.println("run camera");}}

抽象：

public abstract class Phone {protected Software software;public void setSoftware(Software software) {this.software = software;}public abstract void run();}public class Oppo extends Phone {@Overridepublic void run() {software.run();}}public class Vivo extends Phone {@Overridepublic void run() {software.run();}}

对比最初的设计，将抽象部分（手机）与它的实现部分（手机软件类）分离，将实现部分抽象成单独的类，使它们都可以独立地变化。整个类图看起来像一座桥，所以称为桥接模式

继承是一种强耦合关系，子类的实现与它的父类有非常紧密的依赖关系，父类的任何变化 都会导致子类发生变化，因此继承或者说强耦合关系严重影响了类的灵活性，并最终限制了可复用性

从桥接模式的设计上我们可以看出聚合是一种比继承要弱的关联关系，手机类和软件类都可独立的进行变化，不会互相影响

9.3 适用场景

桥接模式通常适用于以下场景。

1. 当一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展时。

2. 当一个系统不希望使用继承或因为多层次继承导致系统类的个数急剧增加时。

3. 当一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色之间增加更多的灵活性时。

9.4 优缺点

优点：

(1)在很多情况下，桥接模式可以取代多层继承方案，多层继承方案违背了“单一职责原则”，复用性较差，且类的个数非常多，桥接模式是比多层继承方案更好的解决方法，它极大减少了子类的个数。

(2)桥接模式提高了系统的可扩展性，在两个变化维度中任意扩展一个维度，都不需要修改原有系统，符合“开闭原则”。

缺点：

桥接模式的使用会增加系统的理解与设计难度，由于关联关系建立在抽象层，要求开发者一开始就针对抽象层进行设计与编程。

10 组合模式

定义：有时又叫作部分-整体模式，它是一种将对象组合成树状的层次结构的模式，用来表示“部分-整体”的关系，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。

意图：将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

主要解决：它在我们树型结构的问题中，模糊了简单元素和复杂元素的概念，客户程序可以向处理简单元素一样来处理复杂元素，从而使得客户程序与复杂元素的内部结构解耦。

何时使用： 1、您想表示对象的部分-整体层次结构（树形结构）。 2、您希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。

如何解决：树枝和叶子实现统一接口，树枝内部组合该接口。

关键代码：树枝内部组合该接口，并且含有内部属性 List，里面放 Component。

组合模式的主要优点有：

1. 组合模式使得客户端代码可以一致地处理单个对象和组合对象，无须关心自己处理的是单个对象，还是组合对象，这简化了客户端代码；

2. 更容易在组合体内加入新的对象，客户端不会因为加入了新的对象而更改源代码，满足“开闭原则”；

其主要缺点是：

1. 设计较复杂，客户端需要花更多时间理清类之间的层次关系；

2. 不容易限制容器中的构件；

3. 不容易用继承的方法来增加构件的新功能；

10.1 模式结构和代码示例

• 抽象构件（Component）角色：它的主要作用是为树叶构件和树枝构件声明公共接口，并实现它们的默认行为。在透明式的组合模式中抽象构件还声明访问和管理子类的接口；在安全式的组合模式中不声明访问和管理子类的接口，管理工作由树枝构件完成。

• 树叶构件（Leaf）角色：是组合中的叶节点对象，它没有子节点，用于实现抽象构件角色中 声明的公共接口。

• 树枝构件（Composite）角色：是组合中的分支节点对象，它有子节点。它实现了抽象构件角色中声明的接口，它的主要作用是存储和管理子部件，通常包含 Add()、Remove()、GetChild() 等方法

举例（访问一颗树），类图如下：

1 组件

public interface Component {public void add(Component c);public void remove(Component c);public Component getChild(int i);public void operation();}

2 叶子

public class Leaf implements Component{private String name;public Leaf(String name) {this.name = name;}@Overridepublic void add(Component c) {}@Overridepublic void remove(Component c) {}@Overridepublic Component getChild(int i) {// TODO Auto-generated method stubreturn null;}@Overridepublic void operation() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("树叶"+name+"：被访问！"); }}

3 树枝

public class Composite implements Component {private ArrayList<Component> children = new ArrayList<Component>();public void add(Component c) {children.add(c);}public void remove(Component c) {children.remove(c);}public Component getChild(int i) {return children.get(i);}public void operation() {for (Object obj : children) {((Component) obj).operation();}}}

 

11 享元模式

定义：通过共享的方式高效的支持大量细粒度的对象。

主要解决：在有大量对象时，有可能会造成内存溢出，我们把其中共同的部分抽象出来，如果有相同的业务请求，直接返回在内存中已有的对象，避免重新创建。

何时使用： 1、系统中有大量对象。 2、这些对象消耗大量内存。 3、这些对象的状态大部分可以外部化。 4、这些对象可以按照内蕴状态分为很多组，当把外蕴对象从对象中剔除出来时，每一组对象都可以用一个对象来代替。 5、系统不依赖于这些对象身份，这些对象是不可分辨的。

如何解决：用唯一标识码判断，如果在内存中有，则返回这个唯一标识码所标识的对象。

关键代码：用 HashMap 存储这些对象。

应用实例： 1、JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面。

优点：大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

简单来说，我们抽取出一个对象的外部状态（不能共享）和内部状态（可以共享）。然后根据外部状态的决定是否创建内部状态对象。内部状态对象是通过哈希表保存的，当外部状态相同的时候，不再重复的创建内部状态对象，从而减少要创建对象的数量。

11.1 享元模式的结构图和代码示例

1、Flyweight (享元抽象类)：一般是接口或者抽象类，定义了享元类的公共方法。这些方法可以分享内部状态的数据，也可以调用这些方法修改外部状态。

2、ConcreteFlyweight(具体享元类)：具体享元类实现了抽象享元类的方法，为享元对象开辟了内存空间来保存享元对象的内部数据，同时可以通过和单例模式结合只创建一个享元对象。

3、FlyweightFactory(享元工厂类)：享元工厂类创建并且管理享元类，享元工厂类针对享元类来进行编程，通过提供一个享元池来进行享元对象的管理。一般享元池设计成键值对，或者其他的存储结构来存储。当客户端进行享元对象的请求时，如果享元池中有对应的享元对象则直接返回对应的对象，否则工厂类创建对应的享元对象并保存到享元池。

举例（JAVA 中的 String，如果有则返回，如果没有则创建一个字符串保存在字符串缓存池里面）。类图如下：

（1）创建享元对象接口

public interface IFlyweight {void print();}

（2）创建具体享元对象

public class Flyweight implements IFlyweight {private String id;public Flyweight(String id){this.id = id;}@Overridepublic void print() {System.out.println("Flyweight.id = " + getId() + " ...");}public String getId() {return id;}}

（3）创建工厂，这里要特别注意，为了避免享元对象被重复创建，我们使用HashMap中的key值保证其唯一。

public class FlyweightFactory {private Map<String, IFlyweight> flyweightMap = new HashMap();public IFlyweight getFlyweight(String str){IFlyweight flyweight = flyweightMap.get(str);if(flyweight == null){flyweight = new Flyweight(str);flyweightMap.put(str, flyweight);}return  flyweight;}public int getFlyweightMapSize(){return flyweightMap.size();}}

（4）测试，我们创建三个字符串，但是只会产生两个享元对象

public class MainTest {public static void main(String[] args) {FlyweightFactory flyweightFactory = new FlyweightFactory();IFlyweight flyweight1 = flyweightFactory.getFlyweight("A");IFlyweight flyweight2 = flyweightFactory.getFlyweight("B");IFlyweight flyweight3 = flyweightFactory.getFlyweight("A");flyweight1.print();flyweight2.print();flyweight3.print();System.out.println(flyweightFactory.getFlyweightMapSize());}}

 

三、关系模式（11种）

先来张图，看看这11中模式的关系：

第一类：通过父类与子类的关系进行实现。

第二类：两个类之间。

第三类：类的状态。

第四类：通过中间类

12 策略模式

定义： 策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。

意图：定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。

主要解决：在有多种算法相似的情况下，使用 if...else 所带来的复杂和难以维护。

何时使用：一个系统有许多许多类，而区分它们的只是他们直接的行为。

如何解决：将这些算法封装成一个一个的类，任意地替换。

关键代码：实现同一个接口。

优点： 1、算法可以自由切换。 2、避免使用多重条件判断。 3、扩展性良好。

缺点： 1、策略类会增多。 2、所有策略类都需要对外暴露。

12.1 策略模式结构和示例代码

抽象策略角色: 这个是一个抽象的角色，通常情况下使用接口或者抽象类去实现。对比来说，就是我们的Comparator接口。

具体策略角色: 包装了具体的算法和行为。对比来说，就是实现了Comparator接口的实现一组实现类。 

环境角色: 内部会持有一个抽象角色的引用，给客户端调用。

举例如下（ 实现一个加减的功能），类图如下：

1、定义抽象策略角色

public interface Strategy {public int calc(int num1,int num2);}

2、定义具体策略角色

public class AddStrategy implements Strategy {@Overridepublic int calc(int num1, int num2) {// TODO Auto-generated method stubreturn num1 + num2;}}public class SubstractStrategy implements Strategy {@Overridepublic int calc(int num1, int num2) {// TODO Auto-generated method stubreturn num1 - num2;}}

3、环境角色

public class Environment {private Strategy strategy;public Environment(Strategy strategy) {this.strategy = strategy;}public int calculate(int a, int b) {return strategy.calc(a, b);}}

4、测试

public class MainTest {public static void main(String[] args) {Environment environment=new Environment(new AddStrategy());int result=environment.calculate(20, 5);System.out.println(result);Environment environment1=new Environment(new SubstractStrategy());int result1=environment1.calculate(20, 5);System.out.println(result1);}}

 

13 模板模式

定义：定义一个操作中算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中，模板方法使得子类可以不改变算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

通俗点的理解就是 ：完成一件事情，有固定的数个步骤，但是每个步骤根据对象的不同，而实现细节不同；就可以在父类中定义一个完成该事情的总方法，按照完成事件需要的步骤去调用其每个步骤的实现方法。每个步骤的具体实现，由子类完成。

13.1 模式结构和代码示例

抽象父类（AbstractClass）：实现了模板方法，定义了算法的骨架。

具体类（ConcreteClass)：实现抽象类中的抽象方法，即不同的对象的具体实现细节。

举例（ 我们做菜可以分为三个步骤 （1）备料 （2）具体做菜 （3）盛菜端给客人享用，这三部就是算法的骨架 ；然而做不同菜需要的料，做的方法，以及如何盛装给客人享用都是不同的这个就是不同的实现细节。）。类图如下：

a. 先来写一个抽象的做菜父类： 

public abstract class Dish {    /*** 具体的整个过程*/protected void dodish(){this.preparation();this.doing();this.carriedDishes();}/*** 备料*/public abstract void preparation();/*** 做菜*/public abstract void doing();/*** 上菜*/public abstract void carriedDishes ();}

b. 下来做两个番茄炒蛋（EggsWithTomato）和红烧肉（Bouilli）实现父类中的抽象方法

public class EggsWithTomato extends Dish {@Overridepublic void preparation() {System.out.println("洗并切西红柿，打鸡蛋。");}