常用的设计模式

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发布于: 2020 年 06 月 24 日
今天介绍常见的设计模式，以java预言为例。分别介绍单例模式、工厂模式、适配器模式、策略模式、模板方法模式、观察者模式、组合模式和装饰器模式。
1、单例模式顾名思义，单例模式确保一个类只有一个实例。要保证单实例，就不能让使用方调用构造方法，只能自行创建实例，并向系统提供这个实例。单例是最常见的设计模式之一，经常作为面试官手写代码的考察点。示例代码如下：
public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton{}{}
    public static Singleton getInstance() {
        return instance; 
    }
}  
由代码可以看出：
单例类只有一个实例。
单例类自己创建自己的唯一实例。       
单例类给提供自己创建的单一实例对象。
2、简单工厂模式简单工厂模式又叫静态工厂方法模式。它是由一个工厂对象决定创建出那一种产品类的实例，属于类的创建者模式。类图如下：
从图中可以看出， 简单工厂模式涉及到工厂角色、抽象产品角色以及具体产品角色等三个角色。
工厂类：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，含有与应用紧密相关的商业逻辑。工厂类在客户端的直接调用下创建产品对象，它往往由一个具体的java类实现。
抽象产品角色：担任这个角色的类是由工厂方法模式创建的对象的父类，或它们的共同拥有的接口。抽象产品角色可以用一个java接口或抽象类实现。
具体产品角色：工厂方法模式所创建的任何对象都是这个角色的实例，具体产品角色由一个java具体类实现。
3、适配器模式适配器模式把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口，从而使原本接口不匹配而无法在一起工作的两个类能够在一起工作。适配器模式有两种形式，分别是类的适配器和对象的适配器。
3.1、类的适配器模式类的适配器模式吧被适配的类的API转换成目标类的API。类图如下：
从上图中可以看出，Adaptee类并没有operation2()方法，而客户端则期待这个方法。为使客户端能够使用Adaptee类，提供一个中间环节，也就是Adapter, 把Adaptee的API与Target类的API衔接起来。Adapter与Adaptee是继承关系，这决定了这个适配器模式是类的。
3.2、对象适配器模式与类的适配器模式一样，对象的适配器模式把被适配的类的API转换成为目标类的API，与类的适配器模式不同的是，对象适配器模式不是使用继承关系连接到Adaptee类，而是使用委派关系连接到Adaptee类。类图如下：
由图可见，Adaptee类并没有operation2()方法，而客户端期待这个方法。为使客户端能够使用Adaptee类，需要提供一个包装类Adapter，这个类包装了一个Adaptee的实例，从而此包装类能够把Adaptee的API与Target类的API衔接起来。Adapter和Adaptee是委派关系，这决定了这个适配器模式是对象的。
4、策略模式策略模式属于对象的行为模式。其用意是针对一组算法，将每一个算法封装到具有共同接口的独立的类中，从而使它们可以相互替换。策略模式使得算法可以在不影响到客户端的情况下发生变化。
这个模式设计三个角色：
环境（Context）角色：持有一个Strategy类的引用。
抽象策略（Strategy）角色：这是一个抽象角色，通常由一个接口或者抽象类实现。此角色给出所有的具体策略类所需的接口。
具体策略（ConcreteStrategy）角色：包装了相关的算法或行为。
5、模板方法模式模板方法模式也是类的行为模式。准备一个抽象类，将部分逻辑以具体方法及构造器的形式实现，然后声明一些抽象方法来迫使子类实现剩余的逻辑。不同的子类可以以不同的方式实现这些抽象方法，从而对剩余的逻辑有不同的实现。模板方法是最常用的设计模式之一。
模板方法模式是基于集成的代码复用的基本技术，模板方法模式的结构和用法也是面向对象设计的核心。类图如下：
AbstractClass定义一个或多个抽象操作，以便让子类实现。这些抽象操作叫做基本操作或基本方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤；定义并实现了一个模板方法，这个模板方法一般是一个具体方法，它给出了一个顶级逻辑的骨架，而逻辑的组成步骤在相应的抽象操作中，推迟到子类实现。
ConcreteClass实现了父类定义的一个或多个抽象方法。它们是一个顶级逻辑的组成步骤。每一个抽象模板都可以有多个具体模板角色，而每一个具体模板都可以给出这些抽象方法的不同实现，从而使得顶级逻辑的实现各不相同。
6、观察者模式观察者模式是对象的行为模式。观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态上发生变化时，会通知所有的观察者对象，使它们能够自动更新自己。
从图中可以看出，观察者模式有以下角色：
抽象主题（Subject）角色：抽象主题提供一个接口，用来增加和删除观察者对象。
抽象观察者（Observer）角色：为所有的具体观察者定义一个接口，在得到主题的通知时更新自己。
具体主题（ConcreteSubject）角色：将有关状态存入具体观察者对象；在具体主题的内部状态改变时，给所有登记过的观察者发出通知。
具体观察者（ConcreteObserver）角色：存储与主题的状态自恰的状态。它实现抽象观察者角色所要求的更新接口，以便使本身的状态与主题的状态相协调。如果需要，具体观察者角色可以保持一个指向具体主题对象的引用。
示例代码：
/**
 * Subject接口
 */
public interface Subject {
  void attach(Observer observer);
  void detach(Observer observer);
  void notifyObservers();
}
/**
 *ConcreteSubject类
 */
public class ConcreteSubject implements Subject{
 	private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
  
  @Override
  public void attach(Observer observer) {
    observers.add(observer); 
  }
  
  @Override
  public void detach(Observer observer) {
    observers.remove(observer); 
  }
  
  @Override
  public void notifyObservers() {
    for (Observer ob : Observers) {
      ob.update(); 
    }
  }
}
/**
 * Observer接口
 */
public interface Observer {
  void update();
}
/**
 *ConcreteObserver类
 */
public class ConcreteObserver implements Observer {
  @Override
  public void update() {
    System.out.println("Hi， I am notified");
  } 
}
6.1、Java语音提供的对观察者模式的支持java提供了Observable和Observer接口，以对观察者模式支持。
Observer接口：这个接口提供了一个方法，即update()方法。当被观察对象的状态发生变化了，被观察者对象的notifyObservers()方法就会调用这个方法。
Observable接口：被观察者类都是这个类的子类。Observable提供了公开的方法支持观察者对象，这些方法中有两个方法对它的子类非常重要：一个是setChanged()，另一个是notifyObservers()。