java常用的设计模式

标签：常用 java 对象子类适配器 Singleton 模式设计模式 Decorator

java的设计模式

一、单例模式

基本概念：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

常见写法：

1. 饿汉式

public class Singleton{
    
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    
    private Singleton(){
    }
    
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

调用：

Singleton.getInstance().method();

2. 懒汉式

public class Singleton {  

    /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */ 
    private static Singleton instance = null;  

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */ 
    private Singleton() {}  

    /* 1:懒汉式，静态工程方法，创建实例 */ 
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  

    protected void method() {  
        System.out.println("SingletonInner");  
    }
}

调用：

Singleton.getInstance().method();

优点：延迟加载（需要的时候才去加载）,适合单线程操作
缺点：线程不安全，在多线程中很容易出现不同步的情况，如在数据库对象进行的频繁读写操作时。

3. 双重线程检查模式

public class SingletonInner {  

    private static volatile SingletonInner sInst = null;  // <<< 这里添加了 volatile  
    
    /** 
     * 私有的构造函数 
     */ 
    private SingletonInner() {}  
   
    public static SingletonInner getInstance() {  
        if (inst == null) {
            synchronized (SingletonInner.class) {if (inst == null) {
                    sInst = new SingletonInner();
                }
            }
        }       
        return sInst;  
    }
    
    protected void method() {  
        System.out.println("SingletonInner");  
    }
    
}

调用：

Singleton.getInstance().method();

优点：线程安全，支持延时加载，调用效率高
缺点：写法复杂，不简洁

4. 内部类的实现

public class SingletonInner {  

    /** 
     * 内部类实现单例模式 
     * 延迟加载，减少内存开销   
     */
    private static class SingletonHolder {  
        private static SingletonInner instance = new SingletonInner();  
    }
    
    /** 
     * 私有的构造函数 
     */ 
    private SingletonInner() {}  

    public static SingletonInner getInstance() {  
        return SingletonHolder.instance;  
    }

    protected void method() {  
        System.out.println("SingletonInner");  
    }  
    
}

调用：

Singleton.getInstance().method();

优点：延迟加载，线程安全（java中class加载时互斥的），也减少了内存消耗，推荐使用内部类方式。

二、工厂模式

基本概念：为创建对象提供过渡接口，以便将创建对象的具体过程屏蔽隔离起来，达到提高灵活性的目的。

分为三类：

简单工厂模式 Simple Factory ：不利于产生系列产品；
工厂方法模式 Factory Method：又称为多形性工厂；
抽象工厂模式 Abstract Factory：又称为工具箱，产生产品族，但不利于产生新的产品；

这三种模式从上到下逐步抽象，并且更具一般性。GOF在《设计模式》一书中将工厂模式分为两类：工厂方法模式（Factory Method）与抽象工厂模式（Abstract Factory）。将简单工厂模式（Simple Factory）看为工厂方法模式的一种特例，两者归为一类。

简单工厂模式是由一个具体的类去创建其他类的实例，父类是相同的，父类是具体的。
工厂方法模式是有一个抽象的父类定义公共接口，子类负责生成具体的对象，这样做的目的是将类的实例化操作延迟到子类中完成。
抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定他们具体的类。它针对的是有多个产品的等级结构。而工厂方法模式针对的是一个产品的等级结构。

三、建造(Builder)模式

基本概念：是一种对象构建的设计模式，它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。

Builder模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们。用户不知道内部的具体构建细节。Builder模式是非常类似抽象工厂模式，细微的区别大概只有在反复使用中才能体会到。

Builder模式的应用

在Java实际使用中，我们经常用到"池"(Pool)的概念，当资源提供者无法提供足够的资源，并且这些资源需要被很多用户反复共享时，就需要使用池。"池"实际是一段内存，当池中有一些复杂的资源的"断肢"(比如数据库的连接池，也许有时一个连接会中断)，如果循环再利用这些"断肢"，将提高内存使用效率，提高池的性能。修改Builder模式中Director类使之能诊断"断肢"断在哪个部件上，再修复这个部件。

四、观察者模式

基本概念：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主题对象。这个主题对象在状态发生变化时，会通知所有观察者对象，使它们能够自动更新自己。观察者模式又叫发布-订阅(Publish/Subscribe)模式。

观察者模式何时适用？

当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一方面。将这二者封装在独立的对象中可以使他们各自独立地改变和复用。
当对一个对象的改变需要同时改变其它对象，而不知道具体由多少对象有待改变。
当一个对象必须通知其他对象，而它又不能假定其他对象是谁，换言之，你不希望这些对象是紧密耦合的。让耦合的双方都依赖于抽象，而不是依赖于具体。

五、配器(Adapter)模式

基本概念：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，从而使原本因接口不匹配而无法在一起工作的两个类能够在一起工作。

适配器模式的用途

用电器做例子，笔记本电脑的插头一般都是三相的，即除了阳极、阴极外，还有一个地极。而有些地方的电源插座却只有两极，没有地极。电源插座与笔记本电脑的电源插头不匹配使得笔记本电脑无法使用。这时候一个三相到两相的转换器（适配器）就能解决此问题，而这正像是本模式所做的事情。

适配器模式的结构
适配器模式有 类的适配器模式 和 对象的适配器模式 两种不同的形式。

类适配器和对象适配器的权衡

- 类适配器使用对象继承的方式，是静态的定义方式；而对象适配器使用对象组合的方式，是动态组合的方式。
- 对于类适配器由于适配器直接继承了Adaptee，使得适配器不能和Adaptee的子类一起工作，因为继承是静态的关系，当适配器继承了Adaptee后，就不可能再去处理 Adaptee的子类了。
- 对于对象适配器一个适配器可以把多种不同的源适配到同一个目标。换言之，同一个适配器可以把源类和它的子类都适配到目标接口。因为对象适配器采用的是对象组合的关系，只要对象类型正确，是不是子类都无所谓。
- 对于类适配器适配器可以重定义Adaptee的部分行为，相当于子类覆盖父类的部分实现方法。
- 对于对象适配器要重定义Adaptee的行为比较困难，这种情况下，需要定义Adaptee的子类来实现重定义，然后让适配器组合子类。虽然重定义Adaptee的行为比较困难，但是想要增加一些新的行为则方便的很，而且新增加的行为可同时适用于所有的源。
- 对于类适配器，仅仅引入了一个对象，并不需要额外的引用来间接得到Adaptee。
- 对于对象适配器，需要额外的引用来间接得到Adaptee。

建议尽量使用对象适配器的实现方式，多用合成或聚合、少用继承。当然，具体问题具体分析，根据需要来选用实现方式，最适合的才是最好的。

适配器模式的优点

- 更好的复用性：系统需要使用现有的类，而此类的接口不符合系统的需要。那么通过适配器模式就可以让这些功能得到更好的复用。
- 更好的扩展性：在实现适配器功能的时候，可以调用自己开发的功能，从而自然地扩展系统的功能。

适配器模式的缺点

　　过多的使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。比如，明明看到调用的是A接口，其实内部被适配成了B接口的实现，一个系统如果太多出现这种情况，无异于一场灾难。因此如果不是很有必要，可以不使用适配器，而是直接对系统进行重构。

六、代理模式

基本概念：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。也可以说，在出发点到目的地之间有一道中间层，意为代理。

为什么要使用

- 授权机制不同级别的用户对同一对象拥有不同的访问权利，如在论坛系统中，就使用Proxy进行授权机制控制，访问论坛有两种人：注册用户和游客(未注册用户)，论坛就通过类似ForumProxy这样的代理来控制这两种用户对论坛的访问权限。
- 某个客户端不能直接操作到某个对象，但又必须和那个对象有所互动。

举例两个具体情况：

- 如果那个对象是一个是很大的图片，需要花费很长时间才能显示出来，那么当这个图片包含在文档中时，使用编辑器或浏览器打开这个文档，打开文档必须很迅速，不能等待大图片处理完成，这时需要做个图片Proxy来代替真正的图片。
- 如果那个对象在Internet的某个远端服务器上，直接操作这个对象因为网络速度原因可能比较慢，那我们可以先用Proxy来代替那个对象。

总之原则是，对于开销很大的对象，只有在使用它时才创建，这个原则可以为我们节省很多宝贵的Java内存。所以，有些人认为Java耗费资源内存，我以为这和程序编制思路也有一定的关系。

凡是涉及到对论坛名称修改这一事件，其他程序都首先得和ForumProxy打交道，由ForumProxy决定是否有权限做某一样事情，ForumProxy是个名副其实的"网关"，"安全代理系统"。
在平时应用中，无可避免总要涉及到系统的授权或安全体系，不管你有无意识的使用Proxy，实际你已经在使用Proxy了。

七、装饰模式

基本概念：装饰模式(Decorator)，动态地给一个对象添加一些额外的职责，就增加功能来说，装饰模式比生成子类更为灵活。

上图是Decorator 模式的结构图,让我们可以进行更方便的描述:

- Component 是定义一个对象接口，可以给这些对象动态地添加职责。
- ConcreteComponent 是定义了一个具体的对象，也可以给这个对象添加一些职责。

Decorator是装饰抽象类，继承了Component,从外类来扩展Component类的功能，但对于Component来说，是无需知道Decorator存在的。ConcreteDecorator就是具体的装饰对象，起到给Component添加职责的功能。

Decorator 模式有以下的优缺点：

- 比静态继承更灵活与对象的静态继承相比，Decorator模式提供了更加灵活的向对象添加职责的方式，可以使用添加和分离的方法，用装饰在运行时刻增加和删除职责。使用继承机制增加职责需要创建一个新的子类，如果需要为原来所有的子类都添加功能的话，每个子类都需要重写，增加系统的复杂度，此外可以为一个特定的Component类提供多个Decorator，这种混合匹配是适用继承很难做到的。
- 避免在层次结构高层的类有太多的特征，Decorator模式提供了一种“即用即付”的方法来添加职责，他并不试图在一个复杂的可订制的类中支持所有可预见的特征，相反可以定义一个简单的类，并且用Decorator类给他逐渐的添加功能，从简单的部件组合出复杂的功能。
- Decorator 与它的Component不一样Decorator是一个透明的包装，如果我们从对象标识的观点出发，一个被装饰了的组件与这个组件是有差别的，因此使用装饰时不应该以来对象标识。
- 产生许多小对象，采用Decorator模式进行系统设计往往会产生许多看上去类似的小对象，这些对象仅仅在他们相互连接的方式上有所不同。

标签：常用,java,对象,子类,适配器,Singleton,模式,设计模式,Decorator
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