Java设计模式概览
设计模式是软件工程中的最佳实践，它们提供了解决特定问题的通用模板。在Java中，设计模式广泛应用于各种项目中，以提高代码的可维护性、可扩展性和可重用性。
创建型模式（Creational Patterns）
创建型模式涉及对象的创建过程，目的是创建对象时使程序的结构更加灵活。
- 单例模式（Singleton）：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
- 工厂方法模式（Factory Method）：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
- 抽象工厂模式（Abstract Factory）：创建相关或依赖对象的家族，而不需明确指定具体类。
- 建造者模式（Builder）：构建一个复杂的对象，并允许按步骤构造。
- 原型模式（Prototype）：通过拷贝现有实例创建新的实例，而不是通过新建。
结构型模式（Structural Patterns）
结构型模式涉及对象的组合，以获得更大的结构。
- 适配器模式（Adapter）：允许对象间的接口不兼容问题。
- 桥接模式（Bridge）：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。
- 组合模式（Composite）：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。
- 装饰器模式（Decorator）：动态地给一个对象添加额外的职责。
- 外观模式（Facade）：为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口。
- 享元模式（Flyweight）：通过共享来高效地支持大量细粒度的对象。
- 代理模式（Proxy）：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。
行为型模式（Behavioral Patterns）
行为型模式专门用于描述对象之间的通信。
- 责任链模式（Chain of Responsibility）：使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。
- 命令模式（Command）：将请求封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求对客户进行参数化。
- 解释器模式（Interpreter）：定义如何评估语言的语法或表达式。
- 迭代器模式（Iterator）：顺序访问一个聚合对象中的各个元素，不暴露其内部表示。
- 中介者模式（Mediator）：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。
- 备忘录模式（Memento）：在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。
- 观察者模式（Observer）：对象间的一种一对多的依赖关系。
- 状态模式（State）：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。
- 策略模式（Strategy）：定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并使它们可相互替换。
- 模板方法模式（Template Method）：在方法中定义一个算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现。
- 访问者模式（Visitor）：为一个对象结构（如组合结构）增加新能力。
Java设计模式详解：常用模式及其应用
单例模式（Singleton Pattern）
定义
单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。
优势
- 全局访问点：整个应用中只有一个实例，易于控制和管理。
- 资源共享：可以作为全局资源共享的实例，如配置信息、线程池等。
应用实例
在Java中，Runtime类就是单例模式的一个例子，它提供了访问运行时环境的方法[16]。
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
工厂模式（Factory Pattern）
定义:工厂模式提供了一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
优势
解耦：将对象的创建和使用分离，降低系统的耦合度。
扩展性：增加新的类不需要修改现有的工厂类，只需新增一个具体产品类。
应用实例
支付系统中，根据不同的支付方式创建不同的支付对象
public class PaymentFactory {
public static Payment createPayment(String type) {
switch (type) {
case "AliPay":
return new AliPay();
case "WeChatPay":
return new WeChatPay();
default:
throw new IllegalArgumentException("Unknown payment type");
}
}
}
建造者模式（Builder Pattern）
定义
建造者模式将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
优势
灵活性：客户端不必知道产品内部组成的细节。
复杂对象构建：将复杂对象的构建过程封装起来，提高代码的可读性和可维护性。
应用实例
构建一个电脑，可以选择不同的组件进行组装
public class Computer {
private String cpu;
private String memory;
// ...其他组件
public static class Builder {
private Computer computer = new Computer();
public Builder setCPU(String cpu) {
computer.cpu = cpu;
return this;
}
// ...设置其他组件
public Computer build() {
return computer;
}
}
}
原型模式（Prototype Pattern）
定义
原型模式使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。
优势
快速创建：通过复制现有对象来创建新对象，提高了创建对象的效率。
简化创建过程：客户端不需要知道对象的具体类。
应用实例
克隆一个对象，如在ArrayList中复制元素
public class Prototype implements Cloneable {
@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
适配器模式（Adapter Pattern）
定义
适配器模式将一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的类的兼容性问题。
优势
兼容性：使原本不兼容的接口可以一起工作。
代码复用：提高了类的复用性，不需要修改源代码。
应用实例
将一个类的接口适配成另一个接口，如电源适配器
interface Target {
void request();
}
class Adaptee {
public void specificRequest() {
// ...
}
}
class Adapter implements Target {
private Adaptee adaptee;
public Adapter(Adaptee adaptee) {
this.adaptee = adaptee;
}
@Override
public void request() {
adaptee.specificRequest();
}
}
命令模式（Command Pattern）
定义
命令模式将请求封装为一个对象，从而使用户可用不同的请求对客户进行参数化。
优势
解耦：请求的发送者和接收者之间的解耦。
扩展性：可以较容易地新增命令。
应用实例
简单的遥控器，可以执行不同的命令。
public interface Command {
void execute();
}
public class Light {
public void turnOn() { System.out.println("Light is on"); }
public void turnOff() { System.out.println("Light is off"); }
}
public class LightOnCommand implements Command {
private Light light;
public LightOnCommand(Light light) { this.light = light; }
public void execute() { light.turnOn(); }
}
public class RemoteControl {
private Command command;
public void setCommand(Command command) { this.command = command; }
public void pressButton() { command.execute(); }
}
责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）
定义
责任链模式使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。
优势
解耦：发送者和接收者之间的解耦。
动态分配：可以动态地添加或删除处理请求的节点。
应用实例
不同级别的审批流程。
public abstract class Approver {
protected Approver nextApprover;
public abstract void processRequest(float amount);
}
public class Manager extends Approver {
public void processRequest(float amount) {
if (amount < 10000) {
System.out.println("Manager processed the request");
} else {
nextApprover.processRequest(amount);
}
}
}
public class Director extends Approver {
public void processRequest(float amount) {
if (amount < 50000) {
System.out.println("Director processed the request");
} else {
nextApprover.processRequest(amount);
}
}
}
观察者模式（Observer Pattern）
定义
观察者模式定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象状态发生改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知。
优势
解耦：观察者和被观察者之间的解耦。
广播通信：被观察者会通知所有注册的观察者。
应用实例
股票市场，当股票价格变动时，所有订阅者都会收到通知。
public interface Observer {
void update(String message);
}
public interface Subject {
void register(Observer obj);
void unregister(Observer obj);
void notifyObservers();
}
public class Stock {
private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
private float price;
public void register(Observer obj) {
observers.add(obj);
}
public void unregister(Observer obj) {
observers.remove(obj);
}
public void notifyObservers() {
for (Observer obj : observers) {
obj.update("Stock price changed to: " + price);
}
}
public void setPrice(float price) {
this.price = price;
notifyObservers();
}
}
结论
设计模式是提高代码质量的重要工具，以上简单介绍了几个常见的设计模式，它们帮助我们编写出更易扩展、更具可读性的代码。了解和掌握这些模式，可以让Java开发者在面对复杂问题时，能够迅速找到合适的解决方案。