9.设计模式

1.单例模式

1.1 概念

简单点说，就是一个应用程序中，某个类的实例对象只有一个，你没有办法去new，因为构造器是被private修饰的，一般通过getInstance()的方法来获取它们的实例。

getInstance()的返回值是一个对象的引用，并不是一个新的实例，所以不要错误的理解成多个对象。

步骤1.
创建一个单例对象：


public class SingleObject {
 
   //创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){}
 
   //获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){
      return instance;
   }
 
   public void showMessage(){
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

步骤2.
从 singleton 类获取唯一的对象。


public class SingletonPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      //不合法的构造函数
      //编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
      //SingleObject object = new SingleObject();
 
      //获取唯一可用的对象
      SingleObject object = SingleObject.getInstance();
 
      //显示消息
      object.showMessage();
   }
}
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1.2 单例模式的几种实现方式

1、懒汉式，线程不安全
描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。


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

2、懒汉式，线程安全
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁)。


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

3、饿汉式
描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

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

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。


public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

5、登记式/静态内部类
描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。


public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
    return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

6、枚举
描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

2.观察者模式

2.1 概念

对象间一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。


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举个栗子：假设有三个人，小美（女，22），小王和小李。小美很漂亮，小王和小李是两个程序猿，时刻关注着小美的一举一动。有一天，小美说了一句：“谁来陪我打游戏啊。”这句话被小王和小李听到了，结果乐坏了，蹭蹭蹭，没一会儿，小王就冲到小美家门口了，在这里，小美是被观察者，小王和小李是观察者，被观察者发出一条信息，然后观察者们进行相应的处理，看代码：

public interface Person {
   //小王和小李通过这个接口可以接收到小美发过来的消息
   void getMessage(String s);
}

这个接口相当于小王和小李的电话号码，小美发送通知的时候就会拨打getMessage这个电话，拨打电话就是调用接口，看不懂没关系，先往下看

public class LaoWang implements Person {

   private String name = "小王";

   public LaoWang() {
   }

   @Override
   public void getMessage(String s) {
       System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：" + s);
   }
}

public class LaoLi implements Person {

   private String name = "小李";

   public LaoLi() {
   }

   @Override
   public void getMessage(String s) {
       System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：->" + s);
   }
}

代码很简单，我们再看看小美的代码：

public class XiaoMei {
   List<Person> list = new ArrayList<Person>();
    public XiaoMei(){
    }

    public void addPerson(Person person){
        list.add(person);
    }

    //遍历list，把自己的通知发送给所有暗恋自己的人
    public void notifyPerson() {
        for(Person person:list){
            person.getMessage("你们过来吧，谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!");
        }
    }
}

我们写一个测试类来看一下结果对不对

public class Test {
   public static void main(String[] args) {

       XiaoMei xiao_mei = new XiaoMei();
       LaoWang lao_wang = new LaoWang();
       LaoLi lao_li = new LaoLi();

       //小王和小李在小美那里都注册了一下
       xiao_mei.addPerson(lao_wang);
       xiao_mei.addPerson(lao_li);

       //小美向小王和小李发送通知
       xiao_mei.notifyPerson();
   }
}

3 装饰者模式

对已有的业务逻辑进一步的封装，使其增加额外的功能，如Java中的IO流就使用了装饰者模式，用户在使用的时候，可以任意组装，达到自己想要的效果。 举个栗子，我想吃三明治，首先我需要一根大大的香肠，我喜欢吃奶油，在香肠上面加一点奶油，再放一点蔬菜，最后再用两片面包夹一下，很丰盛的一顿午饭，营养又健康。（ps：不知道上海哪里有卖好吃的三明治的，求推荐～）那我们应该怎么来写代码呢？ 首先，我们需要写一个Food类，让其他所有食物都来继承这个类，看代码：

public class Food {

   private String food_name;

   public Food() {
   }

   public Food(String food_name) {
       this.food_name = food_name;
   }

   public String make() {
       return food_name;
   };
}

然后我们写几个子类继承它：

//面包类
public class Bread extends Food {

   private Food basic_food;

   public Bread(Food basic_food) {
       this.basic_food = basic_food;
   }

   public String make() {
       return basic_food.make()+"+面包";
   }
}

//奶油类
public class Cream extends Food {

   private Food basic_food;

   public Cream(Food basic_food) {
       this.basic_food = basic_food;
   }

   public String make() {
       return basic_food.make()+"+奶油";
   }
}

//蔬菜类
public class Vegetable extends Food {

   private Food basic_food;

   public Vegetable(Food basic_food) {
       this.basic_food = basic_food;
   }

   public String make() {
       return basic_food.make()+"+蔬菜";
   }

}

Test类:

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
       Food food = new Bread(new Vegetable(new Cream(new Food("香肠"))));
       System.out.println(food.make());
   }
}

4 适配器模式

将两种完全不同的事物联系到一起，就像现实生活中的变压器。假设一个手机充电器需要的电压是20V，但是正常的电压是220V，这时候就需要一个变压器，将220V的电压转换成20V的电压，这样，变压器就将20V的电压和手机联系起来了。

public class Test {
   public static void main(String[] args) {
       Phone phone = new Phone();
       VoltageAdapter adapter = new VoltageAdapter();
       phone.setAdapter(adapter);
       phone.charge();
   }
}

// 手机类
class Phone {

   public static final int V = 220;// 正常电压220v，是一个常量

   private VoltageAdapter adapter;

   // 充电
   public void charge() {
       adapter.changeVoltage();
   }

   public void setAdapter(VoltageAdapter adapter) {
       this.adapter = adapter;
   }
}

// 变压器
class VoltageAdapter {
   // 改变电压的功能
   public void changeVoltage() {
       System.out.println("正在充电...");
       System.out.println("原始电压：" + Phone.V + "V");
       System.out.println("经过变压器转换之后的电压:" + (Phone.V - 200) + "V");
   }
}

5 工厂模式

5.1 概念

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

5.2 介绍

意图：定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。

如何解决：让其子类实现工厂接口，返回的也是一个抽象的产品。

关键代码：创建过程在其子类执行。

应用实例： 1、您需要一辆汽车，可以直接从工厂里面提货，而不用去管这辆汽车是怎么做出来的，以及这个汽车里面的具体实现。 2、Hibernate 换数据库只需换方言和驱动就可以。

优点： 1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。 2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。 3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。

缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

使用场景： 1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。 2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。 3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。


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5.3 代码

步骤 1
创建一个接口:

public interface Shape {
   void draw();
}

步骤 2
创建实现接口的实体类。

public class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}


public class Square implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}


public class Circle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

步骤 3
创一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

public class ShapeFactory {
    
   //使用 getShape 方法获取形状类型的对象
   public Shape getShape(String shapeType){
      if(shapeType == null){
         return null;
      }        
      if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
         return new Circle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
         return new Rectangle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
         return new Square();
      }
      return null;
   }
}

步骤 4
使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。


public class FactoryPatternDemo {
 
   public static void main(String[] args) {
      ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();
 
      //获取 Circle 的对象，并调用它的 draw 方法
      Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
 
      //调用 Circle 的 draw 方法
      shape1.draw();
 
      //获取 Rectangle 的对象，并调用它的 draw 方法
      Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
 
      //调用 Rectangle 的 draw 方法
      shape2.draw();
 
      //获取 Square 的对象，并调用它的 draw 方法
      Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
 
      //调用 Square 的 draw 方法
      shape3.draw();
   }
}

6 代理模式（proxy）

https://www.jianshu.com/p/9bcac608c714

7 抽象工厂模式

7.1 概念

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

7.2 介绍

意图：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

主要解决：主要解决接口选择的问题。

何时使用：系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品。

如何解决：在一个产品族里面，定义多个产品。

关键代码：在一个工厂里聚合多个同类产品。

应用实例：工作了，为了参加一些聚会，肯定有两套或多套衣服吧，比如说有商务装（成套，一系列具体产品）、时尚装（成套，一系列具体产品），甚至对于一个家庭来说，可能有商务女装、商务男装、时尚女装、时尚男装，这些也都是成套的，即一系列具体产品。假设一种情况（现实中是不存在的，要不然，没法进入共产主义了，但有利于说明抽象工厂模式），在您的家中，某一个衣柜（具体工厂）只能存放某一种这样的衣服（成套，一系列具体产品），每次拿这种成套的衣服时也自然要从这个衣柜中取出了。用 OOP 的思想去理解，所有的衣柜（具体工厂）都是衣柜类的（抽象工厂）某一个，而每一件成套的衣服又包括具体的上衣（某一具体产品），裤子（某一具体产品），这些具体的上衣其实也都是上衣（抽象产品），具体的裤子也都是裤子（另一个抽象产品）。

优点：当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。

注意事项：产品族难扩展，产品等级易扩展。

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7.3 代码

步骤 1
为形状创建一个接口。

public interface Shape {
   void draw();
}

步骤 2
创建实现接口的实体类

class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}
class Square implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}
 class Circle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

步骤 3
为颜色创建一个接口。

public interface Color {
   void fill();
}

步骤4
创建实现接口的实体类。


class Red implements Color {
 
   @Override
   public void fill() {
      System.out.println("Inside Red::fill() method.");
   }
}

class Green implements Color {
 
   @Override
   public void fill() {
      System.out.println("Inside Green::fill() method.");
   }
}

class Blue implements Color {
 
   @Override
   public void fill() {
      System.out.println("Inside Blue::fill() method.");
   }
}

步骤 5
为 Color 和 Shape 对象创建抽象类来获取工厂。

public abstract class AbstractFactory {
   public abstract Color getColor(String color);
   public abstract Shape getShape(String shape) ;
}

步骤 6
创建扩展了 AbstractFactory 的工厂类，基于给定的信息生成实体类的对象。

public class ShapeFactory extends AbstractFactory {
    
   @Override
   public Shape getShape(String shapeType){
      if(shapeType == null){
         return null;
      }        
      if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
         return new Circle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
         return new Rectangle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
         return new Square();
      }
      return null;
   }
   
   @Override
   public Color getColor(String color) {
      return null;
   }
}


public class ColorFactory extends AbstractFactory {
    
   @Override
   public Shape getShape(String shapeType){
      return null;
   }
   
   @Override
   public Color getColor(String color) {
      if(color == null){
         return null;
      }        
      if(color.equalsIgnoreCase("RED")){
         return new Red();
      } else if(color.equalsIgnoreCase("GREEN")){
         return new Green();
      } else if(color.equalsIgnoreCase("BLUE")){
         return new Blue();
      }
      return null;
   }
}

步骤 7
创建一个工厂创造器/生成器类，通过传递形状或颜色信息来获取工厂。


public class FactoryProducer {
   public static AbstractFactory getFactory(String choice){
      if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){
         return new ShapeFactory();
      } else if(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){
         return new ColorFactory();
      }
      return null;
   }
}

步骤 8
使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

public class FactoryProducer {
   public static AbstractFactory getFactory(String choice){
      if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){
         return new ShapeFactory();
      } else if(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){
         return new ColorFactory();
      }
      return null;
   }
}

步骤 8
使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。


public class AbstractFactoryPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      //获取形状工厂
      AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");
 
      //获取形状为 Circle 的对象
      Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
 
      //调用 Circle 的 draw 方法
      shape1.draw();
 
      //获取形状为 Rectangle 的对象
      Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
 
      //调用 Rectangle 的 draw 方法
      shape2.draw();
      
      //获取形状为 Square 的对象
      Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
 
      //调用 Square 的 draw 方法
      shape3.draw();
 
      //获取颜色工厂
      AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");
 
      //获取颜色为 Red 的对象
      Color color1 = colorFactory.getColor("RED");
 
      //调用 Red 的 fill 方法
      color1.fill();
 
      //获取颜色为 Green 的对象
      Color color2 = colorFactory.getColor("Green");
 
      //调用 Green 的 fill 方法
      color2.fill();
 
      //获取颜色为 Blue 的对象
      Color color3 = colorFactory.getColor("BLUE");
 
      //调用 Blue 的 fill 方法
      color3.fill();
   }
}
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