设计模式

设计模式

  软件工程中，设计模式（design pattern）是对软件设计中普遍存在（反复出现）的各种问题，所提出的解决方案。这个术语是由埃里希·伽玛（Erich Gamma）等人，在1990年代从建筑设计领域引入到计算机科学的。设计模式是程序员在面对同类软件工程设计问题所总结出来的有用的经验。设计模式不是代码，而是某类问题的通用解决方案，代表了最佳的实践。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。设计模式的本质提高是软件的维护性，通用性和扩展性，并降低软件的复杂度。

设计模式的目的

  编写软件过程中，开发人员面临着来自耦合性，内聚性以及可维护性，可扩展性，重用性，灵活性等多方面的挑战，设计模式是为了让程序(软件)，具有更好的代码重用性、可读性、可扩展性、可靠性、使程序呈现高内聚，低耦合。
  设计模式的核心思想是：找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起；针对接口编程，而不是针对实现编程；为了交互对象之间的松耦合设计而努力。

设计模式七大原则

1.单一职责原则

  对类来说的，即一个类应该只负责一项职责。如类A负责两个不同职责：职责1，职责2。当职责1需求变更而改变A时，可能造成职责2执行错误，所以需要将类A的粒度分解为 A1，A2。
  降低类的复杂度，一个类只负责一项职责；提高类的可读性，可维护性；降低变更引起的风险。通常情况下，我们应当遵守单一职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反单一职责原则；只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则。

2.接口隔离原则

  按照接口隔离原则(Interface Segregation Principle)，客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
  类A通过接口Interface依赖类B，类C通过接Interface1依赖类D，如果接口Interface对于类A和类C来说不是最小接口，那么类B和类D必须去实现他们不需要的方法。
  按隔离原则应当这样处理：将接Interface拆分为独立的几个接口，类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则。

3.依赖倒转(倒置)原则

依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)是指：

• 1.高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
• 2.抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
• 3.依赖倒转(倒置)的中心思想是面向接口编程
• 4.依赖倒转原则是基于这样的设计理念：相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定的多。抽象指的是接口或抽象类，细节就是具体的实现类。
• 5.使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。

  低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有，程序稳定性更好，变量的声明类型尽量是抽象类或接口, 这样我们的变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化

4.里氏替换原则

  继承包含这样一层含义：父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约，但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏。
   继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加对象间的耦合性，如果一个类被其他的类所继承，则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障。

  在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法。里氏替换原则告诉我们，继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题。
  在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差特别是运行多态比较频繁的时候。通用的做法是：原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖，聚合，组合等关系代替。

5.开闭原则

开闭原则（Open Closed Principle）编程中最基础、最重要的设计原则
  一个软件实体如类，模块和函数应该对扩展开放（提供方），对修改关闭（使用方）。用抽象构建框架，用实现扩展细节。当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。编程中遵循其它原则，以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则。

6.迪米特法则

  由于类与类关系越密切，耦合度越大，一个对象应该对其他对象保持最少的了解。迪米特法则(Demeter Principle)又称最少知道原则，即一个类对自己依赖的类知道的越少越好。即对于被依赖的类不管多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部，对外除了提供的public 方法，不对外泄露任何信息。
  迪米特法则还有个更简单的定义：只与直接的朋友通信。
  直接朋友关系：每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多，依赖，关联，组合，聚合等。其中，我们称出现成员变量，方法参数，方法返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类不是直接的朋友。也就是说，陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在类的内部。
注意：由于每个类都减少了不必要的依赖，因此迪米特法则只是要求降低类间(对象间)耦合关系， 并不是要求完全没有依赖关系

7.合成复用原则

  合成复用原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

设计模式类型

  1、创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。
  2、结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
  3、行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)

单例模式

  所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。

 示例代码，单例模式饿汉式例1

public class Singleton01 {

    //直接创建本来实例对象，并且该实例的对象的地址引用不能发生变化
    //static关键字修饰，类级别的，只加载一次，是为了保证线程的安全性
    private final static Singleton01 singleton01 = new Singleton01();

    //构造方法私有化
    private  Singleton01(){

    }

    //提供一个静态方法，保证外界可以获取这份实例
    public static Singleton01 getInstance(){

        return singleton01;
    }
}

 示例代码，单例模式饿汉式例2

public class Singleton02 {

    //直接创建本来实例对象，并且该实例的对象的地址引用不能发生变化
    //static关键字修饰，类级别的，只加载一次，是为了保证线程的安全性
    private static Singleton02 singleton02;

    static {

        singleton02 = new Singleton02();
    }

    //构造方法私有化
    private Singleton02(){

    }

    //提供一个静态方法，保证外界可以获取这份实例
    public static Singleton02 getInstance(){

        return singleton02;
    }
}

 示例代码，单例模式懒汉式

public class Singleton03 {

    //声明当前类的引用
    //volatile 实现了线程之间的可见性
    private volatile static Singleton03 singleton03 = null;

    //构造方法私有化
    private Singleton03(){


    }

    /**
     * 提供一个静态方法，保证外界可以获取到这份实例
     * 要考虑线程安全的问题，在线程安全的基础之上，也要考虑效率问题
     * @return
     */
    public static Singleton03 getInstance(){

        if (singleton03 == null){
            //只有在创建实例对象时让多线程同步，如果多线程一起去获取实例对象，没有必要同步，直接并发获取！！
            synchronized (Singleton03.class){//锁只能是类锁

                //双重校验
                if (singleton03 == null){

                    singleton03 = new Singleton03();
                }
            }
        }
        return singleton03;
    }
}

代理模式

  代理模式：为一个对象提供一个替身，以控制对这个对象的访问。即通过代理对象访问目标对象.这样做的好处是:可以在目标对象实现的基础上,增强额外的功能操作,即扩展目标对象的功能。被代理的对象可以是远程对象、创建开销大的对象或需要安全控制的对象。代理模式有不同的形式,，主要有三种静态代理、动态代理 (JDK代理、接口代理)和 Cglib代理 (可以在内存动态的创建对象，而不需要实现接口， 他是属于动态代理的范畴) 。

静态代理

  静态代理在使用时,需要定义接口或者父类,被代理对象与代理对象一起实现相同的接口或者是继承相同父类。静态代理用的比较少，局限性很高，需要代理类和目标类实现同一接口，不易维护。

优点：在不修改目标对象的功能前提下，能通过代理对象对目标功能扩展。
缺点：因为代理对象需要与目标对象实现一样的接口,所以会有很多代理类一旦接口增加方法，目标对象与代理对象都要维护

 案例

/**
 *     静态代理
 *     案例：租客找房案例
 *     中介 代理类
 *     房东 目标类
 */
public class ProxyTest {

    public static void main(String[] args) {

        Medium medium = new Medium(new Houseowner());

        medium.findHouse();
    }
}

/**
 * 代理对象
 */
public class Medium implements ProxyInterface{

    //在代理对象中，应该有一个被代理对象的引用
    private ProxyInterface proxyInterface;

    public Medium(ProxyInterface proxyInterface) {
        this.proxyInterface = proxyInterface;
    }

    @Override
    public void findHouse() {

        System.out.println("中介开始带着租客找房！！！");

        proxyInterface.findHouse();

    }
}

/**
 * 目标类
 */
public class Houseowner implements ProxyInterface{

    @Override
    public void findHouse() {

        System.out.println("房东已经联系到，准备签合同！！！");
    }
}

/**
 * 代理类和目标类都需要实现的接口
 */
public interface ProxyInterface {

    /**
     * 找房方法
     */
    void findHouse();
}

动态代理

JDK动态代理

  JDK动态代理是通过java.lang.reflect.Proxy类来实现的，通过调用Proxy类的newProxyInstance()方法来创建代理对象，在内存中创建代理对象需要实现和目标相同的接口。代理对象，不需要实现接口，但是目标对象要实现接口，否则不能用动态代理。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。在Spring框架下，使用业务接口的类，默认使用JDK动态代理来实现AOP。

 示例代码，JDK动态代理

public interface ProxyInterface {

    /**
     * 吃的方法
     */
     String eat(String food);

    /**
     * 学习的方法
     */
     void study();

}

//目标对象
public class ProxyImpl implements ProxyInterface{


    @Override
    public String eat(String food) {

        return "吃的食物为 "+food;
    }

    @Override
    public void study() {

        System.out.println("调用了学习的方法！！！");
    }
}

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 * 这个类并不是代理类，而是通过这个类创建代理对象（通过发射在内存中动态的创建代理对象）
 * 代理模式主要是通过代理类完成对目标类的增强
 */
public class CreateProxy {

    //指定一个目标类
    private  Object object;

    public CreateProxy(Object object) {
        this.object = object;
    }

    /**
     * 获取代理对象的方法
     */
    public Object getProxy(){

        /**
         * Object obj 就是内存通过反射为我们创建的代理对象
         * this.object.getClass().getClassLoader() 指的是目标类的类加载器 固定写法
         * this.object.getClass().getInterfaces() 目标类实现的所有接口 固定写法
         * InvocationHandler 属于第三个参数 只不过我们用匿名内部类的形式体现了
         * 这个接口中给我们提供了一个invoke方法，目的就是为了通过反射去调用目标对象
         */
        Object obj =

                Proxy.newProxyInstance(this.object.getClass().getClassLoader(),

                        this.object.getClass().getInterfaces(), new InvocationHandler() {

                            /**
                             * Object invoke 方法的返回值
                             * @param proxy 指的是反射为我们创建出来的‘代理对象实例’ 基本用不到
                             * @param method 就是目标对象方法的反射对象
                             * @param args 调用目标对象传递的参数
                             * @return
                             * @throws Throwable
                             */
                            @Override
                            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

                                System.out.println("代理对象创建成功，，并且开始代理。。。。。");

                                Object invoke = method.invoke(object, args);//这个步骤是通过反射调用目标对象

                                System.out.println("代理对象调用结束！！！！！");

                                return invoke;
                            }

                        });

        return obj;

    }

}
public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        //创建一个被代理对象
        ProxyImpl proxyImpl = new ProxyImpl();

        //获取目标类
        CreateProxy createProxy = new CreateProxy(proxyImpl);

        //获取代理对象
        Object proxy = createProxy.getProxy();

        //需要向上转型，进行强转
        ProxyInterface proxy1 = (ProxyInterface)proxy;

        String eat = proxy1.eat("苹果");

        System.out.println(eat);

    }

}

Cglib动态代理

  JDK动态代理的使用非常简单，但它还有一定的局限性——使用动态代理的对象必须实现一个或多个接口。如果要对没有实现接口的类进行代理，那么可以使用Cglib代理。
  Cglib（Code Generation Library）是一个高性能开源的的代码生成包，它采用非常底层的字节码技术，对指定的目标类生成一个子类，并对子类进行增强。 目标类不用实现接口，就可以完全代理，在内存创建的代理类是目标类的子类。

 CglibProxyImpl，cglib代理目标类

public class CglibProxyImpl {

    public void getMethod(){

        System.out.println("我是一个被cglib代理的方法！！！");
        
    }
}

 cglib动态代理实现的第一种方式

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;

public class CglibTest01 {

    public static void main(String[] args) {

        //创建目标类对象
        CglibProxyImpl cglibProxy = new CglibProxyImpl();

        //就是在内存创建代理对象的方法（也是子类对象）
        Object obj = Enhancer.create(cglibProxy.getClass(), new MethodInterceptor() {

            @Override
            public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {

                System.out.println("对于代理目标类方法的增强！！！！");

                Object invoke = method.invoke(cglibProxy, objects);

                return invoke;
            }
        });

        //进行强转
        CglibProxyImpl cglibProxy1 =  (CglibProxyImpl)obj;

        cglibProxy1.getMethod();
    }
}

 cglib动态代理实现的第二种方式

import net.sf.cglib.proxy.Enhancer;
import net.sf.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import net.sf.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;

public class CglibProxy implements MethodInterceptor {

    //指定一个目标类
    private Object object;

    public CglibProxy(Object object) {

        this.object = object;
    }

    //获取代理对象的方法
    public Object getProxy(){

        //创建cglib对象
        Enhancer enhancer = new Enhancer();

        //设置父类或者是目标类
        enhancer.setSuperclass(object.getClass());

        //设置回调函数
        enhancer.setCallback(this);

        //创建代理对象
        Object obj = enhancer.create();

        return obj;
    }

    @Override
    public Object intercept(Object o, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {

        System.out.println("代理类中用于增强目标类的方法一定会执行！！");

        Object invoke = method.invoke(object, objects);

        return invoke;
    }
}

//测试类
public class Test {

    public static void main(String[] args) {

        //创建目标类对象
        CglibProxyImpl cglibProxy = new CglibProxyImpl();

        CglibProxy cglibProxy1 = new CglibProxy(cglibProxy);

        //代理类对象
        CglibProxyImpl proxy = (CglibProxyImpl)cglibProxy1.getProxy();

        proxy.getMethod();

    }
}

工厂模式

  工厂方法是一种创造性的设计模式，它提供了一个在超类中创建对象的接口，但允许子类更改将要创建的对象的类型。在以后的项目中通过工厂模式可以避免反复的创建对象，可以起到解耦的效果，工厂模式有普通工厂模式、工厂方法模式、抽象方法模式。

普通工厂模式

  普通工厂模式是指由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。
1、适用于工厂类负责创建的对象较少的场景
2、且客户端只需要传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不需要关心。
简单工厂模式缺点：
1、工厂类的职业相对过重，增加新的产品时需要修改工厂类的判断逻辑，违背开闭原则（ocp）
2、不易于扩展过于复杂的产品结构

工厂方法模式

  工厂方法模式是指定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类来决定实例化哪个类，工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，而且加入新的产品符合开闭原则。

工厂方法模式的适用场景：
1、创建对象需要大量重复的代码
2、客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节，一个类通过其子类来指定创建哪个对象。

工厂方法模式的优点：
1、用户只关系所需产品对应的工厂，无须关心创建细节。
2、加入新产品符合开闭原则，提高了系统的可扩展性。

工厂方法模式的缺点：
1、类的个数容易过多，增加了代码结构的复杂度。
2、增加了系统的抽象性和理解难度。

抽象工厂模式

  抽象工厂模式是指提供一个创建一系列相关或者相互依赖对象的接口，无须指定他们具体的类。
抽象工厂模式使用场景：
1、客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建，实现等细节。
2、强调一系列相关的产品对象（属于同一产品族）一起使用创建对象需要大量重复的代码。
3、提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于具体的实现。
抽象工厂模式优点：
1、具体产品在应用层代码隔离，无须关系创建细节。
2、将一个系列的产品族统一到一起创建。