Java中的设计模式

• 什么是设计模式

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  • 定义：是一套用来提高代码可复用性、可维护性、可读性、稳健性以及安全性的解决方案
  • 本质：本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性，以及类的关联关系和组合关系的充分理解
• 类的设计原则
  • 单一职责原则：
    • 单一职责原则将不同的职责分离到单独的类，每一个职责都是一个变化的中心。
    • 多个职责耦合在一起，影响复用性
  • 里氏代换原则
    • 要求继承是严格的is-a关系
    • 所有引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象
  • 依赖倒置原则
    • 依赖倒置原则的核心就是要我们面向接口编程
    • 变量的声明类型尽量是抽象类或接口。
  • 接口隔离原则
    • 客户端不应该依赖它不需要的接口，需要什么就提供什么，不需要的就不要提供
  • 迪米特法则
    • 迪米特法则（Law of Demeter）又叫作最少知识原则（Least Knowledge Principle 简写LKP）
    • 一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道的最少，类与类之间的关系越密切，耦合度越大，那么类的变化对其耦合的类的影响也会越大
    • 面向设计的核心原则：低耦合，高内聚
  • 开闭原则
    • 对修改关闭，对扩展开放
• 类和类之间的关系
  • 继承关系：父子继承
  • 实现关系：class类指向接口
  • 依赖关系：类B作为参数被类A在某个method方法中使用
  • 关联关系：被关联类B以类的属性形式出现在关联类A中
  • 聚合关系：关联关系的一种特例，它体现的是整体与部分的关系，即has-a的关系
  • 组合关系：也是关联关系的一种特例，它体现的是一种contains-a的关系，这种关系比聚合更强，也称为强聚合
• 模式分类
  • 创建类
    • 主要特点是“将对象的创建与使用分离”。这样可以降低系统的耦合度
    • 单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式
    • 原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例
    • 工厂方法（FactoryMethod）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品
    • 抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品
    • 建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成复杂对象
  • 结构型
    • 结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为类结构型模式和对象结构型模式，前者采用继承机制来组织接口和类，后者釆用组合或聚合来组合对象
    • 1. 代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性
    • 2. 适配器（Adapter）模式：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。
    • 3. 桥接（Bridge）模式：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现的，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度
    • 4. 装饰（Decorator）模式：动态地给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。
    • 5. 外观（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。
    • 6. 享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用
    • 7. 组合（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性
  • 行为型模式
    • 行为型模式用于描述程序在运行时复杂的流程控制，它涉及算法与对象间职责的分配合在对象间分配行为。
    • 行为型模式分为类行为模式和对象行为模式，前者采用继承机制来在类间分派行为，后者采用组合或聚；对象行为模式比类行为模式具有更大的灵活性
    • 模板方法
    • 策略（Strategy）模式
    • 命令（Command）模式
    • 职责链（Chain of Responsibility）模式
    • 状态（State）模式
    • 观察者（Observer）模式
    • 中介者（Mediator）模式
    • 迭代器（Iterator）模式
    • 访问者（Visitor）模式
    • 备忘录（Memento）模式
    • 解释器（Interpreter）模式
  • 设计模式详解
    • 单例模式
      • 定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式
      • 特点
        • 单例类只有一个实例对象
        • 该单例对象必须由单例类自行创建
        • 单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点
      • 优点
        • 单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销
        • 可以避免对资源的多重占用
        • 单例模式设置全局访问点，可以优化和共享资源的访问
      • 缺点
        • 单例模式一般没有接口，扩展困难
        • 在并发测试中，单例模式不利于代码调试
        • 单例模式的功能代码通常写在一个类中，如果功能设计不合理，则很容易违背单一职责原则
      • 结构
        • 单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类。
        • 访问类：使用单例的类
      • 实现
        • 懒汉式单例：在调用功能时才创建对象 ->线程不安全|不同步的
        • 饿汉式单例：在类加载完成之后就创建对象->线程安全的|同步的
    • 简单工厂模式
      • 定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中
      • 在简单工厂模式中创建实例的方法通常为静态（static）方法，因此简单工厂模式（Simple FactoryPattern）又叫作静态工厂方法模式（Static Factory Method Pattern）。
      • 优点
        • 工厂类包含必要的逻辑判断，可以决定在什么时候创建哪一个产品的实例
        • 客户端无需知道所创建具体产品的类名，只需知道参数即可。
        • 也可以引入配置文件，在不修改客户端代码的情况下更换和添加新的具体产品类
      • 缺点
        • 1. 简单工厂模式的工厂类单一，负责所有产品的创建，职责过重，一旦异常，整个系统将受影响
        • 2. 使用简单工厂模式会增加系统中类的个数（引入新的工厂类），增加系统的复杂度和理解难度
        • 3. 系统扩展困难，一旦增加新产品不得不修改工厂逻辑，在产品类型较多时，可能造成逻辑过于复杂
        • 4. 简单工厂模式使用了 static 工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构
      • 结构
        • 简单工厂（SimpleFactory）：是简单工厂模式的核心，负责实现创建所有实例的内部逻辑
        • 抽象产品（Product）：是简单工厂创建的所有对象的父类，负责描述所有实例共有的公共接口
        • 具体产品（ConcreteProduct）：是简单工厂模式的创建目标
      • 实现
    • 工厂方法模式
      • 优点
        • 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程
        • 灵活性增强，对于新产品的创建，只需多写一个相应的工厂类
        • 典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，无须关心其他实现类，满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则
      • 缺点
        • 类的个数容易过多，增加复杂度
        • 增加了系统的抽象性和理解难度
        • 抽象产品只能生产一种产品，此弊端可使用抽象工厂模式解决
      • 结构
        • 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口
        • 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建
        • 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能
        • 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应