（三十二）Java-设计模式

Java设计模式是经过反复验证的、解决特定问题的可重用解决方案。

设计模式对特定问题的抽象描述，提供了一种在不同情境下可重复使用的解决方法。

一、设计模式通常分类

创建型模式：关注对象的创建方式。

结构型模式：关注如何组合类和对象以实现更大的功能。

行为型模式：关注对象之间的交互以及职责的分配。

二、创建型模式

创建型模式主要关注对象的创建，目的是通过不同的方式来实例化对象，增强系统的灵活性和可扩展性。

1.单例模式（Singleton Pattern）

确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

用于需要全局唯一实例的情况，如配置管理、线程池等。

实现方式：

饿汉式：在类加载时就创建实例，线程安全。

懒汉式：在需要实例时创建，线程不安全。

双重检查锁定：线程安全，性能较优。

2.工厂方法模式（Factory Method Pattern）

定义一个用于创建对象的接口，但由子类决定实例化哪一个类。

工厂方法将对象的创建过程延迟到子类。

3.抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）

提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口，而无需指定具体类。

4.建造者模式（Builder Pattern）

使用多个简单的对象一步步构建一个复杂的对象。

将构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

5.原型模式（Prototype Pattern）

通过复制现有的对象来创建新的对象。

适用于对象的创建成本较大，或者需要多次重复创建相似对象的场景。

三、结构型模式

关注如何将类或对象组合成更大的结构。目标是通过简化系统的结构，增强其灵活性和可扩展性。

1.适配器模式（Adapter Pattern）

通过将一个类的接口转换成客户端期望的另一种接口，使得原本因接口不兼容而无法一起工作的类能够一起工作。

用于系统中不兼容的接口之间的转换。

2.桥接模式（Bridge Pattern）

将抽象部分与实现部分分离，使得两者可以独立地变化。

用于抽象部分与实现部分之间的解耦。

3.组合模式（Composite Pattern）

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

用于需要处理树形结构的情况，如文件系统。

4.装饰器模式（Decorator Pattern）

在不改变对象代码的情况下动态地给一个对象添加额外的职责。

用于对对象的功能进行扩展。

5.外观模式（Facade Pattern）

为复杂的子系统提供一个简化的接口，隐藏了子系统的复杂性。

6.享元模式（Flyweight Pattern）

享元模式通过共享相同的对象来避免重复创建。

用于减少创建对象的数量，从而节省内存。

7. 代理模式（Proxy Pattern）

代理模式为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。

通常用于懒加载、访问控制、日志记录等场景。

四、行为模式

关注对象之间的通信、职责分配以及如何有效地处理对象之间的交互。行为型模式的目标是使得对象之间的交互更加灵活，减少耦合，并提高系统的可扩展性和可维护性。

1.责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）

通过将请求沿着链传递，直到有一个对象处理该请求为止。每个处理对象决定是否处理请求，或者将请求传递给链中的下一个对象。

关键点：

请求传递链

每个处理者对象决定是否处理请求

示例：

审批流程，多个审批人按顺序审批，直到某个审批人同意。

2.命令模式（Command Pattern）

将请求封装成一个对象，从而使得客户可以使用不同的请求、队列或者日志请求。请求和执行解耦，允许请求撤销、重做等操作。

关键点：

将请求封装为命令对象

通过执行命令来解耦请求的发起者和处理者

示例：

远程控制开关，点击按钮触发命令。

3.解释器模式（Interpreter Pattern）

为语言的语法定义一个解释器，该解释器能够根据文法规则来解释或执行特定的语言命令。通常用于编写解释器或者编译器。

关键点：

语言的文法规则和语法树

通过递归的方式解释文法

示例：

SQL查询语句的解释执行，数学表达式求值。

4.迭代器模式（Iterator Pattern）

迭代器模式提供了一种顺序访问集合对象元素的方式，而不暴露该集合对象的内部表示。它允许顺序访问集合中的元素，同时避免直接访问集合的底层数据结构。

关键点：

提供统一的遍历接口

不暴露集合的内部结构

示例：

遍历集合中的元素，尤其是在不想暴露集合内部结构时使用。

5.中介者模式（Mediator Pattern）

通过一个中介对象来封装一组对象的交互，减少对象之间的耦合，使得对象不需要直接引用彼此，且可以通过中介者对象来协作。

关键点：

通过中介者对象协调各个对象的交互

减少类之间的依赖关系

示例：

聊天室中的用户，所有消息都通过聊天室中介者传递。

6.备忘录模式（Memento Pattern）

在不暴露对象内部状态的情况下，捕获对象的内部状态，并在需要时恢复它。常用于实现撤销操作。

关键点：

保存对象的状态

可以在之后恢复对象的状态

示例：

文本编辑器中的撤销功能，保存当前编辑状态，并在需要时恢复。

7.观察者模式（Observer Pattern）

当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会自动得到通知并更新。它定义了一种一对多的依赖关系。

关键点：

一对多的关系

被观察者通知所有观察者

示例：

发布-订阅系统，用户订阅某个话题，话题更新，所有订阅者都会收到通知。

8.状态模式（State Pattern）

允许对象在内部状态改变时改变其行为。对象看起来像是改变了它的类。状态模式可以避免大量的条件语句。

关键点：

将不同的状态抽象成独立的类

状态切换影响对象的行为

示例：

电商网站的订单状态：待付款、待发货、已完成等，每个状态行为不同。

9.策略模式（Strategy Pattern）

定义一系列的算法，将每一个算法封装起来，并让它们可以相互替换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

关键点：

允许算法之间的切换

将算法封装成独立的类

示例：

支付方式的选择，用户可以选择不同的支付方式，如支付宝、微信支付等。

10.模板方法模式（Template Method Pattern）

定义一个操作的算法框架，允许子类实现算法的某些步骤。通过这种方式，子类可以在不改变算法结构的情况下重新定义算法中的某些步骤。

关键点：

父类定义算法框架

子类实现具体的步骤

示例：

制作饮品的过程：父类定义喝茶的流程（沏茶、加入糖等），而具体的步骤由子类决定（如使用绿茶或红茶）。

11.访问者模式（Visitor Pattern）

将操作封装在访问者类中，可以在不改变元素类的情况下，定义新的操作。通过接受访问者的方式让元素执行不同的操作。

关键点：

允许在不改变元素类的情况下增加新的操作

将操作封装为访问者对象

示例：

文件系统遍历，文件和文件夹可以接受不同的操作（如删除、压缩等）。