简介：设计模式是软件工程中的最佳实践，通过23种Gang of Four提出的经典模式，为开发者提供可重用的解决方案模板，使软件设计更加高效和灵活。本项目采用Java语言和Maven工具，详细展示了结构型、行为型和创建型设计模式的实现与应用，并包括完整的测试套件以验证设计模式的正确性。通过研究本项目，开发者可以加深对设计模式的理解，提高代码质量和可维护性，同时这也是提升Java编程技能和面试准备的宝贵资源。 
1. 设计模式概述与重要性
设计模式是软件工程中用于解决常见问题的一套标准实践方法。它们不仅仅是一些特定解决方案的模式，更是一种沟通方式，帮助开发者和设计者之间分享解决问题的通用语言。掌握设计模式对于创建可维护、可扩展且灵活的代码至关重要。
1.1 设计模式的定义和目的
设计模式是软件设计中的一套被广泛认可的解决方案的模板，这些模板针对特定问题，能够提高代码的复用性和开发效率。它们有助于减少开发中遇到的错误，并允许开发团队更加高效地解决类似问题。
1.2 设计模式的重要性
采用设计模式能够帮助开发人员避免重复的发明轮子，促进代码的模块化和可重用性，从而提高开发效率。它还可以帮助设计人员创造出更灵活、易于维护的软件架构，降低系统复杂性，提高系统的稳定性和可扩展性。
2. Gang of Four (GOF) 23种设计模式介绍
2.1 设计模式的分类
设计模式是面向对象设计中常见的解决方案，它们不是直接提供代码的成品，而是提供了一种在特定上下文环境中解决问题的思路和方法。Gang of Four（GOF）在其著作《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》中总结了23种设计模式，并将它们分为三大类：创建型、结构型和行为型。
2.1.1 创建型设计模式
创建型设计模式主要涉及对象的创建机制，旨在降低代码的耦合性，提高系统的可扩展性和灵活性。常见的创建型模式包括：
- 单例模式（Singleton）
- 原型模式（Prototype）
- 建造者模式（Builder）
- 工厂方法模式（Factory Method）
- 抽象工厂模式（Abstract Factory）
单例模式实例
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。以下是单例模式的简单实现：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这段代码中， Singleton 类通过一个静态方法 getInstance() 提供了访问其唯一实例的途径。这里使用了懒加载方式创建实例，即只有当 getInstance() 第一次被调用时， instance 才会被实例化。
原型模式实例
原型模式用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种模式实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。下面是原型模式的一个例子：
import java.io.*;
class Prototype implements Cloneable, Serializable {
// 原型类的属性和方法
public Prototype clone() {
try {
return (Prototype) super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
return null;
}
}
}
这里的 Prototype 类实现了 Cloneable 接口，并覆盖了 clone() 方法。通过调用 super.clone() ，该方法创建了对象的一个浅拷贝。若需要深拷贝，则需要对对象中的引用类型字段进行手动复制。
2.1.2 结构型设计模式
结构型设计模式关注如何组合类和对象以获得更大的结构。它包括：
- 适配器模式（Adapter）
- 桥接模式（Bridge）
- 组合模式（Composite）
- 装饰器模式（Decorator）
- 外观模式（Facade）
- 享元模式（Flyweight）
- 代理模式（Proxy）
适配器模式实例
适配器模式允许将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口，使得原本接口不兼容的类可以一起工作。以下是一个简单的适配器实现：
// 目标接口
interface Target {
void request();
}
// 需要适配的类
class Adaptee {
void specificRequest() {
System.out.println("Called SpecificRequest()");
}
}
// 适配器类
class Adapter implements Target {
private Adaptee adaptee = new Adaptee();
public void request() {
adaptee.specificRequest();
}
}
在这个例子中， Adaptee 类有一个方法 specificRequest() ，但它是与 Target 接口不兼容的。 Adapter 类通过实现 Target 接口，并将 Target 接口中的请求转发到 Adaptee 类的 specificRequest() 方法，解决了这个问题。
2.1.3 行为型设计模式
行为型模式关注对象间的通信，通过封装通信的细节，让系统更具有可扩充性和灵活性。它包含：
- 责任链模式（Chain of Responsibility）
- 命令模式（Command）
- 解释器模式（Interpreter）
- 迭代器模式（Iterator）
- 中介者模式（Mediator）
- 备忘录模式（Memento）
- 观察者模式（Observer）
- 状态模式（State）
- 策略模式（Strategy）
- 模板方法模式（Template Method）
- 访问者模式（Visitor）
观察者模式实例
观察者模式定义了对象间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。下面是一个观察者模式的例子：
// 主题接口
interface Subject {
void registerObserver(Observer o);
void removeObserver(Observer o);
void notifyObservers();
}
// 观察者接口
interface Observer {
void update();
}
// 具体主题类
class ConcreteSubject implements Subject {
private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
public void registerObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
public void removeObserver(Observer o) {
observers.remove(o);
}
public void notifyObservers() {
for (Observer o : observers) {
o.update();
}
}
private void measurementsChanged() {
notifyObservers();
}
}
// 具体观察者类
class ConcreteObserver implements Observer {
public void update() {
// 更新观察者的状态
}
}
在这个例子中， ConcreteSubject 维护一个观察者列表，当主题状态改变时（ measurementsChanged 方法被调用），它会遍历观察者列表并调用每个观察者的 update 方法。
在这一章节中，我们通过实例和代码详细地探讨了GOF设计模式中创建型、结构型和行为型的模式及其在Java中的实现方式。这为进一步深入理解和运用这些设计模式打下了坚实的基础。接下来的章节，我们将继续探讨这些模式在实际开发中的应用，并分析它们适用的场景和可能带来的利弊。
3. Java实现设计模式的示例
3.1 创建型模式在Java中的实现
3.1.1 单例模式实例
单例模式是一种常用的软件设计模式，该模式的主要目的是确保某一个类只有一个实例存在。在Java中实现单例模式有多种方式，其中最简单且常用的是懒汉式和饿汉式。
懒汉式单例：
public class LazySingleton {
private static volatile LazySingleton instance = null;
private LazySingleton() {}
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (LazySingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
在这个例子中，我们使用了双重检查锁定机制来创建单例对象，确保线程安全且提高性能。 volatile 关键字用来保证 instance 对象的可见性，防止指令重排序，确保在多线程环境下能正确地创建单例对象。
饿汉式单例：
public class EagerSingleton {
private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
private EagerSingleton() {}
public static EagerSingleton getInstance() {
return instance;
}
}
饿汉式在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，获取对象的速度快。这种方法的优点是实现简单，在多线程环境下也能保证线程安全。
3.1.2 工厂方法模式实例
工厂方法模式是一种创建型设计模式，它定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法把类的实例化推迟到子类中进行。
工厂方法模式示例代码：
public interface Shape {
void draw();
}
public class Rectangle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Rectangle::draw()");
}
}
public class Square implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Square::draw()");
}
}
public class ShapeFactory {
public Shape getShape(String shapeType){
if(shapeType == null){
return null;
}
if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
return new Rectangle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
return new Square();
}
return null;
}
}
在上面的代码中， ShapeFactory 是一个工厂类，它根据传入的参数类型 shapeType 创建并返回 Shape 接口的具体实现。当我们需要增加新的形状时，我们只需要添加新的形状类并实现 Shape 接口，然后在 ShapeFactory 中增加相应的逻辑即可。
3.1.3 抽象工厂模式实例
抽象工厂模式是一种创建型设计模式，它提供一个接口用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。抽象工厂允许系统独立于如何创建、组合和表示这些对象的复杂性。
抽象工厂模式示例代码：
public interface AbstractFactory {
Color getColor(String color);
Shape getShape(String shape);
}
public class AbstractFactoryImpl implements 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();
}
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();
}
return null;
}
}
在这个例子中， AbstractFactory 接口定义了创建两种类型对象的方法。 AbstractFactoryImpl 类实现了这个接口，并提供了创建具体形状和颜色对象的逻辑。如果需要创建新的形状或颜色，只需在相应的工厂中增加实现即可。这样可以保证客户端代码和具体类解耦，增加了系统的可扩展性。
通过本章节的介绍，我们已经深入探讨了创建型设计模式在Java语言中的具体实现。接下来，我们将继续深入了解结构型和行为型设计模式在Java中的实现和应用。
4. Maven构建工具的使用
Maven是一个广泛使用的Java项目管理工具，它不仅提供了一套标准的项目构建系统，而且能够帮助开发者管理项目中的依赖、自动化测试、构建和发布过程。在设计模式项目中，合理使用Maven可以极大地提高开发效率和项目维护的便捷性。本章节将探讨Maven的核心概念与功能、生命周期与插件的应用，以及在设计模式项目中的具体实践。
4.1 Maven的核心概念与功能
4.1.1 项目对象模型(POM)
项目对象模型（Project Object Model, POM）是Maven的核心概念之一。它是一个XML文件，包含了项目的所有配置信息，例如项目依赖、构建配置、插件配置等。POM定义了项目的结构，使得Maven能够理解如何构建和测试项目。
POM的组成
-
groupId: 定义项目的组织或组的唯一标识符。 -
artifactId: 定义项目中特定的模块或组件。 -
version: 指定当前项目版本。 -
packaging: 指定项目打包的方式，如jar、war等。 -
dependencies: 列出项目所依赖的外部库。
<project xmlns="***"
xmlns:xsi="***"
xsi:schemaLocation="***">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<groupId>com.example</groupId>
<artifactId>design-patterns</artifactId>
<version>1.0-SNAPSHOT</version>
<packaging>jar</packaging>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>junit</groupId>
<artifactId>junit</artifactId>
<version>4.13.1</version>
<scope>test</scope>
</dependency>
</dependencies>
</project>
4.1.2 依赖管理和仓库
Maven的核心功能之一是依赖管理。开发者在POM文件中声明项目所需的依赖，Maven会自动从远程或本地仓库中下载和管理这些依赖。
仓库类型
- 本地仓库 ：每个开发者电脑上的一个目录，用于存储所有下载的依赖。
- 远程仓库 ：Maven中央仓库或私有仓库，存放了开发者可能需要的所有库文件。
依赖解析
- 依赖范围（scope） ：定义了依赖是如何被Maven所使用的，例如
compile、test、provided等。 - 传递依赖（Transitive Dependency） ：当项目A依赖项目B，而项目B又依赖项目C时，项目A会间接依赖项目C。Maven会自动管理这些依赖关系。
4.2 Maven的生命周期与插件
4.2.1 构建生命周期
Maven的生命周期是一系列预定义的构建阶段，每个阶段都是一组有序执行的步骤。主要有三个标准生命周期：clean、default（也称为build）和site。
- clean ：清理项目，删除之前构建生成的所有文件。
- default ：包含编译源代码、执行测试、打包和部署等阶段。
- site ：生成项目站点文档。
开发者可以通过指定生命周期的某个阶段来执行特定的构建任务。例如，要运行测试阶段，可以使用命令：
mvn test
4.2.2 插件的使用方法
插件是Maven的核心扩展机制。每个插件负责实现一个特定的功能，如编译、测试、打包等。Maven的生命周期阶段实际上是由插件的目标（goals）绑定的。
插件目标
- 编译插件 ：
maven-compiler-plugin，用于编译项目的Java源代码。 - 测试插件 ：
maven-surefire-plugin，用于执行测试用例。
插件配置
在POM文件中配置插件，可以定义其属性，指定不同的执行参数等。
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<version>3.8.1</version>
<configuration>
<source>1.8</source>
<target>1.8</target>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
4.3 Maven在设计模式项目中的应用
4.3.1 设计模式项目的构建
在设计模式项目中，使用Maven可以简化构建和依赖管理的过程。通过POM文件，开发者可以清晰地管理设计模式项目的所有依赖关系。Maven的default生命周期可以自动执行项目的编译、测试和打包等操作。
4.3.2 依赖管理与项目维护
Maven的仓库管理和依赖管理功能，使得设计模式项目的依赖关系更加清晰。开发者可以轻松地更新或解决依赖冲突，保证项目构建的稳定性。此外，Maven中央仓库提供了大量的库文件，方便开发者在项目中使用。
<dependency>
<groupId>com.google.guava</groupId>
<artifactId>guava</artifactId>
<version>29.0-jre</version>
</dependency>
通过上述章节，我们了解了Maven的组成部分、生命周期以及插件的使用。在设计模式项目中合理运用Maven，不仅能够实现项目的高效构建，还能提升项目管理的便捷性和可维护性。接下来的章节将深入探讨单元测试的执行与重要性，以及设计模式的具体实现和测试代码与文档资料的编写。
5. 单元测试的执行与重要性
单元测试是软件开发中不可或缺的一部分，它确保代码的各个单元按预期工作。在设计模式的学习和应用中，单元测试同样扮演着关键角色。本章将深入探讨单元测试的基本概念、使用JUnit框架进行单元测试的方法，以及如何在设计模式项目中有效地应用单元测试。
单元测试的基本概念
单元测试的定义
单元测试是指对软件中的最小可测试单元进行检查和验证的工作，通常包括方法和函数。其主要目的是在代码层次上确保每个单元能够正常运行，并且实现其预期的功能。单元测试应尽早并且频繁地执行，以及时发现并修复问题。
测试用例的设计原则
为了确保测试的质量，测试用例的设计需要遵循一些基本原则：
- 简单性 ：测试用例应尽可能简单明了，避免复杂的前置条件和后置条件。
- 独立性 ：每个测试用例应当独立于其他测试用例，一个测试的失败不应该影响到其他测试的执行。
- 可重复性 ：好的测试用例应当能够在任何环境中重复执行，并获得一致的结果。
- 全面性 ：测试用例应覆盖所有可能的场景，包括边界条件和异常情况。
单元测试框架JUnit的使用
JUnit是一个开源的Java单元测试框架，它提供了一整套工具和注解来编写和执行测试用例。
JUnit的安装与配置
在Java项目中使用JUnit，首先需要添加JUnit库依赖。在Maven项目中，可以在 pom.xml 文件中添加以下依赖：
<dependency>
<groupId>junit</groupId>
<artifactId>junit</artifactId>
<version>5.7.0</version>
<scope>test</scope>
</dependency>
在非Maven项目中，需要手动下载并添加JUnit的jar包到项目的classpath中。
JUnit断言与测试套件
JUnit提供了丰富的断言方法来验证代码的行为是否符合预期。以下是一些常用的断言方法：
-
assertEquals(expected, actual)：验证两个对象是否相等。 -
assertTrue(condition)：验证条件是否为真。 -
assertFalse(condition)：验证条件是否为假。 -
assertNull(object)：验证对象是否为null。 -
assertNotNull(object)：验证对象是否不为null。 -
assertThrows(exceptionClass, executable)：验证执行的代码块是否抛出指定类型的异常。
测试套件允许将多个测试类组合成一个套件进行测试执行。以下是一个使用 @Suite 注解定义测试套件的示例：
@Suite
@Suite.SuiteClasses({TestClass1.class, TestClass2.class})
public class TestSuite {
// 测试套件类的定义
}
单元测试在设计模式中的应用
测试驱动开发(TDD)
测试驱动开发（TDD）是一种开发实践，它要求开发者先编写测试用例，然后编写实现代码。TDD的核心思想是编写测试用例并让它失败，然后编写最小量的代码使测试通过，最后重构代码以满足需求和设计。
在设计模式的应用中，TDD方法可以确保每个设计模式的实现都经过充分测试，从而提高代码质量和项目的可维护性。
设计模式代码的测试策略
每个设计模式的测试策略可能会有所不同，但以下是一些通用的测试策略：
- 创建型模式 ：测试不同场景下的对象创建过程和结果，确保对象的创建符合设计模式的规范。
- 结构型模式 ：验证在不同结构类型下，代码结构和交互是否按照设计模式的意图执行。
- 行为型模式 ：确认对象间交互是否遵循预期的行为模式，以及模式的动态行为是否得到正确实现。
在单元测试的设计中，要特别注意模式的灵活性和可扩展性，确保测试用例能覆盖模式的多种使用方式。
单元测试的实践不仅提升设计模式实现的质量，也有助于开发人员对模式有更深层次的理解。通过结合JUnit框架和TDD方法，开发人员可以构建出更加健壮和可靠的软件系统。
6. 结构型、行为型和创建型设计模式的具体实现
在前几章中，我们已经对设计模式的分类、核心原则以及它们在Java中的实现有了基本的了解。现在，我们将深入探讨结构型、行为型和创建型设计模式的高级应用，以期达到更深层次的实践和理解。
6.1 结构型模式的高级应用
结构型设计模式关注如何将类或对象结合在一起，以获得更大的结构。这类模式通常涉及软件的内部对象关系。
6.1.1 桥接模式与组合模式
桥接模式主要用于将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立地变化。组合模式则允许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。
桥接模式的实现
让我们以一个简单的例子来展示桥接模式，假设有一个需要区分不同操作系统和不同绘图API的情况。
// 抽象部分
abstract class DrawingAPI {
public abstract void drawCircle(double x, double y, double radius);
}
// 实现部分
class DrawingAPI1 extends DrawingAPI {
@Override
public void drawCircle(double x, double y, double radius) {
System.out.println("API1.circle at " + x + ":" + y + radius);
}
}
class DrawingAPI2 extends DrawingAPI {
@Override
public void drawCircle(double x, double y, double radius) {
System.out.println("API2.circle at " + x + ":" + y + radius);
}
}
// 抽象部分
abstract class Shape {
protected DrawingAPI drawingAPI;
protected Shape(DrawingAPI drawingAPI) {
this.drawingAPI = drawingAPI;
}
public abstract void draw();
}
// 具体形状
class CircleShape extends Shape {
private double x, y, radius;
public CircleShape(double x, double y, double radius, DrawingAPI drawingAPI) {
super(drawingAPI);
this.x = x;
this.y = y;
this.radius = radius;
}
public void draw() {
drawingAPI.drawCircle(x, y, radius);
}
}
// 客户端代码
public class BridgePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Shape[] shapes = new Shape[2];
shapes[0] = new CircleShape(1, 2, 3, new DrawingAPI1());
shapes[1] = new CircleShape(5, 7, 11, new DrawingAPI2());
for (Shape shape : shapes) {
shape.draw();
}
}
}
组合模式的实现
组合模式使得客户端可以统一地处理单个对象以及对象的组合。
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
// 抽象组件
abstract class Component {
protected String name;
public Component(String name) {
this.name = name;
}
public void add(Component c) { }
public void remove(Component c) { }
public String toString() { return name; }
}
// 叶子节点
class Leaf extends Component {
public Leaf(String name) {
super(name);
}
}
// 复合组件
class Composite extends Component {
private List<Component> children = new ArrayList<Component>();
public Composite(String name) {
super(name);
}
public void add(Component c) {
children.add(c);
}
public void remove(Component c) {
children.remove(c);
}
public String toString() {
StringBuffer result = new StringBuffer();
for (Component c : children) {
result.append("Composite: " + c.toString());
}
return result.toString();
}
}
// 客户端代码
public class CompositePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Composite root = new Composite("root");
root.add(new Leaf("Leaf A"));
root.add(new Leaf("Leaf B"));
Composite subComposite = new Composite("subComposite");
subComposite.add(new Leaf("Leaf C"));
subComposite.add(new Leaf("Leaf D"));
root.add(subComposite);
System.out.println(root.toString());
}
}
6.1.2 外观模式与享元模式
外观模式为子系统中的一组接口提供一个统一的接口，定义了一个高层接口，让子系统更容易使用。享元模式是一种结构型设计模式，它运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
外观模式的实现
我们创建一个简化版的外观模式，为了演示目的，我们将简化代码：
class Facade {
private SubsystemA obj1 = new SubsystemA();
private SubsystemB obj2 = new SubsystemB();
public String operation() {
String result = "Facade initializes subsystems:\n";
result += obj1.operationA();
result += obj2.operationB();
return result;
}
}
class SubsystemA {
public String operationA() {
return "SubsystemA: Ready!\n";
}
}
class SubsystemB {
public String operationB() {
return "SubsystemB: Go!\n";
}
}
public class FacadePatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Facade facade = new Facade();
System.out.println(facade.operation());
}
}
享元模式的实现
享元模式可以使用一个工厂来维护已有的享元对象，并提供一个获取对象的方法，同时还可以进行优化以减少创建对象的次数。
interface Flyweight {
void operation(String extrinsicState);
}
class ConcreteFlyweight implements Flyweight {
private String intrinsicState;
public ConcreteFlyweight(String intrinsicState) {
this.intrinsicState = intrinsicState;
}
public void operation(String extrinsicState) {
System.out.println("ConcreteFlyweight: " + extrinsicState + " with " + intrinsicState);
}
}
class FlyweightFactory {
private static final HashMap<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();
public static Flyweight getFlyweight(String key) {
if (flyweights.containsKey(key)) {
return flyweights.get(key);
} else {
Flyweight flyweight = new ConcreteFlyweight(key);
flyweights.put(key, flyweight);
return flyweight;
}
}
}
public class FlyweightPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Flyweight f0 = FlyweightFactory.getFlyweight("f0");
f0.operation("first call");
f0.operation("second call");
Flyweight f1 = FlyweightFactory.getFlyweight("f1");
f1.operation("first call");
}
}
6.2 行为型模式的高级应用
行为型设计模式关注对象之间的通信模式，以及如何使用这些模式来实现复杂控制结构。
6.2.1 迭代器模式与模板方法模式
迭代器模式提供了一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。模板方法模式定义了一个操作中的算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。
迭代器模式的实现
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
interface Iterator<T> {
boolean hasNext();
T next();
}
interface Container<T> {
Iterator<T> getIterator();
}
class ConcreteIterator<T> implements Iterator<T> {
private List<T> list = new ArrayList<>();
private int position = 0;
public ConcreteIterator(List<T> list) {
this.list = list;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return position < list.size();
}
@Override
public T next() {
return hasNext() ? list.get(position++) : null;
}
}
class ConcreteContainer<T> implements Container<T> {
private List<T> list = new ArrayList<>();
@Override
public Iterator<T> getIterator() {
return new ConcreteIterator<>(list);
}
}
public class IteratorPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Container<Integer> container = new ConcreteContainer<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
container.getIterator().add(i);
}
Iterator<Integer> iterator = container.getIterator();
while (iterator.hasNext()) {
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
模板方法模式的实现
abstract class Game {
abstract void initialize();
abstract void startPlay();
abstract void endPlay();
// 模板方法
public final void play() {
initialize();
startPlay();
endPlay();
}
}
class Cricket extends Game {
@Override
void initialize() {
System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");
}
@Override
void startPlay() {
System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");
}
@Override
void endPlay() {
System.out.println("Cricket Game Finished!");
}
}
class Football extends Game {
@Override
void initialize() {
System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
}
@Override
void startPlay() {
System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
}
@Override
void endPlay() {
System.out.println("Football Game Finished!");
}
}
public class TemplateMethodPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Game game = new Cricket();
game.play();
System.out.println();
game = new Football();
game.play();
}
}
6.3 创建型模式的高级应用
创建型设计模式提供了一种在创建对象时，隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。
6.3.1 建造者模式与原型模式
建造者模式适用于创建那些属性相互依赖或者需要经过多个步骤的对象。而原型模式使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。
建造者模式的实现
class Car {
private String make;
private String model;
private int year;
private String color;
public Car(String make, String model, int year, String color) {
this.make = make;
this.model = model;
this.year = year;
this.color = color;
}
@Override
public String toString() {
return "Car{" +
"make='" + make + '\'' +
", model='" + model + '\'' +
", year=" + year +
", color='" + color + '\'' +
'}';
}
}
class CarBuilder {
private String make;
private String model;
private int year;
private String color;
public Car buildCar() {
return new Car(make, model, year, color);
}
public CarBuilder setMake(String make) {
this.make = make;
return this;
}
public CarBuilder setModel(String model) {
this.model = model;
return this;
}
public CarBuilder setYear(int year) {
this.year = year;
return this;
}
public CarBuilder setColor(String color) {
this.color = color;
return this;
}
}
public class BuilderPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
CarBuilder builder = new CarBuilder();
Car car = builder.setMake("Honda").setModel("Accord")
.setYear(2020).setColor("Black")
.buildCar();
System.out.println(car.toString());
}
}
原型模式的实现
import java.util.Hashtable;
class PrototypeCapable implements Cloneable {
private String field1;
private int field2;
private static Hashtable<String, PrototypeCapable> prototypes = new Hashtable<>();
public PrototypeCapable(String field1, int field2) {
this.field1 = field1;
this.field2 = field2;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
public static PrototypeCapable getClone(String type) throws CloneNotSupportedException {
if (prototypes.get(type) != null) {
return (PrototypeCapable) prototypes.get(type).clone();
} else {
throw new CloneNotSupportedException("Prototype not found for type : " + type);
}
}
public String getField1() {
return field1;
}
public void setField1(String field1) {
this.field1 = field1;
}
public int getField2() {
return field2;
}
public void setField2(int field2) {
this.field2 = field2;
}
}
public class PrototypePatternDemo {
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
PrototypeCapable obj1 = new PrototypeCapable("I", 1);
PrototypeCapable obj2 = (PrototypeCapable) obj1.clone();
PrototypeCapable obj3 = PrototypeCapable.getClone("I");
System.out.println(obj1 == obj2);
System.out.println(obj1 == obj3);
}
}
6.3.2 抽象工厂模式与单例模式
抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。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。
抽象工厂模式的实现
interface Button {}
class MacButton implements Button {}
class WindowsButton implements Button {}
interface Checkbox {}
class MacCheckbox implements Checkbox {}
class WindowsCheckbox implements Checkbox {}
abstract class GUIFactory {
abstract Button createButton();
abstract Checkbox createCheckbox();
}
class MacFactory extends GUIFactory {
public Button createButton() {
return new MacButton();
}
public Checkbox createCheckbox() {
return new MacCheckbox();
}
}
class WindowsFactory extends GUIFactory {
public Button createButton() {
return new WindowsButton();
}
public Checkbox createCheckbox() {
return new WindowsCheckbox();
}
}
public class AbstractFactoryPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
GUIFactory factory = new MacFactory();
Button button = factory.createButton();
Checkbox checkbox = factory.createCheckbox();
}
}
单例模式的实现
class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
public void show() {
System.out.println("Hi there, I am a singleton instance!");
}
}
public class SingletonPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
singleton.show();
}
}
在本章节中，我们深入探讨了结构型、行为型和创建型设计模式的高级应用。通过这些具体的实现示例，我们可以更好地理解和掌握这些模式的使用场景和优势。在第七章中，我们将学习设计模式的测试代码与文档资料的编写，以及如何整合和分享设计模式资源。
7. 设计模式的测试代码与文档资料
在开发高质量的软件过程中，设计模式与良好的测试代码和文档资料是相辅相成的。设计模式为代码提供了可重用、可维护的结构，而测试代码保证了设计模式的正确实施和功能的实现。同时，详尽的文档资料有助于其他开发者理解和应用这些模式。
7.1 设计模式测试代码的编写技巧
7.1.1 测试代码的结构与组织
编写设计模式的测试代码时，应遵循测试驱动开发（TDD）的原则，先编写测试用例，再编写满足这些测试用例的代码。对于设计模式的测试，通常可以分为以下几个层次：
- 模式级别测试： 测试某个设计模式是否正确实现，通常涉及到对模式结构和行为的验证。
- 集成测试： 验证设计模式与应用程序其他部分集成时的行为。
- 系统测试： 测试整个系统中应用设计模式的情况，确保它们在复杂的交互中依然能够正常工作。
例如，对于单例模式，我们可以编写如下的测试代码：
public class SingletonTest {
@Test
public void testSingleton() {
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
assertTrue("Two instances of Singleton are not same", instance1 == instance2);
}
}
7.1.2 测试覆盖率与质量保障
测试覆盖率是衡量测试代码全面性的重要指标，它表示了代码被测试覆盖的百分比。常用的测试覆盖率指标包括：
- 语句覆盖率
- 分支覆盖率
- 条件覆盖率
高测试覆盖率可以减少未测试代码执行的风险，提高代码质量。在设计模式的测试中，应当针对模式的关键点编写测试用例以确保高覆盖率。
7.2 设计模式文档资料的编写
7.2.1 文档的类型与内容
文档是软件开发中不可或缺的一部分，它帮助开发者理解和使用设计模式。设计模式的文档通常包括以下几个部分：
- 概述： 简要描述模式的目的和使用场景。
- 结构： 描述模式的类图和对象图。
- 参与者和协作： 说明模式中涉及的类和对象以及它们之间的关系。
- 模式效果： 讨论模式的优点和潜在的缺点。
7.2.2 文档与代码的同步更新
随着项目的发展，代码会不断变化，文档也应该相应更新以反映最新的实现细节。可以使用自动化工具，比如Javadoc，生成API文档，并与代码变动同步。
7.3 设计模式资源的整合与分享
7.3.1 知识库的建立与管理
一个良好的知识库可以方便团队成员查找和分享设计模式的相关信息。可以建立一个内部Wiki或使用文档管理系统，如Confluence，来管理这些资源。
7.3.2 开源社区与设计模式的交流
通过开源社区进行交流，不仅可以获取设计模式的实践案例，还可以得到社区反馈和改进建议。参与开源项目，为开源项目贡献设计模式的实现，也是提高个人技术能力的一种方式。
设计模式的测试代码和文档资料是提高开发效率、保证代码质量和促进知识共享的重要工具。通过合理地组织和管理，可以使设计模式的应用更加高效和可靠。
简介：设计模式是软件工程中的最佳实践，通过23种Gang of Four提出的经典模式，为开发者提供可重用的解决方案模板，使软件设计更加高效和灵活。本项目采用Java语言和Maven工具，详细展示了结构型、行为型和创建型设计模式的实现与应用，并包括完整的测试套件以验证设计模式的正确性。通过研究本项目，开发者可以加深对设计模式的理解，提高代码质量和可维护性，同时这也是提升Java编程技能和面试准备的宝贵资源。
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