java 23种设计模式（转）

一、设计模式的分类
总体来说设计模式分为三大类：
创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。
结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。
行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

二、设计模式的六大原则
1、开闭原则（Open Close Principle）
开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）
里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。
5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）
为什么叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。
6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）
原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

三、java的23种设计模式
1、工厂方法模式：分为3种：
- 1.1、普通工厂模式
- 1.2、多个工厂方法模式
- 1.3、静态工厂方法模式

1.1、普通工厂模式：就是建立工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。

代码示例：
建立接口：
public interface Sender {  
    public void Send();  
}  
建立实现类：MailSender 
public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
}  
建立实现类：SmsSender 
public class SmsSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is sms sender!");  
    }  
}  
建立工厂类：
public class SendFactory {  
    public Sender produce(String type) {  
        if ("mail".equals(type)) {  
            return new MailSender();  
        } else if ("sms".equals(type)) {  
            return new SmsSender();  
        } else {  
            System.out.println("请输入正确的类型!");  
            return null;  
        }  
    }  
}  
测试类：
public class FactoryTest {  
    public static void main(String[] args) {  
        SendFactory factory = new SendFactory();  
        Sender sender = factory.produce("sms");  
        sender.Send();  
    }  
}  
输出：this is sms sender!

1.2、多个工厂方法模式：是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符出错，则不能正确的创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

建类SendFactory 写两个工厂方法：
public class SendFactory {  
   public Sender produceMail(){  
        return new MailSender();  
    }  

    public Sender produceSms(){  
        return new SmsSender();  
    }  
}  

测试方法：
public class FactoryTest {  

    public static void main(String[] args) {  
        SendFactory factory = new SendFactory();  
        Sender sender = factory.produceMail();  
        sender.Send();  
    }  
}  
输出：this is mailsender!

1.3、静态工厂方法模式：将上面的多个工厂方法模式里的方法设置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

修改两个工厂方法为静态工厂方法。
public class SendFactory {  

    public static Sender produceMail(){  
        return new MailSender();  
    }  

    public static Sender produceSms(){  
        return new SmsSender();  
    }  
}  

测试：
public class FactoryTest {  

    public static void main(String[] args) {      
        Sender sender = SendFactory.produceMail();  
        sender.Send();  
    }  
}  

小结：
总体来说，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

2、抽象工厂模式（Abstract Factory）
工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。

代码示例：
建立接口：
public interface Sender {  
    public void Send();  
}
public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
}  


实现类MailSender ：
public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
}  
实现类SmsSender：
public class SmsSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is sms sender!");  
    }  
}  

再提供一个接口：
public interface Provider {  
    public Sender produce();  
}  

工厂类SendMailFactory ：
public class SendMailFactory implements Provider {  

    @Override  
    public Sender produce(){
        return new MailSender();  
    }  
}  
工厂类SendSmsFactory ：
public class SendSmsFactory implements Provider{  

    @Override  
    public Sender produce() {  
        return new SmsSender();  
    }  
}  

测试类：
public class Test {  

    public static void main(String[] args) {  
        Provider provider = new SendMailFactory();  
        Sender sender = provider.produce();  
        sender.Send();  
    }  
}   

小结：
其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能：发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

3、单例模式：单例对象（Singleton）是一种常用设计模式，在java 应用中，单例对象能保证一个jvm 中，该对象只有一个实例存在，这样的模式有几个好处：

• 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，存在很大的系统开销。
• 省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC（Garbage Collection）压力。
• 有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

建类：
public class Singleton {  

    /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */  
    private static Singleton instance = null;  

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
    private Singleton() {  
    }  

    /* 静态工程方法，创建实例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  

    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
    public Object readResolve() {  
        return instance;  
    }  
}  

这个列就是单例模式，但是像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放到多线程的环境中，肯定会出问题，如何解决？
我们首先会想到getInstance方法加synchronized关键字，如下：

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

但是synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在可能造成性能下降，因为每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以这个地方需要改进。我们把代码改成下面这样：

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

似乎解决了之前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：
a>A、B线程同时进入了第一个if判断
b>A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();
c>由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。
d>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

private static class SingletonFactory{           
        private static Singleton instance = new Singleton();           
    }           
    public static Singleton getInstance(){           
        return SingletonFactory.instance;           
    }   
实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式：



public class Singleton {  

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
    private Singleton() {  
    }  

    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
    private static class SingletonFactory {  
        private static Singleton instance = new Singleton();  
    }  

    /* 获取实例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        return SingletonFactory.instance;  
    }  

    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
    public Object readResolve() {  
        return getInstance();  
    }  
}  


其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建加synchronized关键字，也是可以的：



public class SingletonTest {  

    private static SingletonTest instance = null;  

    private SingletonTest() {  
    }  

    private static synchronized void syncInit() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new SingletonTest();  
        }  
    }  

    public static SingletonTest getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            syncInit();  
        }  
        return instance;  
    }  
}  
考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。
补充：采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新
[java] view plaincopy
public class SingletonTest {  

    private static SingletonTest instance = null;  
    private Vector properties = null;  

    public Vector getProperties() {  
        return properties;  
    }  

    private SingletonTest() {  
    }  

    private static synchronized void syncInit() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new SingletonTest();  
        }  
    }  

    public static SingletonTest getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            syncInit();  
        }  
        return instance;  
    }  

    public void updateProperties() {  
        SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
        properties = shadow.getProperties();  
    }  
}  
通过单例模式的学习告诉我们：
1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。
2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。
到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者突然想到另一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？
首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）
其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。
再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。
最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，所以，二者有很大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现一样，其实生活中很多事情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！



[转载自博客园](https://www.cnblogs.com/maowang1991/archive/2013/04/15/3023236.html)