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1.设计模式

1.1 设计模式分类

一图流:

design_patters

常见的设计模式有工厂模式( Factory Pattern)、单例模式( Singleton Pattern),适配器模式( Adapter Pattern)、享元模式(Flyweight Pattern)以及观察者模式( Observer Pattern)等。下面对常见的设计模式进行分析。

1.2 单例模式

在某些情况下,有些对象只需要一个就可以了,即每个类只需要一个实例,就可以使用单例模式来实现。
单例模式实现类图如下:
Singleton

使用单例模式,需要注意的是,单例模式用来保证系统中一个类只有一个实例。单例类的构造函数必须为私有,同时单例类必须提供一个全局访问点。

简单实现代码

public class Singleton {

private static final Singleton instance = new Singleton();

private Singleton () {

}

public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}

单例模式主要分类饿汉式和懒汉式:

饿汉式:
饿汉式,既然叫饿汉式,指的就是无论在系统中是否用到该实例,这个实例都会在当类被加载器加载时产生。上述的例子就是饿汉式的通用写法。这种写法不会引起资源的竞争。
懒汉式:
懒汉式只有在应用中开始调用该实例时,才回去实例化,同时该实例保存在内存中。不过这种写法基本上在实际项目中不会去采用,因为存在线程安全的问题,当线程A执行到第11行时,线程切换至线程B,线程A和B同时执行new Singleton,因此内存中会出现多份实例的引用,这已经和单例模式的初衷相违背。

public class Singleton {

private static Singleton instance = null;

private Singleton () {

}

public static Singleton getInstance() {

if(instance == null) {//11行处
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}

扩展:
双检锁表达形式
双检锁的写法是为了解决懒汉式写法的线程不安全。具体代码如下所示:

public class Singleton {

private static Singleton instance = null;

private static Object monitor = new Object();

private Singleton () {

}

public static Singleton getInstance() {

if(instance == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if(instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}

}
return instance;
}
}

1.2 工厂模式

工厂模式专门负责实例化有大量公共接口的类。工厂模式可以动态地决定将哪一个类实例化,而不必事先知道每次要实例化哪一个类。客户类和工厂类是分开的。消费者无论什么时候 需要某种产品,需要做的只是向工厂提出请求即可。消费者无须修改就可以接纳新产品。当然也存在缺点,就是当产品修改时,工厂类也要做相应的修改。

这里以制造coffee的例子开始工厂模式设计。
coffee只是一种泛举,在点购咖啡时需要指定具体的咖啡种类:美式咖啡、卡布奇诺、拿铁等等。

/**
* 拿铁、美式咖啡、卡布奇诺等均为咖啡家族的一种产品
* 咖啡则作为一种抽象概念
*/
public abstract class Coffee {

/**
* 获取coffee名称
*/
public abstract String getName();
}

/**
* 美式咖啡
*/
class Americano extends Coffee {

@Override
public String getName() {
return "美式咖啡";
}
}

/**
* 卡布奇诺
*/
class Cappuccino extends Coffee {

@Override
public String getName() {
return "卡布奇诺";
}

}

/**
* 拿铁
*/
class Latte extends Coffee {

@Override
public String getName() {
return "拿铁";
}
}

1) 简单工厂(Simple Factory)模式:
简单工厂实际不能算作一种设计模式,它引入了创建者的概念,将实例化的代码从应用代码中抽离,在创建者类的静态方法中只处理创建对象的细节,后续创建的实例如需改变,只需改造创建者类即可,

但由于使用静态方法来获取对象,使其不能在运行期间通过不同方式去动态改变创建行为,因此存在一定局限性。

//简单工厂-用于创建不同类型地coffee实例
public class SimpleFactory {

//通过类型获取Coffee实例对象
public static Coffee createInstance(String type) {
if("americano".equals(type)){
return new Americano();
}else if("cappuccino".equals(type)){
return new Cappuccino();
}else if("latte".equals(type)){
return new Latte();
}else{
throw new RuntimeException("type["+type+"]类型不可识别,没有匹配到可实例化的对象!");
}
}
public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成的方法存根
Coffee latte = SimpleFactory.createInstance("latte");
System.out.println("创建的咖啡实例为:"+latte.getName());
Coffee cappuccino = SimpleFactory.createInstance("cappuccino");
System.out.println("创建的咖啡实例为:"+cappuccino.getName());
}

}

运行结果:
创建的咖啡实例为:拿铁
创建的咖啡实例为:卡布奇诺

2)工厂方法模式:
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,工厂方法让类把实例化推迟到了子类。
场景延伸:不同地区咖啡工厂受制于环境、原料等因素的影响,制造出的咖啡种类有限。中国咖啡工厂仅能制造卡布奇诺、拿铁,而美国咖啡工厂仅能制造美式咖啡、拿铁。

/**
* 定义一个抽象的咖啡工厂
* */
public abstract class CoffeeFactory {
/**
* 生产可制造的咖啡
* */
public abstract Coffee[] createCoffee();
}
/**
* 中国咖啡工厂
* */
public class ChinaCaffeeFactory extends CoffeeFactory {

@Override
public Coffee[] createCoffee() {
// TODO 自动生成的方法存根
return new Coffee[] {new Cappuccino(),new Latte()};
}

}
/**
* 美国的咖啡工厂
* */
public class AmericaCoffeeFactory extends CoffeeFactory {

@Override
public Coffee[] createCoffee() {
// TODO 自动生成的方法存根
return new Coffee[]{new Americano(),new Latte()};
}
}

最后为测试类:

//工厂方法测试
public class FactoryMethodTest {

static void print(Coffee[] c) {
for(Coffee coffee:c) {
System.out.println(coffee.getName());
}
}

public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成的方法存根
CoffeeFactory chinaCoffeeFactory = new ChinaCaffeeFactory();
Coffee[] chinaCoffees = chinaCoffeeFactory.createCoffee();
System.out.println("中国咖啡工厂可以生产的咖啡有:");
print(chinaCoffees);

CoffeeFactory americaCoffeeFactory = new AmericaCoffeeFactory();
Coffee[] americaCoffees = americaCoffeeFactory.createCoffee();
System.out.println("美国咖啡工厂可以生产的咖啡有:");
print(americaCoffees);
}
}

运行结果:
中国咖啡工厂可以生产的咖啡有:
卡布奇诺
拿铁
美国咖啡工厂可以生产的咖啡有:
美式咖啡
拿铁

3)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。
在上述的场景上继续延伸:咖啡工厂做大做成世界500强,引入了新的饮品种类:茶、 碳酸饮料。中国工厂只能制造咖啡和茶,美国工厂只能制造咖啡和碳酸饮料。

如果用上述工厂方法方式,除去对应的产品实体类还需要新增2个抽象工厂(茶制造工厂、碳酸饮料制造工厂),4个具体工厂实现。随着产品的增多,会导致类爆炸。

所以这里引出一个概念产品家族,在此例子中,不同的饮品就组成我们的饮品家族, 饮品家族开始承担创建者的责任,负责制造不同的产品。

接口:

/**
* 抽象的饮料产品家族
* */
public interface Drink {
/**
*饮料共同的方法获取名称
*/
String getName();
}
/**
* 抽象的饮料产品家族制造工厂
* */
public interface AbstractDrinksFactory {
/**
*制造咖啡
**/
Coffee createCoffee();

/**
* 制造茶
* @return
*/
Tea createTea();

/**
* 制造碳酸饮料
*/
Sodas createSodas();
}

饮料实体类的实现:

/**
* 拿铁、美式咖啡、卡布奇诺等均为咖啡家族的一种产品
* 咖啡则作为一种抽象概念
*/
public abstract class Coffee implements Drink{

/**
* 获取coffee名称
*/
public abstract String getName();

}

/**
* 拿铁
*/
class Latte extends Coffee {

@Override
public String getName() {
return "拿铁";
}
}

Tea 和 Sodas实现方法与Coffee一致就不列出。

具体工厂的实现:

public class ChinaDrinksFactory implements AbstractDrinksFactory {

@Override
public Coffee createCoffee() {
// TODO 自动生成的方法存根
return new Latte();
}

@Override
public Tea createTea() {
// TODO 自动生成的方法存根
return new MilkTea();
}

@Override
public Sodas createSodas() {
// TODO 自动生成的方法存根
return null;
}
}

public class AmericaDrinksFactory implements AbstractDrinksFactory {

@Override
public Coffee createCoffee() {
// TODO 自动生成的方法存根
return new Latte();
}

@Override
public Tea createTea() {
// TODO 自动生成的方法存根
return null;
}

@Override
public Sodas createSodas() {
// TODO 自动生成的方法存根
return new CocaCola();
}
}

最后为测试类的实现:

public class AbstractFactoryTest {

static void print(Drink drink){
if(drink == null){
System.out.println("产品:--" );
}else{
System.out.println("产品:" + drink.getName());
}
}

public static void main(String[] args) {
AbstractDrinksFactory chinaDrinksFactory = new ChinaDrinksFactory();
Coffee coffee = chinaDrinksFactory.createCoffee();
Tea tea = chinaDrinksFactory.createTea();
Sodas sodas = chinaDrinksFactory.createSodas();
System.out.println("中国饮品工厂有如下产品:");
print(coffee);
print(tea);
print(sodas);

AbstractDrinksFactory americaDrinksFactory = new AmericaDrinksFactory();
coffee = americaDrinksFactory.createCoffee();
tea = americaDrinksFactory.createTea();
sodas = americaDrinksFactory.createSodas();
System.out.println("美国饮品工厂有如下产品:");
print(coffee);
print(tea);
print(sodas);
}
}

运行结果为:
中国饮品工厂有如下产品:
产品:拿铁
产品:奶茶
产品:–
美国饮品工厂有如下产品:
产品:拿铁
产品:–
产品:肥宅快乐水

总结:
简单工厂:不能算是真正意义上的设计模式,但可以将客户程序从具体类解耦。

工厂方法:使用继承,把对象的创建委托给子类,由子类来实现创建方法,可以看作是抽象工厂模式中只有单一产品的情况。

抽象工厂:使对象的创建被实现在工厂接口所暴露出来的方法中。

1.3 适配器模式

适配器模式也称为变压器模式,它是把一个类的接口转换成客户端所期望的另一种接口, 从而使原本因接口不匹配而无法一起工作的两个类能够一起工作。适配类可以根据所传递的参数返还一个合适的实例给客户端。
适配器模式主要有对象适配器,类适配器和接口适配器模式三种形式的实现结构。

1、类适配器模式:采用“多继承”的实现方式,会引起程序的高耦合,所以一般不推荐使用;
class_adapter

当我们要访问的接口A中没有我们想要的方法 ,却在另一个接口B中发现了合适的方法,我们又不能改变访问接口A,在这种情况下,我们可以定义一个适配器adapter来进行中转,这个适配器实现我们访问的接口A,再继承接口B的实现类,这样我们可以在适配器中访问接口B的方法了,这时我们在适配器P中的接口A方法中直接引用B中的合适方法,这样就完成了一个简单的类适配器。
示例:
接口类:

public interface Usb {
void isUSB();
}
public interface Type_c {
void isType_c();
}

接口的实现类以及适配器:

public class Usber implements Usb {

@Override
public void isUSB() {
// TODO 自动生成的方法存根
System.out.println("USB接口!");
}
}
public class Adapter extends Usber implements Type_c{//继承实现类Usber和实现B接口
@Override
public void isType_c() {
// TODO 自动生成的方法存根
isUSB();
}
}

测试类:

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成的方法存根
Type_c t = new Adapter();
t.isType_c();
}
}

运行结果:
USB接口!

2、对象适配器模式:采用“对象组合”的方式,耦合度低,应用范围更广。
object_adapter

主要为在适配器中定义私有变量C(对象)(B接口指向变量名),再定义一个带参数的构造器用来为对象C赋值,再在A接口的方法实现中使用对象C调用其来源于B接口的方法。

示例:
接口和实现类和上例一样,下面为适配器的代码。

public class Adapter implements Type_c{

private Usb usb;
public Adapter(Usb usb) {
this.usb = usb;
}

@Override
public void isType_c() {
// TODO 自动生成的方法存根
usb.isUSB();
}
}

测试类:

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// TODO 自动生成的方法存根
Type_c t = new Adapter(new Usber());
t.isType_c();
}
}

运行结果:
USB接口!

3、接口适配器模式:通过抽象类来实现适配,这种适配稍别于上面所述的适配。

当存在一个接口,其中定义了N多的方法,而我们现在只想使用其中的一个到几个方法,如果我们直接实现接口,那么我们要对所有的方法进行实现,哪怕我们仅仅是对不需要的方法进行置空(只写一对大括号,不做具体方法实现)也会导致这个类变得臃肿,调用也不方便,这时我们可以使用一个抽象类作为中间件,即适配器,用这个抽象类实现接口,而在抽象类中所有的方法都进行置空,那么我们在创建抽象类的继承类,而且重写我们需要使用的那几个方法即可。

目标接口:A

public interface A {
void a();
void b();
void c();
void d();
void e();
void f();
}

适配器:Adapter

public abstract class Adapter implements A {
public void a(){}
public void b(){}
public void c(){}
public void d(){}
public void e(){}
public void f(){}
}

实现类:Ashili

public class Ashili extends Adapter {
public void a(){
System.out.println("实现A方法被调用");
}
public void d(){
System.out.println("实现d方法被调用");
}
}

测试类:Client

public class Client {

public static void main(String[] args) {
A a = new Ashili();
a.a();
a.d();
}
}

1.4 观察者模式

观察者模式的定义:
在对象之间定义了一对多的依赖,这样一来,当一个对象改变状态,依赖它的对象会收到通知并自动更新。也就是发布订阅模式,发布者发布信息,订阅者获取信息,订阅了就能收到信息,没订阅就收不到信息。
Observer
模式包含四个角色

抽象被观察者角色:也就是一个抽象主题,它把所有对观察者对象的引用保存在一个集合中,每个主题都可以有任意数量的观察者。抽象主题提供一个接口,可以增加和删除观察者角色。一般用一个抽象类和接口来实现。
具体被观察者角色:也就是一个具体的主题,在集体主题的内部状态改变时,所有登记过的观察者发出通知。

抽象观察者角色:为所有的具体观察者定义一个接口,在得到主题通知时更新自己
具体观察者角色:实现抽象观察者角色所需要的更新接口,一边使本身的状态与制图的状态相协调。

实例:
有一个微信公众号服务,不定时发布一些消息,关注公众号就可以收到推送消息,取消关注就收不到推送消息。

1.定义一个抽象被观察者接口

public interface Observerable {
/**
* 抽象被观察者接口
* 声明了添加、删除、通知观察者方法
*/
public void registerObserver(Observer o);
public void removeObserver(Observer o);
public void notifyObserver();
}

2.定义一个抽象观察者接口

/**
* 抽象观察者
* 定义了一个update()方法,当被观察者调用notifyObservers()方法时,观察者的update()方法会被回调。
*/
public interface Observer {
public void update(String message);
}

3.定义被观察者,实现了Observerable接口,对Observerable接口的三个方法进行了具体实现,同时有一个List集合,用以保存注册的观察者,等需要通知观察者时,遍历该集合即可。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 被观察者,也就是微信公众号服务
* 实现了Observerable接口,对Observerable接口的三个方法进行了具体实现
*/
public class WechatServer implements Observerable {

//注意到这个List集合的泛型参数为Observer接口,设计原则:面向接口编程而不是面向实现编程
private List<Observer> list;
private String message;

public WechatServer() {
list = new ArrayList<Observer>();
}

@Override
public void registerObserver(Observer o) {
list.add(o);
}

@Override
public void removeObserver(Observer o) {
if(!list.isEmpty())
list.remove(o);
}

//遍历
@Override
public void notifyObserver() {
for(int i = 0; i < list.size(); i++) {
Observer oserver = list.get(i);
oserver.update(message);
}
}

public void setInfomation(String s) {
this.message = s;
System.out.println("微信服务更新消息: " + s);
//消息更新,通知所有观察者
notifyObserver();
}
}

4.定义具体观察者,微信公众号的具体观察者为用户User

/**
* 观察者
* 实现了update方法
*/
public class User implements Observer {

private String name;
private String message;

public User(String name) {
this.name = name;
}

@Override
public void update(String message) {
this.message = message;
read();
}

public void read() {
System.out.println(name + " 收到推送消息: " + message);
}
}

测试类:
首先注册了三个用户,ZhangSan、LiSi、WangWu。公众号发布了一条消息,三个用户都收到了消息。
用户ZhangSan学习大成,取消订阅,这时公众号又推送了一条消息,此时用户ZhangSan已经收不到消息,其他用户正常收到推送消息。

public class Test {

public static void main(String[] args) {
WechatServer server = new WechatServer();

Observer userZhang = new User("ZhangSan");
Observer userLi = new User("LiSi");
Observer userWang = new User("WangWu");

server.registerObserver(userZhang);
server.registerObserver(userLi);
server.registerObserver(userWang);
server.setInfomation("学习java很简单的,就是头凉。");

System.out.println("----------------------------------------------");
server.removeObserver(userZhang);
server.setInfomation("小火汁,我看你骨骼精奇,要不要来学java。");
}
}

运行结果:
微信服务更新消息: 学习java很简单的,就是头凉。
ZhangSan 收到推送消息: 学习java很简单的,就是头凉。
LiSi 收到推送消息: 学习java很简单的,就是头凉。
WangWu 收到推送消息: 学习java很简单的,就是头凉。


微信服务更新消息: 小火汁,我看你骨骼精奇,要不要来学java。
LiSi 收到推送消息: 小火汁,我看你骨骼精奇,要不要来学java。
WangWu 收到推送消息: 小火汁,我看你骨骼精奇,要不要来学java。

最后这个模式是松偶合的。改变主题或观察者中的一方,另一方不会受到影像。