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1.设计模式 1.1 设计模式分类 一图流:
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:
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;
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。
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。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。