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最全Java设计模式详解

luoriw 2023-10-19 13:54:17 后端开发 24 ℃ 0 评论

设计模式是很多程序员总结出来的最佳实践。曾经在刚开始写项目的时候学习过设计模式,在开发过程中,也主动或者被动的使用过。现在写代码虽说不会特意明确在用哪种设计模式,但潜移默化的写出来公认的最佳实践代码,毕竟看的比较清爽。

为什么再看一遍设计模式,主要有几个原因:第一,很多优秀的源码基本都使用了设计模式,明确设计模式能够更好的看源码。第二,很多中间件设计理念也是基于设计模式的,还有其他的语言,都有自己的设计最佳实践。对于我来说,设计模式始于java,不止于java。第三,有了这种规范,可以更好的和他人沟通,言简意赅。

今天小编就分享一些常见的java设计模式。

设计模式原则

很多优秀的文章和书籍都讲的很明白了,我说下自己的体会。

1.单一职责原则,就是一个类只负责做一件事情。这样就可以做到解耦合的效果,让代码看起来比较清爽,也体现了java的封装性。还有个原则叫迪米特法则,就是一个对象对另一个对象有尽量少的了解,说的也是解耦合的事情。

2.里氏替换原则和依赖导致原则,说的是继承的事情。父类可以做的事情,子类都可以去做,子类可以尽量去依赖父类去做事情;但是反过来,父类不能依赖子类去做一些事情。体现了java的继承特性。

3.接口隔离原则,接口也应该尽可能的隔离开来。其实类写多了,的确耦合性低,为了让他们交流起来,用的最多的就是接口,毕竟只需要知道做什么,怎么做,去访问那个具体的类吧。

4.开闭原则,对修改关闭,对拓展开放。就是代码需要有很好的延展性,对原有代码结构不能破坏。

创建者模式

1.简单工厂模式

这个用的比较少,就是有个工厂,告诉你我要什么东西,你造好了给我就行。比如说:

public interface Ball { public String create();}public class Soccer implements Ball { @Override public String create() { return "give you a soccer"; }}public class BasketBall implements Ball { @Override public String create() { return "give you a basketBall"; }}public class EasyBallFactory { public static Ball createBall(String name){ if (name.equals("basketball")){ return new BasketBall(); }else if(name.equals("soccer")){ return new Soccer(); }else { return null; } } public static void main(String[] args) { Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer"); Ball basketBall = EasyBallFactory.createBall("basketball"); System.out.println(soccer.create()); //give you a soccer System.out.println(basketBall.create()); //give you a basketBall }}

2.工厂模式

这个其实和简单工厂模式差不太多,就是将工厂继续拆分,比如说刚刚EasyBallFactory是一个总工,我们现在拆分SoccerFactory和BasketBallFactory分别生产足球和篮球。某个工厂内部可以根据需求生产不同的产品,比如说soccer可以生产不同大小的出来。

public interface BallFactory { public Ball create();}public class SoccerFactory implements BallFactory { @Override public Ball create() { //do something return null; }}public class BasketBallFactory implements BallFactory { @Override public Ball create() { //do something return null; }}

3.抽象工厂模式

抽象工厂模式主要设计产品组的概念,就是某一个工厂生产出配套的一系列产品。例如,在生产足球的同时,SoccerFactory还可以生产与之配套的足球杂志。

public interface Journal { public String create();}public class SoccerJournal implements Journal{ @Override public String create() { return "give you a Soccer Journal..."; }}public class SoccerFactory implements BallFactory { @Override public Ball create() { return new Soccer(); } public Journal createJournal(){ return new SoccerJournal(); }}

4.单例模式

单例模式有很多种形式,最佳实践应该是两重判断,保证只new出来一个。单例可以说是非常普遍的设计模式了。单例就是指在服务容器的生命周期中只能有这么一个。比如说Servlet、Spring中注入的Bean等等都是单例的。

public class ShiroUtils { public static Session session; public static Session getSession() { if (session == null){ synchronized(ShiroUtils.class){ if (session == null){ session = SecurityUtils.getSubject().getSession(); } } } return session; }}

5.建造者模式

将一个复杂对象分布创建。如果一个超大的类的属性特别多,我们可以把属性分门别类,不同属性组成一个稍微小一点的类,再把好几个稍微小点的类窜起来。比方说一个电脑,可以分成不同的稍微小点的部分CPU、主板、显示器。CPU、主板、显示器分别有更多的组件,不再细分。

@Datapublic class Computer{ private CPU cpu;//cpu 是个接口,有不同实现如InterCPU AMDCPU 等等 private MainBoard mainBoard;//mainBoard 是个接口,有不同的实现 private DisPlayer disPlayer;//disPlayer 是个接口,有不同的实现}public abstract class Builder { abstract void buildCPU(); abstract void buildMainBoard(); abstract void buildDisPlayer(); abstract Computer createComputer(); } public class XiaoMiBuilder extends Builder{ private Computer computer = new Computer(); @Override void buildCPU() { computer.setCpu(new InterCPU()); } @Override void buildMainBoard() { computer.setMainBoard(new AMainBoard()); } @Override void buildDisPlayer() { computer.setDisPlayer(new ADisPlayer()); } @Override Computer createComputer() { return computer; }}

SpringBoot实现了0配置,几乎所有的配置都写到了java代码中,大量的配置不得不让配置类采用建造者模式,这样层次比较清晰。

6.原型模式

原型模式用的比较少,用于创建重复对象。需要实现Cloneable 可以选择重写clone()方法。clone分为浅克隆和深克隆。浅克隆只是克隆引用,对象还是一个。深克隆是对象也新创建了一个,如下:

@Data@Builderpublic class User implements Cloneable{ private String name; private int age; @Override protected User clone() throws CloneNotSupportedException { return new User(this.name,this.age); } public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { User user1 = new User("pjjlt",25); User user2 = user1.clone(); user1.setAge(18); System.out.println(user2.getAge()); //25 }}

2.工厂模式

这个其实和简单工厂模式差不太多,就是将工厂继续拆分,比如说刚刚EasyBallFactory是一个总工,我们现在拆分SoccerFactory和BasketBallFactory分别生产足球和篮球。某个工厂内部可以根据需求生产不同的产品,比如说soccer可以生产不同大小的出来。

public interface BallFactory { public Ball create();}public class SoccerFactory implements BallFactory { @Override public Ball create() { //do something return null; }}public class BasketBallFactory implements BallFactory { @Override public Ball create() { //do something return null; }}

结构型模式

7.代理模式

Spring的AOP用的是动态代理,何为动态不看了,用过Spring的小伙伴都知道吧。单纯看一下最基础代理模式是什么样的。代理就是,一个对象辅助另一个对象去做某件事,同时还可以增加一点辅助功能。例如,你买车,的确是你花钱把车买到了,但是你不可能直接去和厂家谈吧,你应该通过4S店购买,同时4S店帮助你入保险扣税等操作,最终你才得到了你想要的车。

public interface Buy { public void buyCar();}public class People implements Buy { @Override public void buyCar() { System.out.println("you get a car"); }}public class ProxyPeople implements Buy{ private People people; public ProxyPeople(People people){ this.people=people; } @Override public void buyCar() { System.out.println("4s店帮你纳税、上保险..."); people.buyCar(); } public static void main(String[] args) { Buy buy = new ProxyPeople(new People()); buy.buyCar(); }}//输出:4s店帮你纳税、上保险...you get a car

8.适配器模式

适配器,顾名思义,是让两个不兼容的东西可以一起工作。例如插座的电源是220V,手机直接给他220V 50HZ的交流电我相信一般都会直接炸了(除了诺基亚...)手机充电器就进行了适配,将电压变小,交流电变成直流电。除了这种需要改变属性的操作(比较好说,不举例子了),适配器还用于在接口继承方面。假设一个顶级接口有一大堆方法需要实现类实现,我新写了个类只是想选择的实现一两个接口,那其他的方法我是不是都需要实现一下,即使是空实现(单纯实现,不进行任何逻辑操作),这是我们就需要一个适配器类,空实现那些方法,我的新类只需要继承这个适配器类就好了,要是想实现某个方法,只需要重写掉配置类中对应的方法就好。这种模式基本都会用到,毕竟谁的代码还没个顶级接口啊。

public interface ATopIntf { public void one(); public void two(); public void three();}public class Adapter implements ATopIntf { @Override public void one() { } @Override public void two() { } @Override public void three() { }}public class You extends Adapter { @Override public void one() { super.one(); System.out.println("one"); }}

9.桥接模式

就是用于抽象化和实现化的解耦。又是解耦,貌似设计模式就是教我们如何优雅的解耦。提高了代码的拓展性,并且可以实现代码的动态切换。最开始的Ball、Soccer、BasketBall接着用,增加新的类

public class BallCut { private Ball ball; public Ball getBall() { return ball; } public void setBall(Ball ball) { this.ball = ball; } public void create(){ System.out.println(ball.create()); } public static void main(String[] args) { BallCut ballCut = new BallCut(); ballCut.setBall(new Soccer()); ballCut.create(); //give you a soccer ballCut.setBall(new BasketBall()); ballCut.create(); //give you a basketBall }}

10.装饰模式

一个装饰类,在原来类的基础上增加一点功能。是不是和代理模式很像,我甚至可以将整个代码搬过来照样可以说的通的。这两个模式意思上有点差别,代理模式是原对象做不了那件事,必须让代理对象去做,主导侧重于代理对象,比如说买车。装饰模式是说,就是让原对象直接去做这件事,只是功能上增强一点,主导在于原对象。比如说炒菜的时候撒点盐。

11.外观模式

又称门面模式,就是一个门面,一个操作无需让对象知道其内部实现的复杂度,尽量让用户感知到是非常简单的。这就是为什么我们controller层尽量(或者说一定)少些业务逻辑,让controller层只是起到一个传参和通用性参数校验的功能,剩下的全交给service去做吧。我们还需要在代码中不断将“长得”特别长的代码封装成一个方法,“让处处都有好看的外观”。看一下我们曾写过的代码,这里只起到了传参的作用,究竟这个足球是怎么创建出来的,客户端不必担心。

public static void main(String[] args) { Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer"); System.out.println(soccer.create()); //give you a soccer }

12.组合模式

组合模式是将存在某种包含关系的数据组织在一起,典型的例子就是树状结构。例如菜单功能,一个菜单除了自己该有的属性,还可能包含子菜单,创建的时候可以使用递归的方法。

@Datapublic class Menu{ private String name; private int type; private ListchildMenus;}

13.享元模式

享元模式尽可能的让用户复用已经有的对象,从而避免造成反复创建对象的资源浪费。首先就会想到数据库连接池还有String常量池,延伸一下,几乎所有和缓存有关的代码,多少都会用到享元模式。享元模式要求大部分的对象可以外部化。这边要说两个概念,享元模式对象的属性可以分为两个部分,内部状态和外部状态,内部状态是指不会随环境而改变的值,比如说个人信息,外部状态是指随环境改变的值,不能进行共享的信息,如某大学生选修的课程。

public abstract class Flyweight { //内部状态 private String name; private String age; //外部状态 private final String subject; protected Flyweight(String subject) { this.subject = subject; } //行为 public abstract void exam(); public String getSubject() { return subject; }}public class RealFlyweight extends Flyweight { @Override public void exam() { System.out.println(this.getSubject()+" is examing..."); } public RealFlyweight(String subject){ super(subject); }}public class FlyweightFactory { //定义一个池子 private static HashMap pool= new HashMap(); public static Flyweight getFlyweight(String subject){ Flyweight flyweight =null; if (pool.containsKey(subject)){ flyweight=pool.get(subject); }else { flyweight = new RealFlyweight(subject); pool.put(subject,flyweight); } return flyweight; } public static void main(String[] args) { System.out.println(pool.size());//0 getFlyweight("math"); System.out.println(pool.size());//1 getFlyweight("english"); System.out.println(pool.size());//2 getFlyweight("math"); System.out.println(pool.size());//2 }}

行为型模式

14.策略模式

定义一组算法, 将每个算法都封装起来, 并且使它们之间可以互换。可以说是一组算法的封装,根据客户端给出的不同要求,进行不同的运算。比如下面这个简易计算器。

public interface Strategy { public int doOperation(int num1, int num2);}public class OperationAdd implements Strategy{ @Override public int doOperation(int num1, int num2) { return num1 + num2; }}public class OperationSubstract implements Strategy{ @Override public int doOperation(int num1, int num2) { return num1 - num2; }}public class Context { private Strategy strategy; public Context(Strategy strategy){ this.strategy = strategy; } public int executeStrategy(int num1, int num2){ return strategy.doOperation(num1, num2); }}public class StrategyPatternDemo { public static void main(String[] args) { Context context = new Context(new OperationAdd()); System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5)); context = new Context(new OperationSubstract()); System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5)); }}

15.观察者模式

定义了一种一对多的依赖关系,当一个对象(被观察者)状态改变的时候,所有依赖于该对象的观察者都会被通知,从而进行相关操作。很多中间件都依赖于观察者模式,例如RabbitMQ,还有那些事件驱动模型(好像node就是)。下面举个例子,被观察者是监考老师,考试时间结束,通知所有观察者学生上交试卷。

@Datapublic class Student { private String name; public Student(String name){ this.name=name; } public void dosomething(){ System.out.println(getName()+"交卷了"); }}public class Teacher { private Set students = new HashSet<>(); public void addStudent(Student student){ students.add(student); } public void removeStudent(Student student){ students.remove(student); } public void doNotify(){ for(Student student:students){ student.dosomething(); } } public static void main(String[] args) { Teacher teacher = new Teacher(); Student student = new Student("张三"); Student student1 = new Student("李四"); teacher.addStudent(student); teacher.addStudent(student1); teacher.doNotify(); }}

16.责任链模式

责任链模式为请求创建一个接收者对象的链,对发送者和接受者进行解耦合。filter链就是责任链模式。

public abstract class Handler { //下一个处理者 private Handler nextHandler; public final Response handleMessage(Request request){ Response response =null; if (this.getHandlerLevel().equals(request.getRequestLevel())){ response = this.echo(request); }else { if (this.nextHandler!=null){ //传递给下一个 response = this.nextHandler.handleMessage(request); }else { response =new Response() } } return response; } public Handler getNextHandler() { return nextHandler; } public void setNextHandler(Handler nextHandler) { this.nextHandler = nextHandler; } protected abstract Level getHandlerLevel(); protected abstract Response echo(Request request);}

17.模板方式模式

一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现,但调用将以抽象类中定义的方式进行。SpringBoot为用户封装了很多继承代码,都用到了模板方式,例如那一堆XXXtemplate。

public abstract class DBTemplate { abstract void open(); abstract void select(); abstract void close(); //一个搜索模板 public final void selectTemplate(){ open(); select(); close(); }}public class MysqlDB extends DBTemplate { @Override void open() { System.out.println("Mysql open..."); } @Override void select() { System.out.println("Mysql select..."); } @Override void close() { System.out.println("Mysql close..."); } public static void main(String[] args) { DBTemplate mysql = new MysqlDB(); mysql.selectTemplate(); }}

18.状态模式

简单来说,就是一个对象有不同的状态,根据状态不同,可能有不同的行为。

public interface State { public void doAction(Context context);}public class StartState implements State { public void doAction(Context context) { System.out.println("Player is in start state"); context.setState(this); } public String toString(){ return "Start State"; }}public class StopState implements State { public void doAction(Context context) { System.out.println("Player is in stop state"); context.setState(this); } public String toString(){ return "Stop State"; }}public class Context { private State state; public Context(){ state = null; } public void setState(State state){ this.state = state; } public State getState(){ return state; }}public class StatePatternDemo { public static void main(String[] args) { Context context = new Context(); StartState startState = new StartState(); startState.doAction(context); System.out.println(context.getState().toString()); StopState stopState = new StopState(); stopState.doAction(context); System.out.println(context.getState().toString()); }}

19.迭代器模式

提供一个方法,可以顺序访问一个对象内部的各个元素,不需要知道内部构造。现在基本很少自己实现迭代器了,基本成熟的框架或者强大的JDK都会给出访问的方法,比如说java中iterator。这样做主要是进一步封装对象内部的结构,让行为和结构想耦合。这个不举例子了,用过iterator这个的小伙伴应该都清楚,就是不停的next,去访问下一个元素。

20.命令模式

命令模式是将请求以命令的形式包裹在对象中,并传递给对象,调用对象寻找到处理该命令的合适的对象,并将该命令传递给相应的对象,该对象执行。简单点说就是不同请求都封装成一个对象,不同的请求调用不同的执行者。

//真正干活的对象public class Receiver { public void doSomething(){ System.out.println("Receiver干活"); }}//命令对象public abstract class Command { public abstract void exectue();}//命令实现类public class ConcreteComand extends Command{ //干活那个 private Receiver receiver; public ConcreteComand(Receiver receiver) { this.receiver = receiver; } @Override public void exectue() { this.receiver.doSomething(); } public static void main(String[] args) { Receiver receiver = new Receiver(); Command command =new ConcreteComand(receiver); command.exectue();//Receiver干活 }}

21.访问者模式

当对特定角色进行访问的时候,需要通过访问者进行访问。一个对象不太方便被你直接访问的时候,你需要将自己的引用交给访问者,通过访问者去访问该对象。比如说,化学课,想看一个细胞结构,由于肉眼无法直接看到微观世界的玩意,需要通过显微镜间接访问。

22.中介者模式

降低对象或者说事物之间通讯的复杂性,降低耦合。比如说分布式系统中,不是需要实时反馈的操作,我们无需直接对接,只需将想做的事告诉中间件,中间件告诉另外一个系统。比如说,访问(用户点击)一条新闻操作,同时需要记录是谁访问了什么新闻,同时给新闻浏览次数加1,还要实时更新用户喜好...总之要更新n个数据库表,甚至还要操作像ES,Mongo等多个中间件数据。但是对于用户来说,我只是做了一个点击操作,希望得到的结果就是看条新闻啊,你这么多操作,搞这么慢,用户体验很差啊,而且并发量也很低,那不如做成两个小系统,A系统,拉取新闻,推送,并组装一个信息扔给MQ中间件,ok,结束,用户看到新闻。然后B系统监听,得到这个消息,进行各种更新,这里,这个中间件就是我们的中介。再比如说,MVC中的控制层就是展示层和模型层的中介。再比如说,下面这个聊天室:

public class ChatRoom { public static void showMessage(User user, String message){ System.out.println(new Date().toString() + " [" + user.getName() +"] : " + message); }}@Datapublic class User { private String name; public User(String name){ this.name = name; } public void sendMessage(String message){ ChatRoom.showMessage(this,message); } public static void main(String[] args) { User robert = new User("Robert"); User john = new User("John"); robert.sendMessage("Hi! John!"); john.sendMessage("Hello! Robert!"); }}

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