德龙的博客
0%

设计模式

Posted on

创建型

单例

Intent
确保一个类只有一个实例，并提供该实例的全局访问点。

Class Diagram
使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。

私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
public class Singleton {
    /*
        以下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。

        这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null) ，并且此时 uniqueInstance 为 null，
        那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将导致实例化多次 uniqueInstance。
     */
    private static Singleton uniqueInstance;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getUniqueInstance(){
        if (uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
    /*
        Ⅱ 饿汉式-线程安全
        线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化多次，采取直接实例化 uniqueInstance 的方式就不会产生线程不安全问题。
        但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的好处。
     */
    private static Singleton uniqueInstance2 = new Singleton();
    /*
        Ⅲ 懒汉式-线程安全
只需要对 getUniqueInstance() 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，从而避免了实例化多次 uniqueInstance。

但是当一个线程进入该方法之后，其它试图进入该方法的线程都必须等待，
即使 uniqueInstance 已经被实例化了。这会让线程阻塞时间过长，因此该方法有性能问题，不推荐使用。
     */
    public static synchronized Singleton getUniqueInstance2(){
        if (uniqueInstance == null){
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
    /*
    Ⅳ 双重校验锁-线程安全
uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行，
只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。

双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。
     */
    public static Singleton getUniqueInstance3(){
        if (uniqueInstance == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (uniqueInstance==null){
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
    /*
    考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的情况下，如果两个线程都执行了 if 语句，
    那么两个线程都会进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作，但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton();
    这条语句，只是先后的问题，那么就会进行两次实例化。因此必须使用双重校验锁，也就是需要使用两个 if 语句：
    第一个 if 语句用来避免 uniqueInstance 已经被实例化之后的加锁操作，而第二个 if 语句进行了加锁，
    所以只能有一个线程进入，就不会出现 uniqueInstance == null 时两个线程同时进行实例化操作。
    if (uniqueInstance == null) {
    synchronized (Singleton.class) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
}
     */
    /*
    Ⅴ 静态内部类实现
当 Singleton 类被加载时，静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。
只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载，
此时初始化 INSTANCE 实例，并且 JVM 能确保 INSTANCE 只被实例化一次。

这种方式不仅具有延迟初始化的好处，而且由 JVM 提供了对线程安全的支持。
     */
    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE =new Singleton();
    }
    public static Singleton getUniqueInstance4(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

}

简单工厂

Intent
在创建一个对象时不向客户暴露内部细节，并提供一个创建对象的通用接口。

Class Diagram
简单工厂把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个具体子类来实例化。

这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，那么所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
public interface Product {
}
public class ConcreteProduct implements Product {
}
public class ConcreteProduct1 implements Product {
}
public class ConcreteProduct2 implements Product {
}
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        int type = 1;
        Product product;
        if (type == 1) {
            product = new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            product = new ConcreteProduct2();
        } else {
            product = new ConcreteProduct();
        }
        // do something with the product
    }
}
/**
实现
*/
public class SimpleFactory {

    public Product createProduct(int type) {
        if (type == 1) {
            return new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            return new ConcreteProduct2();
        }
        return new ConcreteProduct();
    }
}

工厂方法

Intent
定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化操作推迟到子类。

Class Diagram
在简单工厂中，创建对象的是另一个类，而在工厂方法中，是由子类来创建对象。

下图中，Factory 有一个 doSomething() 方法，这个方法需要用到一个产品对象，
这个产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的，需要由子类去实现。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
public abstract class Factory {
    abstract public Product factoryMethod();
    public void doSomething() {
        Product product = factoryMethod();
        // do something with the product
    }
}
public class ConcreteFactory extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}
public class ConcreteFactory1 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct1();
    }
}
public class ConcreteFactory2 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

抽象工厂

Intent
提供一个接口，用于创建 相关的对象家族 。

Class Diagram
抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。

抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象，AbstractFactory 中的 createProductA() 和 createProductB() 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂方法模式的定义。

至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 需要同时创建出这两个对象。

从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbstractFactory，而工厂方法模式使用了继承。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
public class AbstractProductA {
}
public class AbstractProductB {
}
public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}
public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}
public class ProductB1 extends AbstractProductB {
}
public class ProductB2 extends AbstractProductB {
}
public abstract class AbstractFactory {
    abstract AbstractProductA createProductA();
    abstract AbstractProductB createProductB();
}
public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}
public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
        AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
        AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB();
        // do something with productA and productB
    }
}

生成器

Intent
封装一个对象的构造过程，并允许按步骤构造。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
/**
 * 设计模式的生成器
 * 模仿StringBuilder
 * @Author 87312
 */
public class AbstractStringBuilder {

    protected char[] value;

    protected int count;
    //构造方法
    public AbstractStringBuilder(int capacity){
        count=0;
        value = new char[capacity];
    }

    public AbstractStringBuilder append(char c){
        ensureCapacityInternal(count+1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity){
        if (minimumCapacity - value.length>0){
            expandCapacity(minimumCapacity);
        }
    }

    void expandCapacity(int minimumCapacity){
        int newCapacity = value.length*2+2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0){
            newCapacity = minimumCapacity;
        }
        if (newCapacity < 0 ){
            if (minimumCapacity<0) throw new OutOfMemoryError();// overflow
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value,newCapacity);
    }
}

原型模式

Intent
使用原型实例指定要创建对象的类型，通过复制这个原型来创建新对象。
一般原型模式写的是深克隆，即克隆出一个完全一样和本地不是一个地址的对象。 

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
public class Prototype implements Cloneable{
    interface  Pro{
         Object myClone() throws CloneNotSupportedException;
    }
    public static class Plane implements Cloneable, Serializable {
        private String name;	//附件名

        private Date data;

        public Date getData() {
            return data;
        }

        public void setData(Date data) {
            this.data = data;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
        public void download() {
            System.out.println("下载附件"+name);
        }
        @Override
        public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
            Object object = super.clone();
            // 实现深度克隆(deep clone)
            Plane plane = (Plane)object;
            plane.data = (Date) this.data.clone();
            return object;
        }
    }
    @Test
    public void ll() throws CloneNotSupportedException {
        Plane plane = new Plane();
        plane.setData(new Date());
        System.out.println(plane);
        System.out.println(new Plane());
        System.out.println(plane.clone());
    }
}

行为型

责任链

Intent
使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链发送该请求，直到有一个对象处理它为止。

Class Diagram
Handler：定义处理请求的接口，并且实现后继链（successor）

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
public class ChainOfResponsibility {
    public class Request {

        private RequestType type;
        private String name;


        public Request(RequestType type, String name) {
            this.type = type;
            this.name = name;
        }


        public RequestType getType() {
            return type;
        }


        public String getName() {
            return name;
        }
    }
    public enum RequestType {
        TYPE1, TYPE2
    }
    abstract class Handler {

        protected Handler successor;


        public Handler(Handler successor) {
            this.successor = successor;
        }


        protected abstract void handleRequest(Request request);
    }
    public class ConcreteHandler1 extends Handler {

        public ConcreteHandler1(Handler successor) {
            super(successor);
        }


        @Override
        protected void handleRequest(Request request) {
            if (request.getType() == RequestType.TYPE1) {
                System.out.println(request.getName() + " is handle by ConcreteHandler1");
                return;
            }
            if (successor != null) {
                successor.handleRequest(request);
            }
        }
    }
    public class ConcreteHandler2 extends Handler {

        public ConcreteHandler2(Handler successor) {
            super(successor);
        }


        @Override
        protected void handleRequest(Request request) {
            if (request.getType() == RequestType.TYPE2) {
                System.out.println(request.getName() + " is handle by ConcreteHandler2");
                return;
            }
            if (successor != null) {
                successor.handleRequest(request);
            }
        }
    }
    @Test
    public void test(){
        Handler handler1 = new ConcreteHandler1(null);
        Handler handler2 = new ConcreteHandler2(handler1);

        Request request1 = new Request(RequestType.TYPE1, "request1");
        handler2.handleRequest(request1);

        Request request2 = new Request(RequestType.TYPE2, "request2");
        handler2.handleRequest(request2);

    }
}

命令

Intent
将命令封装成对象中，具有以下作用：

使用命令来参数化其它对象
将命令放入队列中进行排队
将命令的操作记录到日志中
支持可撤销的操作
Class Diagram
Command：命令
Receiver：命令接收者，也就是命令真正的执行者
Invoker：通过它来调用命令
Client：可以设置命令与命令的接收者

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78

/**
 * @Author 87312
 */
public class CommandModel {
    interface Command {
        void execute();
    }
    public class Light {

        public void on() {
            System.out.println("Light is on!");
        }

        public void off() {
            System.out.println("Light is off!");
        }
    }
    public class LightOnCommand implements Command {
        Light light;

        public LightOnCommand(Light light) {
            this.light = light;
        }

        @Override
        public void execute() {
            light.on();
        }
    }
    public class LightOffCommand implements Command {
        Light light;

        public LightOffCommand(Light light) {
            this.light = light;
        }

        @Override
        public void execute() {
            light.off();
        }
    }
    public class Invoker{
        private Command[] onCommands;
        private Command[] offCommands;
        private final int slotNum = 7;
        public Invoker() {
            this.onCommands = new Command[slotNum];
            this.offCommands = new Command[slotNum];
        }
        public void setOnCommand(Command command, int slot) {
            onCommands[slot] = command;
        }

        public void setOffCommand(Command command, int slot) {
            offCommands[slot] = command;
        }

        public void onButtonWasPushed(int slot) {
            onCommands[slot].execute();
        }

        public void offButtonWasPushed(int slot) {
            offCommands[slot].execute();
        }
    }
    @Test
    public void test(){
        Invoker invoker = new Invoker();
        Light light = new Light();
        Command lightOnCommand = new LightOnCommand(light);
        Command lightOffCommand = new LightOffCommand(light);
        invoker.setOnCommand(lightOnCommand, 1);
        invoker.setOffCommand(lightOffCommand, 1);
        invoker.onButtonWasPushed(1);
        invoker.offButtonWasPushed(1);
    }
}

解释器

提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

主要解决：对于一些固定文法构建一个解释句子的解释器。

Implementation
以下是一个规则检验器实现，具有 and 和 or 规则，通过规则可以构建一颗解析树，用来检验一个文本是否满足解析树定义的规则。

例如一颗解析树为 D And (A Or (B C))，文本 “D A” 满足该解析树定义的规则。

这里的 Context 指的是 String。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
/**为语言创建解释器，通常由语言的语法和语法分析来定义。
 * @Author 87312
 */
public class Interpreter {
    public abstract class Expression {
        public abstract boolean interpret(String str);
    }
    public class TerminalExpression extends Expression {

        private String literal = null;

        public TerminalExpression(String str) {
            literal = str;
        }

        public boolean interpret(String str) {
            StringTokenizer st = new StringTokenizer(str);
            while (st.hasMoreTokens()) {
                String test = st.nextToken();
                if (test.equals(literal)) {
                    System.out.println("执行interpret");
                    return true;
                }
            }
            System.out.println("执行interpret");
            return false;
        }
    }
    public class AndExpression extends Expression {

        private Expression expression1 = null;
        private Expression expression2 = null;

        public AndExpression(Expression expression1, Expression expression2) {
            this.expression1 = expression1;
            this.expression2 = expression2;
        }

        public boolean interpret(String str) {
            System.out.println("执行interpret");
            return expression1.interpret(str) && expression2.interpret(str);
        }
    }
    public class OrExpression extends Expression {
        private Expression expression1 = null;
        private Expression expression2 = null;

        public OrExpression(Expression expression1, Expression expression2) {
            this.expression1 = expression1;
            this.expression2 = expression2;
        }

        public boolean interpret(String str) {
            System.out.println("执行interpret");
            return expression1.interpret(str) || expression2.interpret(str);
        }
    }
    /**
     * 构建解析树
     */
    public  Expression buildInterpreterTree() {
        // Literal
        Expression terminal1 = new TerminalExpression("A");
        Expression terminal2 = new TerminalExpression("B");
        Expression terminal3 = new TerminalExpression("C");
        Expression terminal4 = new TerminalExpression("D");
        // B C
        Expression alternation1 = new OrExpression(terminal2, terminal3);
        // A Or (B C)
        Expression alternation2 = new OrExpression(terminal1, alternation1);
        // D And (A Or (B C))
        return new AndExpression(terminal4, alternation2);
    }
    @Test
    public void test(){
        Expression define = buildInterpreterTree();
        String context1 = "D A";
        String context2 = "A B";
        System.out.println(define.interpret(context1));
        System.out.println(define.interpret(context2));
    }
}

迭代器

Java 和 .Net 编程环境中非常常用的设计模式。这种模式用于顺序访问集合对象的元素，不需要知道集合对象的底层表示。迭代器模式属于行为型模式。

主要解决：不同的方式来遍历整个整合对象。
分为三步：

  • 1、创建接口:
  • 2、创建实现了接口的实体类。
  • 3、使用.来获取迭代器，并打印名字。
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
    17
    18
    19
    20
    21
    22
    23
    24
    25
    26
    27
    28
    29
    30
    31
    32
    33
    34
    35
    36
    37
    38
    39
    40
    41
    42
    43
    44
    45
    46
    47
    48
    49
    50
    51
    52
    53
    54
    55
    56
    57
    58
    /**迭代器 提供一种顺序访问聚合对象元素的方法，并且不暴露聚合对象的内部表示。
     * @Author 87312
     */
    public class Iterator {

        public interface Aggregate {
            Iterator2 createIterator();
        }
        public class ConcreteAggregate implements Aggregate {

            private Integer[] items;

            public ConcreteAggregate() {
                items = new Integer[10];
                for (int i = 0; i < items.length; i++) {
                    items[i] = i;
                }
            }

            @Override
            public Iterator2 createIterator() {
                return new ConcreteIterator<Integer>(items);
            }
        }
        public interface Iterator2<Item> {

            Item next();

            boolean hasNext();
        }
        public class ConcreteIterator<Item> implements Iterator2 {

            private Item[] items;
            private int position = 0;

            public ConcreteIterator(Item[] items) {
                this.items = items;
            }

            @Override
            public Object next() {
                return items[position++];
            }

            @Override
            public boolean hasNext() {
                return position < items.length;
            }
        }
        @Test
        public void test(){
            ConcreteAggregate aggregate = new ConcreteAggregate();
            Iterator2 iterator = aggregate.createIterator();
            while (iterator.hasNext()){
                System.out.println(iterator.next());
            }
        }
    }

    中介者

    备忘录

    观察者

    状态

    策略

    模板方法

    访问者

    空对象

    结构型

    适配器

    桥接

    组合

    装饰

    外观

    享元

    代理