JAVA设计模式简介及⼋种常见设计模式详解
⼀、什么是设计模式
设计模式（Design pattern）是⼀套被反复使⽤、多数⼈知晓的、经过分类编⽬的、代码设计经验的总结。使⽤设计模式是为了可重⽤代码、让代码更容易被他⼈理解、保证代码可靠性。毫⽆疑问，设计模式于⼰于他⼈于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正⼯程化，设计模式是软件⼯程的基⽯，如同⼤厦的⼀块块砖⽯⼀样。项⽬中合理的运⽤设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每⼀个模式描述了⼀个在我们周围不断重复发⽣的问题，以及该问题的核⼼解决⽅案，这也是它能被⼴泛应⽤的原因。简单说：
模式：在某些场景下，针对某类问题的某种通⽤的解决⽅案。
场景：项⽬所在的环境
问题：约束条件，项⽬⽬标等
解决⽅案：通⽤、可复⽤的设计，解决约束达到⽬标。
⼆、设计模式的六⼤原则
因为设计模式就是基于这些原则的实现，所以很有必要了解这些原则，下⾯主要对⾯向对象编程的⼏个原则进⾏简单介绍。
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。
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、设计模式的三个分类
创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式⽤于解耦对象的实例化过程。
结构型模式：把类或对象结合在⼀起形成⼀个更⼤的结构。
⾏为型模式：类和对象如何交互，及划分责任和算法。
如下图所⽰：
四、各分类中模式的关键点
创建型模式
单例模式：某个类只能有⼀个实例，提供⼀个全局的访问点。
简单⼯⼚：⼀个⼯⼚类根据传⼊的参量决定创建出那⼀种产品类的实例。
⼯⼚⽅法：定义⼀个创建对象的接⼝，让⼦类决定实例化那个类。
抽象⼯⼚：创建相关或依赖对象的家族，⽽⽆需明确指定具体类。
建造者模式：封装⼀个复杂对象的构建过程，并可以按步骤构造。
原型模式：通过复制现有的实例来创建新的实例。
结构性模式
适配器模式：将⼀个类的⽅法接⼝转换成客户希望的另外⼀个接⼝。
组合模式：将对象组合成树形结构以表⽰“”部分-整体“”的层次结构。
装饰模式：动态的给对象添加新的功能。
代理模式：为其他对象提供⼀个代理以便控制这个对象的访问。
亨元（蝇量）模式：通过共享技术来有效的⽀持⼤量细粒度的对象。
外观模式：对外提供⼀个统⼀的⽅法，来访问⼦系统中的⼀接⼝。
桥接模式：将抽象部分和它的实现部分分离，使它们都可以独⽴的变化。
⾏为型模式
模板模式：定义⼀个算法结构，⽽将⼀些步骤延迟到⼦类实现。
解释器模式：给定⼀个语⾔，定义它的⽂法的⼀种表⽰，并定义⼀个解释器。
策略模式：定义⼀系列算法，把他们封装起来，并且使它们可以相互替换。
状态模式：允许⼀个对象在其对象内部状态改变时改变它的⾏为。
观察者模式：对象间的⼀对多的依赖关系。
备忘录模式：在不破坏封装的前提下，保持对象的内部状态。
中介者模式：⽤⼀个中介对象来封装⼀系列的对象交互。
命令模式：将命令请求封装为⼀个对象，使得可以⽤不同的请求来进⾏参数化。
访问者模式：在不改变数据结构的前提下，增加作⽤于⼀组对象元素的新功能。
责任链模式：将请求的发送者和接收者解耦，使的多个对象都有处理这个请求的机会。
迭代器模式：⼀种遍历访问聚合对象中各个元素的⽅法，不暴露该对象的内部结构。
五、⼋种常见设计模式详解
1、单例模式
所谓的单例设计指的是⼀个类只允许产⽣⼀个实例化对象。
最好理解的⼀种设计模式，分为懒汉式和饿汉式。
1.1、饿汉式
——构造⽅法私有化，外部⽆法产⽣新的实例化对象，只能通过static⽅法取得实例化对象
class Singleton {
/**
* 在类的内部可以访问私有结构，所以可以在类的内部产⽣实例化对象
*/
private static Singleton instance = new Singleton();
/**
* private 声明构造
*/
private Singleton() {
}
/**
* 返回对象实例
*/
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
public void print() {
System.out.println("");
}
}
1.2、懒汉式
——当第⼀次去使⽤Singleton对象的时候才会为其产⽣实例化对象的操作
class Singleton {
/**
* 声明变量
*/
private static volatile Singleton singleton = null;
/**
* 私有构造⽅法
*/
private Singleton() {
}
/**
* 提供对外⽅法
* @return
*/
public static Singleton getInstance() {
// 还未实例化
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
public void print() {
System.out.println("Hello World");
}
}
当多个线程并发执⾏ getInstance ⽅法时，懒汉式会存在线程安全问题，所以⽤到了 synchronized 来实现线程的同步，当⼀个线程获得锁的时候其他线程就只能在外等待其执⾏完
毕。⽽饿汉式则不存在线程安全的问题。
2、⼯⼚设计模式
⼯⼚模式分为⼯⼚⽅法模式和抽象⼯⼚模式。
⼯⼚⽅法模式
⼯⼚⽅法模式：
1. ⼯⼚⽅法模式分为三种：普通⼯⼚模式，就是建⽴⼀个⼯⼚类，对实现了同⼀接⼝的⼀些类进⾏实例的创建。
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，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，⽽多个⼯⼚⽅法模式是提供多个⼯⼚⽅法，分别创建对象。
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置为静态的，不需要创建实例，直接调⽤即可。
2.1、普通⼯⼚模式
建⽴⼀个⼯⼚类，对实现了同⼀接⼝的⼀些类进⾏实例的创建。
interface Sender {
void Send();
}
class MailSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SmsSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
public class FactoryPattern {
public static void main(String[] args) {
Sender sender = produce("mail");
sender.Send();
}
public static Sender produce(String str) {
if ("mail".equals(str)) {
return new MailSender();
} else if ("sms".equals(str)) {
return new SmsSender();
} else {
System.out.println("输⼊错误...");
return null;
}
}
}
2.2、多个⼯⼚⽅法模式
该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，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，⽽多个⼯⼚⽅法模式是提供多个⼯⼚⽅法，分别创建对象。interface Sender {
void Send();
}
class MailSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SmsSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SendFactory {
public Sender produceMail() {
return new MailSender();
}
public Sender produceSms() {
return new SmsSender();
}
}
public class FactoryPattern {
public static void main(String[] args) {
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender = factory.produceMail();
sender.Send();
}
}
2.3、静态⼯⼚⽅法模式
将上⾯的多个⼯⼚⽅法模式⾥的⽅法置为静态的，不需要创建实例，直接调⽤即可。
interface Sender {
void Send();
}
class MailSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SmsSender implements Sender {
@Override
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SendFactory {
public static Sender produceMail() {
return new MailSender();
}
public static Sender produceSms() {
return new SmsSender();
}
}
public class FactoryPattern {
public static void main(String[] args) {
Sender sender = SendFactory.produceMail();
sender.Send();
}
}
2.4、抽象⼯⼚模式
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，如果想要扩展程序，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？
那么这就⽤到了抽象⼯⼚模式，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。
interface Provider {
Sender produce();
}
interface Sender {
void Send();
}
class MailSender implements Sender {
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SmsSender implements Sender {
public void Send() {
System.out.println("This is ");
}
}
class SendMailFactory implements Provider {
public Sender produce() {
return new MailSender();
}
}
class SendSmsFactory implements Provider {
public Sender produce() {
return new SmsSender();
}
}
public class FactoryPattern {
public static void main(String[] args) {
Provider provider = new SendMailFactory();
Sender sender = provider.produce();
sender.Send();
}
}
3、建造者模式
⼯⼚类模式提供的是创建单个类的模式，⽽建造者模式则是将各种产品集中起来管理，⽤来创建复合对象，所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性。import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* @Author: LiuWang
* @Created: 2018/8/6 17:47
*/
abstract class Builder {
/**
* 第⼀步：装CPU
*/
public abstract void buildCPU();
/**
* 第⼆步：装主板
*/
public abstract void buildMainBoard();
/**
* 第三步：装硬盘
*/
适配器字符串是什么public abstract void buildHD();
/**
* 获得组装好的电脑
* @return
*/
public abstract Computer getComputer();
}
/**
* 装机⼈员装机
*/
class Director {
public void Construct(Builder builder) {
builder.buildCPU();
builder.buildMainBoard();
builder.buildHD();
}
}
/**
* 具体的装机⼈员
*/
class ConcreteBuilder extends Builder {
Computer computer = new Computer();
@Override
public void buildCPU() {
computer.Add("装CPU");
}
@Override
public void buildMainBoard() {
computer.Add("装主板");
}
@Override
public void buildHD() {
computer.Add("装硬盘");
}
@Override
public Computer getComputer() {
return computer;
}
}
class Computer {
/**
* 电脑组件集合
*/
private List<String> parts = new ArrayList<String>();
public void Add(String part) {
parts.add(part);
}
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