设计模式.docx
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设计模式
一、创建模式
1、Factory
工厂模式定义:
提供创建对象的接口.
为何使用?
工厂模式是我们最常用的模式了,著名的Jive论坛,就大量使用了工厂模式，工厂模式在Java程序系统可以说是随处可见。
为什么工厂模式是如此常用？
因为工厂模式就相当于创建实例对象的new，我们经常要根据类Class生成实例对象，如Aa=newA（）工厂模式也是用来创建实例对象的，所以以后new时就要多个心眼，是否可以考虑实用工厂模式，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。
我们以类Sample为例，如果我们要创建Sample的实例对象:
Samplesample=newSample（）;
可是，实际情况是，通常我们都要在创建sample实例时做点初始化的工作,比如赋值查询数据库等。
首先，我们想到的是，可以使用Sample的构造函数，这样生成实例就写成:
Samplesample=newSample（参数）;
但是，如果创建sample实例时所做的初始化工作不是象赋值这样简单的事，可能是很长一段代码，如果也写入构造函数中，那你的代码很难看了（就需要Refactor重整）。
为什么说代码很难看，初学者可能没有这种感觉，我们分析如下，初始化工作如果是很长一段代码，说明要做的工作很多，将很多工作装入一个方法中，相当于将很多鸡蛋放在一个篮子里，是很危险的，这也是有背于Java面向对象的原则，面向对象的封装（Encapsulation）和分派（Delegation）告诉我们，尽量将长的代码分派“切割”成每段，将每段再“封装”起来（减少段和段之间偶合联系性），这样，就会将风险分散，以后如果需要修改，只要更改每段，不会再发生牵一动百的事情。
在本例中，首先，我们需要将创建实例的工作与使用实例的工作分开,也就是说，让创建实例所需要的大量初始化工作从Sample的构造函数中分离出去。
这时我们就需要Factory工厂模式来生成对象了，不能再用上面简单newSample（参数）。
还有,如果Sample有个继承如MySample,按照面向接口编程,我们需要将Sample抽象成一个接口.现在Sample是接口,有两个子类MySample和HisSample.我们要实例化他们时,如下:
Samplemysample=newMySample（）;
Samplehissample=newHisSample（）;
随着项目的深入,Sample可能还会"生出很多儿子出来",那么我们要对这些儿子一个个实例化,更糟糕的是,可能还要对以前的代码进行修改:
加入后来生出儿子的实例.这在传统程序中是无法避免的.
但如果你一开始就有意识使用了工厂模式,这些麻烦就没有了.
工厂方法
你会建立一个专门生产Sample实例的工厂:
publicclassFactory{
publicstaticSamplecreator（intwhich）{
//getClass产生Sample一般可使用动态类装载装入类。
if（which==1）
returnnewSampleA（）;
elseif（which==2）
returnnewSampleB（）;
}
}
那么在你的程序中,如果要实例化Sample时.就使用
SamplesampleA=Factory.creator
（1）;
这样,在整个就不涉及到Sample的具体子类,达到封装效果,也就减少错误修改的机会,这个原理可以用很通俗的话来比喻:
就是具体事情做得越多,越容易范错误.这每个做过具体工作的人都深有体会,相反,官做得越高,说出的话越抽象越笼统,范错误可能性就越少.好象我们从编程序中也能悟出人生道理?
呵呵.
使用工厂方法要注意几个角色，首先你要定义产品接口，如上面的Sample,产品接口下有Sample接口的实现类,如SampleA,其次要有一个factory类，用来生成产品Sample，如下图，最右边是生产的对象Sample：
进一步稍微复杂一点，就是在工厂类上进行拓展，工厂类也有继承它的实现类concreteFactory了。
抽象工厂
工厂模式中有:
工厂方法（FactoryMethod）抽象工厂（AbstractFactory）.
这两个模式区别在于需要创建对象的复杂程度上。
如果我们创建对象的方法变得复杂了,如上面工厂方法中是创建一个对象Sample,如果我们还有新的产品接口Sample2.
这里假设：
Sample有两个concrete类SampleA和SamleB，而Sample2也有两个concrete类Sample2A和SampleB2
那么，我们就将上例中Factory变成抽象类,将共同部分封装在抽象类中,不同部分使用子类实现，下面就是将上例中的Factory拓展成抽象工厂:
publicabstractclassFactory{
publicabstractSamplecreator（）;
publicabstractSample2creator（Stringname）;
}
publicclassSimpleFactoryextendsFactory{
publicSamplecreator（）{
.........
returnnewSampleA
}
publicSample2creator（Stringname）{
.........
returnnewSample2A
}
}
publicclassBombFactoryextendsFactory{
publicSamplecreator（）{
......
returnnewSampleB
}
publicSample2creator（Stringname）{
......
returnnewSample2B
}
}
从上面看到两个工厂各自生产出一套Sample和Sample2,也许你会疑问，为什么我不可以使用两个工厂方法来分别生产Sample和Sample2?
抽象工厂还有另外一个关键要点，是因为SimpleFactory内，生产Sample和生产Sample2的方法之间有一定联系，所以才要将这两个方法捆绑在一个类中，这个工厂类有其本身特征，也许制造过程是统一的，比如：
制造工艺比较简单，所以名称叫SimpleFactory。
在实际应用中，工厂方法用得比较多一些，而且是和动态类装入器组合在一起应用。
举例
我们以Jive的ForumFactory为例，这个例子在前面的Singleton模式中我们讨论过，现在再讨论其工厂模式:
publicabstractclassForumFactory{
privatestaticObjectinitLock=newObject（）;
privatestaticStringclassName="com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
privatestaticForumFactoryfactory=null;
publicstaticForumFactorygetInstance（Authorizationauthorization）{
//Ifnovalidauthorizationpassedin,returnnull.
if（authorization==null）{
returnnull;
}
//以下使用了Singleton单态模式
if（factory==null）{
synchronized（initLock）{
if（factory==null）{
......
try{
//动态转载类
Classc=Class.forName（className）;
factory=（ForumFactory）c.newInstance（）;
}
catch（Exceptione）{
returnnull;
}
}
}
}
//Now,返回proxy.用来限制授权对forum的访问
returnnewForumFactoryProxy（authorization,factory,
factory.getPermissions（authorization））;
}
//真正创建forum的方法由继承forumfactory的子类去完成.
publicabstractForumcreateForum（Stringname,Stringdescription）
throwsUnauthorizedException,ForumAlreadyExistsException{
....
}
因为现在的Jive是通过数据库系统存放论坛帖子等内容数据,如果希望更改为通过文件系统实现,这个工厂方法ForumFactory就提供了提供动态接口:
privatestaticStringclassName="com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
你可以使用自己开发的创建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以.
在上面的一段代码中一共用了三种模式,除了工厂模式外,还有Singleton单态模式,以及proxy模式,proxy模式主要用来授权用户对forum的访问,因为访问forum有两种人:
一个是注册用户一个是游客guest,那么那么相应的权限就不一样,而且这个权限是贯穿整个系统的,因此建立一个proxy,类似网关的概念,可以很好的达到这个效果.
看看Java宠物店中的CatalogDAOFactory:
publicclassCatalogDAOFactory{
/**
*本方法制定一个特别的子类来实现DAO模式。
*具体子类定义是在J2EE的部署描述器中。
*/
publicstaticCatalogDAOgetDAO（）throwsCatalogDAOSysException{
CatalogDAOcatDao=null;
try{
InitialContextic=newInitialContext（）;
//动态装入CATALOG_DAO_CLASS
//可以定义自己的CATALOG_DAO_CLASS，从而在无需变更太多代码
//的前提下，完成系统的巨大变更。
StringclassName=（String）ic.lookup（JNDINames.CATALOG_DAO_CLASS）;
catDao=（CatalogDAO）Class.forName（className）.newInstance（）;
}catch（NamingExceptionne）{
thrownewCatalogDAOSysException（"
CatalogDAOFactory.getDAO:
NamingExceptionwhile
gettingDAOtype:
\n"+ne.getMessage（））;
}catch（Exceptionse）{
thrownewCatalogDAOSysException（"
CatalogDAOFactory.getDAO:
Exceptionwhilegetting
DAOtype:
\n"+se.getMessage（））;
}
returncatDao;
}
}
CatalogDAOFactory是典型的工厂方法，catDao是通过动态类装入器className获得CatalogDAOFactory具体实现子类，这个实现子类在Java宠物店是用来操作catalog数据库，用户可以根据数据库的类型不同，定制自己的具体实现子类，将自己的子类名给与CATALOG_DAO_CLASS变量就可以。
由此可见，工厂方法确实为系统结构提供了非常灵活强大的动态扩展机制，只要我们更换一下具体的工厂方法，系统其他地方无需一点变换，就有可能将系统功能进行改头换面的变化。
2、Prototype（原型）
定义:
用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象.
Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:
通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。
如何使用?
因为Java中的提供clone（）方法来实现对象的克隆（具体了解clone（））,所以Prototype模式实现一下子变得很简单.
以勺子为例：
publicabstractclassAbstractSpoonimplementsCloneable
{
StringspoonName;
publicvoidsetSpoonName（StringspoonName）{this.spoonName=spoonName;}
publicStringgetSpoonName（）{returnthis.spoonName;}
publicObjectclone（）
{
Objectobject=null;
try{
object=super.clone（）;
}catch（CloneNotSupportedExceptionexception）{
System.err.println（"AbstractSpoonisnotCloneable"）;
}
returnobject;
}
}
有两个具体实现（ConcretePrototype）:
publicclassSoupSpoonextendsAbstractSpoon
{
publicSoupSpoon（）
{
setSpoonName（"SoupSpoon"）;
}
}
publicclassSaladSpoonextendsAbstractSpoon
{
publicSaladSpoon（）
{
setSpoonName（"SaladSpoon"）;
}
}
调用Prototype模式很简单:
AbstractSpoonspoon=newSoupSpoon（）;
AbstractSpoonspoon=newSaladSpoon（）;
当然也可以结合工厂模式来创建AbstractSpoon实例。
在Java中Prototype模式变成clone（）方法的使用，由于Java的纯洁的面向对象特性，使得在Java中使用设计模式变得很自然，两者已经几乎是浑然一体了。
这反映在很多模式上，如Interator遍历模式。
3、Builder
Builder模式定义:
将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示.
Builder模式是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们.用户不知道内部的具体构建细节.Builder模式是非常类似抽象工厂模式,细微的区别大概只有在反复使用中才能体会到.
为何使用?
是为了将构建复杂对象的过程和它的部件解耦.注意:
是解耦过程和部件.
因为一个复杂的对象,不但有很多大量组成部分,如汽车,有很多部件:
车轮方向盘发动机还有各种小零件等等,部件很多,但远不止这些,如何将这些部件装配成一辆汽车,这个装配过程也很复杂（需要很好的组装技术）,Builder模式就是为了将部件和组装过程分开.
如何使用?
首先假设一个复杂对象是由多个部件组成的,Builder模式是把复杂对象的创建和部件的创建分别开来,分别用Builder类和Director类来表示.
首先,需要一个接口,它定义如何创建复杂对象的各个部件:
publicinterfaceBuilder{
//创建部件A 比如创建汽车车轮
voidbuildPartA（）;
//创建部件B比如创建汽车方向盘
voidbuildPartB（）;
//创建部件C比如创建汽车发动机
voidbuildPartC（）;
//返回最后组装成品结果（返回最后装配好的汽车）
//成品的组装过程不在这里进行,而是转移到下面的Director类中进行.
//从而实现了解耦过程和部件
ProductgetResult（）;
}
用Director构建最后的复杂对象,而在上面Builder接口中封装的是如何创建一个个部件（复杂对象是由这些部件组成的）,也就是说Director的内容是如何将部件最后组装成成品:
publicclassDirector{
privateBuilderbuilder;
publicDirector（Builderbuilder）{
this.builder=builder;
}
//将部件partApartBpartC最后组成复杂对象
//这里是将车轮方向盘和发动机组装成汽车的过程
publicvoidconstruct（）{
builder.buildPartA（）;
builder.buildPartB（）;
builder.buildPartC（）;
}
}
Builder的具体实现ConcreteBuilder，通过具体完成接口Builder来构建或装配产品的部件;定义并明确它所要创建的是什么具体东西;提供一个可以重新获取产品的接口:
publicclassConcreteBuilderimplementsBuilder{
PartpartA,partB,partC;
publicvoidbuildPartA（）{
//这里是具体如何构建partA的代码
};
publicvoidbuildPartB（）{
//这里是具体如何构建partB的代码
};
publicvoidbuildPartC（）{
//这里是具体如何构建partB的代码
};
publicProductgetResult（）{
//返回最后组装成品结果
};
}
复杂对象:
产品Product:
publicinterfaceProduct{}
复杂对象的部件:
publicinterfacePart{}
我们看看如何调用Builder模式:
ConcreteBuilderbuilder=newConcreteBuilder（）;
Directordirector=newDirector（builder）;
director.construct（）;
Productproduct=builder.getResult（）;
Builder模式的应用
在Java实际使用中,我们经常用到"池"（Pool）的概念,当资源提供者无法提供足够的资源,并且这些资源需要被很多用户反复共享时,就需要使用池.
"池"实际是一段内存,当池中有一些复杂的资源的"断肢"（比如数据库的连接池,也许有时一个连接会中断）,如果循环再利用这些"断肢",将提高内存使用效率,提高池的性能.修改Builder模式中Director类使之能诊断"断肢"断在哪个部件上,再修复这个部件.
4、Singleton（单态）
定义:
Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。
在很多操作中，比如建立目录数据库连接都需要这样的单线程操作。
还有,singleton能够被状态化;这样，多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务，比如，你要论坛中的帖子计数器，每次浏览一次需要计数，单态类能否保持住这个计数，并且能synchronize的安全自动加1，如果你要把这个数字永久保存到数据库，你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。
另外方面，Singleton也能够被无状态化。
提供工具性质的功能，Singleton模式就为我们提供了这样实现的可能。
使用Singleton的好处还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，有利于Java垃圾回收（garbagecollection）。
我们常常看到工厂模式中类装入器（classloader）中也用Singleton模式实现的,因为被装入的类实际也属于资源。
如何使用?
一般Singleton模式通常有几种形式:
publicclassSingleton{
privateSingleton（）{}
//在自己内部定义自己一个实例，是不是很奇怪？
//注意这是private只供内部调用
privatestaticSingletoninstance=newSingleton（）;
//这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问
publicstaticSingletongetInstance（）{
returninstance;
}
}
第二种形式:
publicclassSingleton{
privatestaticSingletoninstance=null;
publicstaticsynchronizedSingletongetInstance（）{
//这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次
//使用时生成实例，提高了效率！
if（instance==nu
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