JAVA设计模式.docx
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JAVA设计模式
设计模式（DesignPatterns）
——可复用面向对象软件的基础
设计模式（Designpattern）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。
本章系Java之美[从菜鸟到高手演变]系列之设计模式，我们会以理论与实践相结合的方式来进行本章的学习，希望广大程序爱好者，学好设计模式，做一个优秀的软件工程师！
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一、设计模式的分类
总体来说设计模式分为三大类：
创建型模式，共五种：
工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。
结构型模式，共七种：
适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。
行为型模式，共十一种：
策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。
其实还有两类：
并发型模式和线程池模式。
用一个图片来整体描述一下：
二、设计模式的六大原则
1、开闭原则（OpenClosePrinciple）
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（LiskovSubstitutionPrinciple）
里氏代换原则（LiskovSubstitutionPrincipleLSP）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。
——FromBaidu百科
3、依赖倒转原则（DependenceInversionPrinciple）
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（InterfaceSegregationPrinciple）
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）（DemeterPrinciple）
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（CompositeReusePrinciple）
原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。
三、Java的23中设计模式
从这一块开始，我们详细介绍Java中23种设计模式的概念，应用场景等情况，并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。
1、工厂方法模式（FactoryMethod）
工厂方法模式分为三种：
11、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。
首先看下关系图：
举例如下：
（我们举一个发送邮件和短信的例子）
首先，创建二者的共同接口：
[java] viewplaincopy
1.public interface Sender {
2. public void Send（）;
3.}
其次，创建实现类：
[java] viewplaincopy
1.public class MailSender implements Sender {
2. @Override
3. public void Send（） {
4. System.out.println（"this is mailsender!
"）;
5. }
6.}
[java] viewplaincopy
1.public class SmsSender implements Sender {
2.
3. @Override
4. public void Send（） {
5. System.out.println（"this is sms sender!
"）;
6. }
7.}
最后，建工厂类：
[java] viewplaincopy
1.public class SendFactory {
2.
3. public Sender produce（String type） {
4. if （"mail".equals（type）） {
5. return new MailSender（）;
6. } else if （"sms".equals（type）） {
7. return new SmsSender（）;
8. } else {
9. System.out.println（"请输入正确的类型!
"）;
10. return null;
11. }
12. }
13.}
我们来测试下：
1.public class FactoryTest {
2.
3. public static void main（String[] args） {
4. SendFactory factory = new SendFactory（）;
5. Sender sender = factory.produce（"sms"）;
6. sender.Send（）;
7. }
8.}
输出：
thisissmssender!
22、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。
关系图：
将上面的代码做下修改，改动下SendFactory类就行，如下：
[java] viewplaincopypublic class SendFactory {
public Sender produceMail（）{
1. return new MailSender（）;
2. }
3.
4. public Sender produceSms（）{
5. return new SmsSender（）;
6. }
7.}
测试类如下：
[java] viewplaincopy
1.public class FactoryTest {
2.
3. public static void main（String[] args） {
4. SendFactory factory = new SendFactory（）;
5. Sender sender = factory.produceMail（）;
6. sender.Send（）;
7. }
8.}
输出：
thisismailsender!
33、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。
[java] viewplaincopy
1.public class SendFactory {
2.
3. public static Sender produceMail（）{
4. return new MailSender（）;
5. }
6.
7. public static Sender produceSms（）{
8. return new SmsSender（）;
9. }
10.}
[java] viewplaincopy
1.public class FactoryTest {
2.
3. public static void main（String[] args） {
4. Sender sender = SendFactory.produceMail（）;
5. sender.Send（）;
6. }
7.}
输出：
thisismailsender!
总体来说，工厂模式适合：
凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。
在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。
2、抽象工厂模式（AbstractFactory）
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，如果想要拓展程序，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？
就用到抽象工厂模式，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。
因为抽象工厂不太好理解，我们先看看图，然后就和代码，就比较容易理解。
请看例子：
[java] viewplaincopy
1.public interface Sender {
2. public void Send（）;
3.}
两个实现类：
[java] viewplaincopy
1.public class MailSender implements Sender {
2. @Override
3. public void Send（） {
4. System.out.println（"this is mailsender!
"）;
5. }
6.}
[java] viewplaincopy
1.public class SmsSender implements Sender {
2.
3. @Override
4. public void Send（） {
5. System.out.println（"this is sms sender!
"）;
6. }
7.}
两个工厂类：
[java] viewplaincopy
1.public class SendMailFactory implements Provider {
2.
3. @Override
4. public Sender produce（）{
5. return new MailSender（）;
6. }
7.}
[java] viewplaincopy
1.public class SendSmsFactory implements Provider{
2.
3. @Override
4. public Sender produce（） {
5. return new SmsSender（）;
6. }
7.}
在提供一个接口：
[java] viewplaincopy
1.public interface Provider {
2. public Sender produce（）;
3.}
测试类：
[java] viewplaincopy
1.public class Test {
2.
3. public static void main（String[] args） {
4. Provider provider = new SendMailFactory（）;
5. Sender sender = provider.produce（）;
6. sender.Send（）;
7. }
8.}
其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能：
发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。
这样做，拓展性较好！
3、单例模式（Singleton）
单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。
在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。
这样的模式有几个好处：
1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。
2、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。
3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。
（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。
首先我们写一个简单的单例类：
[java] viewplaincopy
1.public class Singleton {
2.
3. /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
4. private static Singleton instance = null;
5.
6. /* 私有构造方法，防止被实例化 */
7. private Singleton（） {
8. }
9.
10. /* 静态工程方法，创建实例 */
11. public static Singleton getInstance（） {
12. if （instance == null） {
13. instance = new Singleton（）;
14. }
15. return instance;
16. }
17.
18. /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
19. public Object readResolve（） {
20. return instance;
21. }
22.}
这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？
我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：
[java] viewplaincopy
1.public static synchronized Singleton getInstance（） {
2. if （instance == null） {
3. instance = new Singleton（）;
4. }
5. return instance;
6. }
但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance（），都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。
我们改成下面这个：
[java] viewplaincopy
1.public static Singleton getInstance（） {
2. if （instance == null） {
3. synchronized （instance） {
4. if （instance == null） {
5. instance = new Singleton（）;
6. }
7. }
8. }
9. return instance;
10. }
似乎解决了之前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。
但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：
在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance=newSingleton（）;语句是分两步执行的。
但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。
这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：
a>A、B线程同时进入了第一个if判断
b>A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance=newSingleton（）;
c>由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。
d>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。
我们对该程序做进一步优化：
[java] viewplaincopy
1.private static class SingletonFactory{
2. private static Singleton instance = new Singleton（）;
3. }
4. public static Singleton getInstance（）{
5. return SingletonFactory.instance;
6. }
实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。
这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。
同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。
这样我们暂时总结一个完美的单例模式：
[java] viewplaincopy
1.public class Singleton {
2.
3. /* 私有构造方法，防止被实例化 */
4. private Singleton（） {
5. }
6.
7. /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
8. private static class SingletonFactory {
9. private static Singleton instance = new Singleton（）;
10. }
11.
12. /* 获取实例 */
13. public static Singleton getInstance（） {
14. return SingletonFactory.instance;
15. }
16.
17. /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
18. public Object readResolve（） {
19. return getInstance（）;
20. }
21.}
其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。
所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。
也有人这样实现：
因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance（）分开，单独为创建加synchronized关键字，也是可以的：
[java] viewplaincopy
1.public class SingletonTest {
2.
3. private static SingletonTest instance = null;
4.
5. private SingletonTest（） {
6. }
7.
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