diff --git a/notes/设计模式.md b/notes/设计模式.md index 59659653..dccf8b59 100644 --- a/notes/设计模式.md +++ b/notes/设计模式.md @@ -1,23 +1,10 @@ * [一、前言](#一前言) * [二、设计模式概念](#二设计模式概念) -* [三、策略模式](#三策略模式) -* [三、观察者模式](#三观察者模式) -* [四、装饰模式](#四装饰模式) -* [五、简单工厂](#五简单工厂) -* [六、工厂方法模式](#六工厂方法模式) -* [七、抽象工厂模式](#七抽象工厂模式) -* [八、单例模式](#八单例模式) -* [九、命令模式](#九命令模式) -* [十、适配器模式](#十适配器模式) -* [十、外观模式](#十外观模式) -* [十一、模板方法模式](#十一模板方法模式) -* [十二、迭代器模式](#十二迭代器模式) -* [十三、组合模式](#十三组合模式) -* [十四、状态模式](#十四状态模式) -* [十五、代理模式](#十五代理模式) -* [十六、MVC](#十六mvc) -* [十七、与设计模式相处](#十七与设计模式相处) +* [三、单例模式](#三单例模式) +* [四、简单工厂](#四简单工厂) +* [五、工厂方法模式](#五工厂方法模式) +* [六、抽象工厂模式](#六抽象工厂模式) * [参考资料](#参考资料) @@ -26,742 +13,46 @@ 文中涉及一些 UML 类图,为了更好地理解,可以先阅读 [UML 类图](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E6%80%9D%E6%83%B3.md#%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0-uml)。 -需要说明的一点是,文中的 UML 类图和规范的 UML 类图不大相同,其中组合关系使用以下箭头表示: - -

- # 二、设计模式概念 设计模式不是代码,而是解决问题的方案,学习现有的设计模式可以做到经验复用。 拥有设计模式词汇,在沟通时就能用更少的词汇来讨论,并且不需要了解底层细节。 -# 三、策略模式 +# 三、单例模式 -## 模式定义 - -定义了算法族,分别封装起来,让它们之间可以互相替换,此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。 - -## 问题描述 - -设计不同种类的鸭子拥有不同的叫声和飞行方式。 - -## 简单实现方案 - -使用继承的解决方案如下,这种方案代码无法复用,如果两个鸭子类拥有同样的飞行方式,就有两份重复的代码。 - -

- -## 设计原则 - -**封装变化** :在这里变化的是鸭子叫和飞行的行为方式。 - -**针对接口编程,而不是针对实现编程** :变量声明的类型为父类,而不是具体的某个子类。父类中的方法实现不在父类,而是在各个子类。程序在运行时可以动态改变变量所指向的子类类型。 - -运用这一原则,将叫和飞行的行为抽象出来,实现多种不同的叫和飞行的子类,让子类去实现具体的叫和飞行方式。 - -

- -**多用组合,少用继承** :组合也就是 HAS-A 关系,通过组合,可以在运行时动态改变实现,只要通过改变父类对象具体指向哪个子类即可。而继承就不能做到这些,继承体系在创建类时就已经确定。 - -运用这一原则,在 Duck 类中组合 FlyBehavior 和 QuackBehavior 类,performQuack() 和 performFly() 方法委托给这两个类去处理。通过这种方式,一个 Duck 子类可以根据需要去初始化 FlyBehavior 和 QuackBehavior 的子类对象,并且也可以动态地进行改变。 - -

- -## 问题的解决方案类图 - -(可放大网页查看) - -

- -## 代码实现 - -```java -public abstract class Duck { - FlyBehavior flyBehavior; - QuackBehavior quackBehavior; - - public Duck(){ - } - - public void performFly(){ - flyBehavior.fly(); - } - - public void setFlyBehavior(FlyBehavior fb){ - flyBehavior = fb; - } - - public void performQuack(){ - quackBehavior.quack(); - } - - public void setQuackBehavior(QuackBehavior qb){ - quackBehavior = qb; - } -} -``` -```java -public class MallardDuck extends Duck{ - public MallardDuck(){ - flyBehavior = new FlyWithWings(); - quackBehavior = new Quack(); - } -} -``` -```java -public interface FlyBehavior { - void fly(); -} -``` -```java -public class FlyNoWay implements FlyBehavior{ - @Override - public void fly() { - System.out.println("FlyBehavior.FlyNoWay"); - } -} -``` -```java -public class FlyWithWings implements FlyBehavior{ - @Override - public void fly() { - System.out.println("FlyBehavior.FlyWithWings"); - } -} -``` -```java -public interface QuackBehavior { - void quack(); -} -``` -```java -public class Quack implements QuackBehavior{ - @Override - public void quack() { - System.out.println("QuackBehavior.Quack"); - } -} -``` -```java -public class MuteQuack implements QuackBehavior{ - @Override - public void quack() { - System.out.println("QuackBehavior.MuteQuack"); - } -} -``` -```java -public class Squeak implements QuackBehavior{ - @Override - public void quack() { - System.out.println("QuackBehavior.Squeak"); - } -} -``` -```java -public class MiniDuckSimulator { - public static void main(String[] args) { - Duck mallardDuck = new MallardDuck(); - mallardDuck.performQuack(); - mallardDuck.performFly(); - mallardDuck.setFlyBehavior(new FlyNoWay()); - mallardDuck.performFly(); - } -} -``` -执行结果 -```html -QuackBehavior.Quack -FlyBehavior.FlyWithWings -FlyBehavior.FlyNoWay -``` - -# 三、观察者模式 - -## 模式定义 - -定义了对象之间的一对多依赖,当一个对象改变状态时,它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。主题(Subject)是被观察的对象,而其所有依赖者(Observer)称为观察者。 - -

- -## 模式类图 - -主题具有注册和移除观察者、并通知所有注册者的功能,主题是通过维护一张观察者列表来实现这些操作的。 - -观察者拥有一个主题对象的引用,因为注册、移除观察者功能,还有数据都在主题当中,必须通过操作主题才能完成相应操作。 - -

- -## 问题描述 - -天气数据布告板会在天气信息发生改变时更新其内容,布告板有多个,并且在将来会继续增加。 - -## 问题的解决方案类图 - -

- -## 设计原则 - -为交互对象之间的松耦合设计而努力:当两个对象之间松耦合,它们依然可以交互,但是不清楚彼此的细节。由于松耦合的两个对象之间互相依赖程度很低,因此系统具有弹性,能够应对变化。 - -## 代码实现 - -```java -public interface Subject { - public void resisterObserver(Observer o); - public void removeObserver(Observer o); - public void notifyObserver(); -} -``` -```java - -public class WeatherData implements Subject { - private List observers; - private float temperature; - private float humidity; - private float pressure; - - public WeatherData() { - observers = new ArrayList<>(); - } - - @Override - public void resisterObserver(Observer o) { - observers.add(o); - } - - @Override - public void removeObserver(Observer o) { - int i = observers.indexOf(o); - if (i >= 0) { - observers.remove(i); - } - } - - @Override - public void notifyObserver() { - for (Observer o : observers) { - o.update(temperature, humidity, pressure); - } - } - - public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) { - this.temperature = temperature; - this.humidity = humidity; - this.pressure = pressure; - notifyObserver(); - } -} -``` -```java -public interface Observer { - public void update(float temp, float humidity, float pressure); -} -``` -```java -public class CurrentConditionsDisplay implements Observer { - private Subject weatherData; - - public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) { - this.weatherData = weatherData; - weatherData.resisterObserver(this); - } - - @Override - public void update(float temp, float humidity, float pressure) { - System.out.println("CurrentConditionsDisplay.update:" + temp + " " + humidity + " " + pressure); - } -} -``` -```java -public class StatisticsDisplay implements Observer { - private Subject weatherData; - - public StatisticsDisplay(Subject weatherData) { - this.weatherData = weatherData; - weatherData.resisterObserver(this); - } - - @Override - public void update(float temp, float humidity, float pressure) { - System.out.println("StatisticsDisplay.update:" + temp + " " + humidity + " " + pressure); - } -} -``` -```java -public class WeatherStation { - public static void main(String[] args) { - WeatherData weatherData = new WeatherData(); - CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData); - StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData); - - weatherData.setMeasurements(0, 0, 0); - weatherData.setMeasurements(1, 1, 1); - } -} -``` -执行结果 -```html -CurrentConditionsDisplay.update:0.0 0.0 0.0 -StatisticsDisplay.update:0.0 0.0 0.0 -CurrentConditionsDisplay.update:1.0 1.0 1.0 -StatisticsDisplay.update:1.0 1.0 1.0 -``` - -# 四、装饰模式 - -## 问题描述 - -设计不同种类的饮料,饮料可以添加配料,比如可以添加牛奶,并且支持动态添加新配料。每增加一种配料,该饮料的价格就会增加,要求计算一种饮料的价格。 - -## 模式定义 - -动态地将责任附加到对象上。在扩展功能上,装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。 - -下图表示在 DarkRoast 饮料上新增新添加 Mocha 配料,之后又添加了 Whip 配料。DarkRoast 被 Mocha 包裹,Mocha 又被 Whip 包裹。它们都继承自相同父类,都有 cost() 方法,外层类的 cost() 方法调用了内层类的 cost() 方法。 - -

- -## 模式类图 - -装饰者(Decorator)和具体组件(ConcreteComponent)都继承自组件(Component),具体组件的方法实现不需要依赖于其它对象,而装饰者组合了一个组件,这样它可以装饰其它装饰者或者具体组件。所谓装饰,就是把这个装饰者套在被装饰上,从而动态扩展被装饰者的功能。装饰者的方法有一部分是自己的,这属于它的功能,然后调用被装饰者的方法实现,从而也保留了被装饰者的功能。可以看到,具体组件应当是装饰层次的最低层,因为只有具体组件的方法实现不需要依赖于其它对象。 - -

- -## 问题的解决方案类图 - -

- -## 设计原则 - -类应该对扩展开放,对修改关闭:也就是添加新功能时不需要修改代码。在本章问题中该原则体现在,饮料可以动态添加新的配料,而不需要去修改饮料的代码。观察者模式也符合这个原则。不可能把所有的类设计成都满足这一原则,应当把该原则应用于最有可能发生改变的地方。 - -## Java I/O 中的装饰者模式 - -

- -## 代码实现 - -```java -public interface Beverage { - public double cost(); -} -``` -```java -public class HouseBlend implements Beverage{ - @Override - public double cost() { - return 1; - } -} -``` -```java -public class DarkRoast implements Beverage{ - @Override - public double cost() { - return 1; - } -} -``` -```java -public abstract class CondimentDecorator implements Beverage{ - protected Beverage beverage; -} -``` -```java -public class Mocha extends CondimentDecorator { - - public Mocha(Beverage beverage) { - this.beverage = beverage; - } - - @Override - public double cost() { - return 1 + beverage.cost(); - } -} -``` -```java -public class Milk extends CondimentDecorator { - - public Milk(Beverage beverage) { - this.beverage = beverage; - } - - @Override - public double cost() { - return 1 + beverage.cost(); - } -} -``` -```java -public class StartbuzzCoffee { - public static void main(String[] args) { - Beverage beverage = new HouseBlend(); - beverage = new Mocha(beverage); - beverage = new Milk(beverage); - System.out.println(beverage.cost()); - } -} -``` - -输出 - -```html -3.0 -``` - -# 五、简单工厂 - -## 问题描述 - -Pizza 类有很多子类,要求根据不同的情况用不同的子类实例化一个 Pizza 对象。 - -## 模式定义 - -简单工厂不是设计模式,更像是一种编程习惯。它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。因为客户类往往有多个,如果不使用简单工厂,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。 - -

- -## 问题的解决方案类图 - -

- -## 代码实现 - -```java -public interface Pizza { - public void make(); -} -``` - -```java -public class CheesePizza implements Pizza{ - @Override - public void make() { - System.out.println("CheesePizza"); - } -} -``` - -```java -public class GreekPizza implements Pizza{ - @Override - public void make() { - System.out.println("GreekPizza"); - } -} -``` - -```java -public class SimplePizzaFactory { - public Pizza createPizza(String type) { - if (type.equals("cheese")) { - return new CheesePizza(); - } else if (type.equals("greek")) { - return new GreekPizza(); - } else { - throw new UnsupportedOperationException(); - } - } -} -``` - -```java -public class PizzaStore { - public static void main(String[] args) { - SimplePizzaFactory simplePizzaFactory = new SimplePizzaFactory(); - Pizza pizza = simplePizzaFactory.createPizza("cheese"); - pizza.make(); - } -} -``` - -运行结果 - -```java -CheesePizza -``` - -# 六、工厂方法模式 - -## 问题描述 - -每个地区的 PizzaStore 卖的 Pizza 虽然种类相同,但是都有自己的风味。一个客户点了纽约的 cheese 种类的 Pizza 和在芝加哥点的相同种类的 Pizza 是不同的。要求设计出满足条件的 PizzaStore。 - -## 模式定义 - -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。工厂方法把实例化推迟到子类。 - -## 模式类图 - -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,Creator 有一个 anOperation() 方法,这个方法需要用到一组产品对象,这组产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的,需要由子类去实现。 - -

- -## 问题的解决方案类图 - -PizzaStore 有 orderPizza() 方法,顾客可以用它来下单。下单之后需要先使用 createPizza() 来制作 Pizza,这里的 createPizza() 就是 factoryMethod(),不同的 PizzaStore 子类实现了不同的 createPizza()。 - -

- -## 设计原则 - -依赖倒置原则:要依赖抽象,不要依赖具体类。听起来像是针对接口编程,不针对实现编程,但是这个原则说明了:不能让高层组件依赖底层组件,而且,不管高层或底层组件,两者都应该依赖于抽象。例如,下图中 Pizza 是抽象类,PizzaStore 和 Pizza 子类都依赖于 Pizza 这个抽象类。 - -

- -## 代码实现 - -```java -public interface Pizza { - public void make(); -} -``` -```java -public interface PizzaStore { - public Pizza orderPizza(String item); -} -``` -```java -public class NYStyleCheesePizza implements Pizza{ - @Override - public void make() { - System.out.println("NYStyleCheesePizza is making.."); - } -} -``` -```java -public class NYStyleVeggiePizza implements Pizza { - @Override - public void make() { - System.out.println("NYStyleVeggiePizza is making.."); - } -} -``` -```java -public class ChicagoStyleCheesePizza implements Pizza{ - @Override - public void make() { - System.out.println("ChicagoStyleCheesePizza is making.."); - } -} -``` -```java -public class ChicagoStyleVeggiePizza implements Pizza{ - @Override - public void make() { - System.out.println("ChicagoStyleVeggiePizza is making.."); - } -} -``` -```java -public class NYPizzaStore implements PizzaStore { - @Override - public Pizza orderPizza(String item) { - Pizza pizza = null; - if (item.equals("cheese")) { - pizza = new NYStyleCheesePizza(); - } else if (item.equals("veggie")) { - pizza = new NYStyleVeggiePizza(); - } else { - throw new UnsupportedOperationException(); - } - pizza.make(); - return pizza; - } -} -``` -```java -public class ChicagoPizzaStore implements PizzaStore { - @Override - public Pizza orderPizza(String item) { - Pizza pizza = null; - if (item.equals("cheese")) { - pizza = new ChicagoStyleCheesePizza(); - } else if (item.equals("veggie")) { - pizza = new ChicagoStyleVeggiePizza(); - } else { - throw new UnsupportedOperationException(); - } - pizza.make(); - return pizza; - } -} -``` -```java -public class PizzaTestDrive { - public static void main(String[] args) { - PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore(); - nyStore.orderPizza("cheese"); - PizzaStore chicagoStore = new ChicagoPizzaStore(); - chicagoStore.orderPizza("cheese"); - } -} -``` - -运行结果 - -```html -NYStyleCheesePizza is making.. -ChicagoStyleCheesePizza is making.. -``` - -# 七、抽象工厂模式 - -## 模式定义 - -提供一个接口,用于创建 **相关的对象家族** 。 - -## 模式类图 - -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模式来创建单一对象,在类图左部,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,而工厂模式使用了继承。 - -

- -## 解决方案类图 - -

- -## 代码实现 - -```java -public interface Dough { - public String doughType(); -} -``` -```java -public class ThickCrustDough implements Dough{ - - @Override - public String doughType() { - return "ThickCrustDough"; - } -} -``` -```java -public class ThinCrustDough implements Dough { - @Override - public String doughType() { - return "ThinCrustDough"; - } -} -``` -```java -public interface Sauce { - public String sauceType(); -} -``` -```java -public class MarinaraSauce implements Sauce { - @Override - public String sauceType() { - return "MarinaraSauce"; - } -} -``` -```java -public class PlumTomatoSauce implements Sauce { - @Override - public String sauceType() { - return "PlumTomatoSauce"; - } -} -``` -```java -public interface PizzaIngredientFactory { - public Dough createDough(); - public Sauce createSauce(); -} -``` -```java -public class NYPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{ - @Override - public Dough createDough() { - return new ThickCrustDough(); - } - - @Override - public Sauce createSauce() { - return new MarinaraSauce(); - } -} -``` -```java -public class ChicagoPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{ - @Override - public Dough createDough() { - return new ThinCrustDough(); - } - - @Override - public Sauce createSauce() { - return new PlumTomatoSauce(); - } -} -``` -```java -public class NYPizzaStore { - private PizzaIngredientFactory ingredientFactory; - - public NYPizzaStore() { - ingredientFactory = new NYPizzaIngredientFactory(); - } - - public void makePizza() { - Dough dough = ingredientFactory.createDough(); - Sauce sauce = ingredientFactory.createSauce(); - System.out.println(dough.doughType()); - System.out.println(sauce.sauceType()); - } -} -``` -```java -public class NYPizzaStoreTestDrive { - public static void main(String[] args) { - NYPizzaStore nyPizzaStore = new NYPizzaStore(); - nyPizzaStore.makePizza(); - } -} -``` - -运行结果 - -```html -ThickCrustDough -MarinaraSauce -``` - -# 八、单例模式 - -## 模式定义 +## 意图 确保一个类只有一个实例,并提供了一个全局访问点。 -## 模式类图 +## 类图 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。 -

+

-## 懒汉式-线程不安全 +## 使用场景 + +- Logger Classes +- Configuration Classes +- Accesing resources in shared mode +- Factories implemented as Singletons + +## JDK 的使用 + +- [java.lang.Runtime#getRuntime()](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Runtime.html#getRuntime%28%29) +- [java.awt.Desktop#getDesktop()](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/awt/Desktop.html#getDesktop--) +- [java.lang.System#getSecurityManager()](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/System.html#getSecurityManager--) + +## 实现 + +### 懒汉式-线程不安全 以下实现中,私有静态变量 uniqueInstance 被延迟化实例化,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)` ,那么就会多次实例化 uniqueInstance。 +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) ,那么就会多次实例化 uniqueInstance。 ```java public class Singleton { @@ -780,9 +71,9 @@ public class Singleton { } ``` -## 懒汉式-线程安全 +### 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,从而避免了对 uniqueInstance 进行多次实例化的问题。 +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,从而避免了对 uniqueInstance 进行多次实例化的问题。 但是这样有一个问题,就是当一个线程进入该方法之后,其它线程试图进入该方法都必须等待,因此性能上有一定的损耗。 @@ -795,7 +86,7 @@ public static synchronized Singleton getUniqueInstance() { } ``` -## 饿汉式-线程安全 +### 饿汉式-线程安全 线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化了多次,如果 uniqueInstance 采用直接实例化的话,就不会被实例化多次,也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优势。 @@ -803,7 +94,7 @@ public static synchronized Singleton getUniqueInstance() { private static Singleton uniqueInstance = new Singleton(); ``` -## 双重校验锁-线程安全 +### 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。也就是说,只有当 uniqueInstance 没有被实例化时,才需要进行加锁。 @@ -830,7 +121,7 @@ public class Singleton { } ``` -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,如果两个线程同时执行 if 语句,那么两个线程就会同时进入 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,只是早晚的问题,也就是说会进行两次实例化,从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁,也就是需要使用两个 if 判断。 +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,如果两个线程同时执行 if 语句,那么两个线程就会同时进入 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,只是早晚的问题,也就是说会进行两次实例化,从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁,也就是需要使用两个 if 判断。 ```java if (uniqueInstance == null) { @@ -840,966 +131,228 @@ if (uniqueInstance == null) { } ``` -# 九、命令模式 +# 四、简单工厂 -## 问题描述 +## 意图 -设计一个遥控器,它有很多按钮,每个按钮可以发起一个命令,命令会让一个家电完成相应操作。 +在创建一个对象时不向客户暴露内部细节; -

+## 类图 -有非常多的家电,并且之后会增加家电。 +简单工厂不是设计模式,更像是一种编程习惯。它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子类来实例化。 -

+

-## 模式定义 +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。因为客户类往往有多个,如果不使用简单工厂,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。 -将命令封装成对象,以便使用不同的命令来参数化其它对象。 - -## 问题的解决方案类图 - -- RemoteControl 是遥控器,它可以为每个按钮设置命令对象,并且执行命令。 - -- Command 是命令对象。 - -- Light(电灯)是命令真正的执行者。 - -- RemoteLoader 是客户端,应该注意它与 RemoteControl 的区别。因为 RemoteControl 不能主动地调用自身的方法,因此也就不能当成是客户端。客户端好比人,只有人才能去真正去使用遥控器。 - -

- -## 模式类图 - -

- -## 代码实现 - -```java -public interface Command { - public void execute(); -} -``` - -```java -public class Light { - - public void on() { - System.out.println("Light is on!"); - } - - public void off() { - System.out.println("Light is off!"); - } -} -``` - -```java -public class LightOnCommand implements Command{ - Light light; - - public LightOnCommand(Light light) { - this.light = light; - } - - @Override - public void execute() { - light.on(); - } -} -``` - -```java -/** - * 遥控器类 - */ -public class SimpleRemoteControl { - Command slot; - - public SimpleRemoteControl() { - - } - - public void setCommand(Command command) { - this.slot = command; - } - - public void buttonWasPressed() { - slot.execute(); - } - -} -``` - -```java -/** - * 客户端 - */ -public class RemoteLoader { - public static void main(String[] args) { - SimpleRemoteControl remote = new SimpleRemoteControl(); - Light light = new Light(); - LightOnCommand lightOnCommand = new LightOnCommand(light); - remote.setCommand(lightOnCommand); - remote.buttonWasPressed(); - } -} -``` - -输出 - -```html -Light is on! -``` - -# 十、适配器模式 - -## 模式定义 - -将一个类的接口,转换为客户期望的另一个接口。适配器让原本不兼容的类可以合作无间。 - -

- -## 模式类图 - -适配器(Adapter)组合一个适配者(Adaptee),Adapter 把操作委托给 Adaptee。 - -

- -## 问题描述 - -鸭子(Duck)和火鸡(Turkey)拥有不同的叫声,Duck 的叫声调用 quack() 方法,而 Turkey 调用 gobble() 方法。 - -要求将 Turkey 的 gobble() 方法适配成 Duck 的 quack() 方法,从而让火鸡冒充鸭子! - -## 问题的解决方案类图 - -

- -## 代码实现 - -```java -public interface Duck { - public void quack(); -} -``` - -```java -public interface Turkey { - public void gobble(); -} -``` - -```java -public class WildTurkey implements Turkey{ - @Override - public void gobble() { - System.out.println("gobble!"); - } -} -``` - -```java -public class TurkeyAdapter implements Duck{ - Turkey turkey; - - public TurkeyAdapter(Turkey turkey) { - this.turkey = turkey; - } - - @Override - public void quack() { - turkey.gobble(); - } -} -``` - -```java -public class DuckTestDrive { - public static void main(String[] args) { - Turkey turkey = new WildTurkey(); - Duck duck = new TurkeyAdapter(turkey); - duck.quack(); - } -} -``` - -运行结果 - -```html -gobble! -``` - -# 十、外观模式 - -## 模式定义 - -提供了一个统一的接口,用来访问子系统中的一群接口,从而让子系统更容易使用。 - -## 模式类图 - -

- -## 问题描述 - -家庭影院中有众多电器,当要进行观看电影时需要对很多电器进行操作。要求简化这些操作,使得家庭影院类只提供一个简化的接口,例如提供一个看电影相关的接口。 - -

- -## 解决方案类图 - -

- -## 设计原则 - -**最少知识原则** :只和你的密友谈话。也就是客户对象所需要交互的对象应当尽可能少。 - -## 代码实现 - -过于简单,无实现。 - -# 十一、模板方法模式 - -## 模式定义 - -在一个方法中定义一个算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中。 - -模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下,重新定义算法中的某些步骤。 - -## 模式类图 - -模板方法 templateMethod() 定义了算法的骨架,确定了 primitiveOperation1() 和 primitiveOperation2() 方法执行的顺序,而 primitiveOperation1() 和 primitiveOperation2() 让子类去实现。 - -

- -## 问题描述 - -冲咖啡和冲茶都有类似的流程,但是某些步骤会有点不一样,要求复用那些相同步骤的代码。 - -

- -## 问题的解决方案类图 - -prepareRecipe() 方法就是模板方法,它确定了其它四个方法的具体执行步骤。其中 brew() 和 addCondiments() 方法在子类中实现。 - -

- -## 设计原则 - -**好莱坞原则** :别调用(打电话给)我们,我们会调用(打电话给)你。这一原则可以防止依赖腐败,即防止高层组件依赖底层组件,底层组件又依赖高层组件。该原则在模板方法的体现为,只有父类会调用子类,子类不会调用父类。 - -## 钩子 - -某些步骤在不同实现中可有可无,可以先定义一个什么都不做的方法,把它加到模板方法中,如果子类需要它就覆盖默认实现并加上自己的实现。 - -## 代码实现 - -```java -public abstract class CaffeineBeverage { - - final void prepareRecipe(){ - boilWater(); - brew(); - pourInCup(); - addCondiments(); - } - - abstract void brew(); - - abstract void addCondiments(); - - void boilWater(){ - System.out.println("boilWater"); - } - - void pourInCup(){ - System.out.println("pourInCup"); - } -} -``` - -```java -public class Coffee extends CaffeineBeverage{ - @Override - void brew() { - System.out.println("Coffee.brew"); - } - - @Override - void addCondiments() { - System.out.println("Coffee.addCondiments"); - } -} -``` - -```java -public class Tea extends CaffeineBeverage{ - @Override - void brew() { - System.out.println("Tea.brew"); - } - - @Override - void addCondiments() { - System.out.println("Tea.addCondiments"); - } -} -``` - -```java -public class CaffeineBeverageTestDrive { - public static void main(String[] args) { - CaffeineBeverage caffeineBeverage = new Coffee(); - caffeineBeverage.prepareRecipe(); - System.out.println("-----------"); - caffeineBeverage = new Tea(); - caffeineBeverage.prepareRecipe(); - } -} -``` - -运行结果 - -```html -boilWater -Coffee.brew -pourInCup -Coffee.addCondiments ------------ -boilWater -Tea.brew -pourInCup -Tea.addCondiments -``` - -# 十二、迭代器模式 - -## 模式定义 - -提供顺序访问一个聚合对象中的各个元素的方法,而又不暴露聚合对象内部的表示。 - -## 模式类图 - -- Aggregate 是聚合类,其中 createIterator() 方法可以产生一个 Iterator; - -- Iterator 主要定义了 hasNext() 和 next() 方法。 - -- Client 组合了 Aggregate,为了迭代遍历 Aggregate,也需要组合 Iterator。 - -

- -## 代码实现 - -```java -public class Aggregate { - - private int[] items; - - public Aggregate() { - items = new int[10]; - for (int i = 0; i < items.length; i++) { - items[i] = i; - } - } - - public Iterator createIterator() { - return new ConcreteIterator(items); - } - -} -``` - -```java -public interface Iterator { - boolean hasNext(); - int next(); -} -``` - -```java -public class ConcreteIterator implements Iterator { - - private int[] items; - private int position = 0; - - public ConcreteIterator(int[] items) { - this.items = items; - } - - @Override - public boolean hasNext() { - return position < items.length; - } - - @Override - public int next() { - return items[position++]; - } -} -``` -```java -public class Client { - public static void main(String[] args) { - Aggregate aggregate = new Aggregate(); - Iterator iterator = aggregate.createIterator(); - while(iterator.hasNext()){ - System.out.println(iterator.next()); - } - } -} -``` -运行结果 -```html -0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -``` - -## Java 内置的迭代器 - -需要让聚合类实现 Iterable 接口,该接口有一个 iterator() 方法会返回一个 Iterator 对象。 - -可以使用 foreach 循环来顺序访问聚合对象中的每个元素。 - -Java 中的集合类基本都实现了 Iterable 接口。 - -```java -import java.util.Iterator; - -public class Aggregate implements Iterable{ - - private int[] items; - - public Aggregate() { - items = new int[10]; - for (int i = 0; i < items.length; i++) { - items[i] = i; - } - } - - @Override - public Iterator iterator() { - return new ConcreteIterator(items); - } -} -``` -```java -import java.util.Iterator; - -public class ConcreteIterator implements Iterator { - - private int[] items; - private int position = 0; - - public ConcreteIterator(int[] items) { - this.items = items; - } - - @Override - public boolean hasNext() { - return position < items.length; - } - - @Override - public Integer next() { - return items[position++]; - } -} -``` -```java -public class Client { - public static void main(String[] args) { - Aggregate aggregate = new Aggregate(); - for (int item : aggregate) { - System.out.println(item); - } - } -} -``` - -# 十三、组合模式 - -## 设计原则 - -一个类应该只有一个引起它改变的原因。 - -## 模式定义 - -允许将对象组合成树形结构来表现“整体/部分”关系。 - -组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象。 - -## 模式类图 - -组件(Component)类是组合类(Composite)和叶子类(Leaf)的父类,可以把组合类看成是树的中间节点。 - -组合对象拥有一个组件对象,因此组合对象的操作可以委托给组件对象去处理,而组件对象可以是另一个组合对象或者叶子对象。 - -

- -## 代码实现 - -```java -public abstract class Component { - protected String name; - - public Component(String name) { - this.name = name; - } - - abstract public void addChild(Component component); - - public void print() { - print(0); - } - - abstract protected void print(int level); -} -``` - -```java -public class Leaf extends Component { - public Leaf(String name) { - super(name); - } - - @Override - public void addChild(Component component) { - throw new UnsupportedOperationException(); // 牺牲透明性换取单一职责原则,这样就不用考虑是叶子节点还是组合节点 - } - - @Override - protected void print(int level) { - for (int i = 0; i < level; i++) { - System.out.print("--"); - } - System.out.println("left:" + name); - } -} -``` - -```java -public class Composite extends Component { - - private List childs; - - public Composite(String name) { - super(name); - childs = new ArrayList<>(); - } - - @Override - public void addChild(Component component) { - childs.add(component); - } - - @Override - protected void print(int level) { - for (int i = 0; i < level; i++) { - System.out.print("--"); - } - System.out.println("Composite:" + name); - for (Component component : childs) { - component.print(level + 1); - } - } -} -``` +如果存在下面这种代码,就需要使用简单工厂将对象实例化的部分放到简单工厂中。 ```java public class Client { public static void main(String[] args) { - Composite root = new Composite("root"); - Component node1 = new Leaf("1"); - Component node2 = new Composite("2"); - Component node3 = new Leaf("3"); - root.addChild(node1); - root.addChild(node2); - root.addChild(node3); - Component node21 = new Leaf("21"); - Component node22 = new Composite("22"); - node2.addChild(node21); - node2.addChild(node22); - Component node221 = new Leaf("221"); - node22.addChild(node221); - root.print(); - } -} -``` -运行结果 - -```html -Composite:root ---left:1 ---Composite:2 -----left:21 -----Composite:22 -------left:221 ---left:3 -``` - -# 十四、状态模式 - -## 模式定义 - -允许对象在内部状态改变时改变它的行为,对象看起来好像修改了它所属的类。 - -## 模式类图 - -Context 的 request() 方法委托给 State 对象去处理。当 Context 组合的 State 对象发生改变时,它的行为也就发生了改变。 - -

- -## 与策略模式的比较 - -状态模式的类图和策略模式一样,并且都是能够动态改变对象的行为。 - -但是状态模式是通过状态转移来改变 Context 所组合的 State 对象,而策略模式是通过 Context 本身的决策来改变组合的 Strategy 对象。 - -所谓的状态转移,是指 Context 在运行过程中由于一些条件发生改变而使得 State 对象发生改变,注意必须要是在运行过程中。 - -状态模式主要是用来解决状态转移的问题,当状态发生转移了,那么 Context 对象就会改变它的行为;而策略模式主要是用来封装一组可以互相替代的算法族,并且可以根据需要动态地去替换 Context 使用的算法。 - -## 问题描述 - -糖果销售机有多种状态,每种状态下销售机有不同的行为,状态可以发生转移,使得销售机的行为也发生改变。 - -

- -## 直接解决方案 - -在糖果机的每个操作函数里面,判断当前的状态,根据不同的状态进行不同的处理,并且发生不同的状态转移。 - -这种解决方案在需要增加状态的时候,必须对每个操作的代码都进行修改。 - -

- -## 代码实现 - -糖果销售机即 Context。 - -下面的实现中每个 State 都组合了 Context 对象,这是因为状态转移的操作在 State 对象中,而状态转移过程又必须改变 Context 对象的 state 对象,因此 State 必须组合 Context 对象。 - -```java -public interface State { - /** - * 投入 25 分钱 - */ - void insertQuarter(); - - /** - * 退回 25 分钱 - */ - void ejectQuarter(); - - /** - * 转动曲柄 - */ - void turnCrank(); - - /** - * 发放糖果 - */ - void dispense(); -} -``` -```java -public class HasQuarterState implements State{ - - private GumballMachine gumballMachine; - - public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine){ - this.gumballMachine = gumballMachine; - } - - @Override - public void insertQuarter() { - System.out.println("You can't insert another quarter"); - } - - @Override - public void ejectQuarter() { - System.out.println("Quarter returned"); - gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState()); - } - - @Override - public void turnCrank() { - System.out.println("You turned..."); - gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState()); - } - - @Override - public void dispense() { - System.out.println("No gumball dispensed"); - } -} -``` -```java -public class NoQuarterState implements State { - - GumballMachine gumballMachine; - - public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) { - this.gumballMachine = gumballMachine; - } - - @Override - public void insertQuarter() { - System.out.println("You insert a quarter"); - gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState()); - } - - @Override - public void ejectQuarter() { - System.out.println("You haven't insert a quarter"); - } - - @Override - public void turnCrank() { - System.out.println("You turned, but there's no quarter"); - } - - @Override - public void dispense() { - System.out.println("You need to pay first"); - } -} -``` -```java -public class SoldOutState implements State { - - GumballMachine gumballMachine; - - public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine) { - this.gumballMachine = gumballMachine; - } - - @Override - public void insertQuarter() { - System.out.println("You can't insert a quarter, the machine is sold out"); - } - - @Override - public void ejectQuarter() { - System.out.println("You can't eject, you haven't inserted a quarter yet"); - } - - @Override - public void turnCrank() { - System.out.println("You turned, but there are no gumballs"); - } - - @Override - public void dispense() { - System.out.println("No gumball dispensed"); - } -} -``` -```java -public class SoldState implements State { - - GumballMachine gumballMachine; - - public SoldState(GumballMachine gumballMachine) { - this.gumballMachine = gumballMachine; - } - - @Override - public void insertQuarter() { - System.out.println("Please wait, we're already giving you a gumball"); - } - - @Override - public void ejectQuarter() { - System.out.println("Sorry, you already turned the crank"); - } - - @Override - public void turnCrank() { - System.out.println("Turning twice doesn't get you another gumball!"); - } - - @Override - public void dispense() { - gumballMachine.releaseBall(); - if(gumballMachine.getCount()>0){ - gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState()); - } else{ - System.out.println("Oops, out of gumballs"); - gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState()); - } - } -} -``` -```java -public class GumballMachine { - - private State soldOutState; - private State noQuarterState; - private State hasQuarterState; - private State soldState; - - private State state; - private int count = 0; - - public GumballMachine(int numberGumballs) { - count = numberGumballs; - soldOutState = new SoldOutState(this); - noQuarterState = new NoQuarterState(this); - hasQuarterState = new HasQuarterState(this); - soldState = new SoldState(this); - - if (numberGumballs > 0) { - state = noQuarterState; + int type = 1; + Product product; + if (type == 1) { + product = new ConcreteProduct1(); + } else if (type == 2) { + product = new ConcreteProduct2(); } else { - state = soldOutState; + product = new ConcreteProduct(); } } - - public void insertQuarter() { - state.insertQuarter(); - } - - public void ejectQuarter() { - state.ejectQuarter(); - } - - public void turnCrank() { - state.turnCrank(); - state.dispense(); - } - - public void setState(State state) { - this.state = state; - } - - public void releaseBall() { - System.out.println("A gumball comes rolling out the slot..."); - if (count != 0) { - count -= 1; - } - } - - public State getSoldOutState() { - return soldOutState; - } - - public State getNoQuarterState() { - return noQuarterState; - } - - public State getHasQuarterState() { - return hasQuarterState; - } - - public State getSoldState() { - return soldState; - } - - public int getCount() { - return count; - } } ``` + +## 实现 + ```java -public class GumballMachineTestDrive { +public interface Product { +} +``` - public static void main(String[] args) { - GumballMachine gumballMachine = new GumballMachine(5); +```java +public class ConcreteProduct implements Product{ +} +``` - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); +```java +public class ConcreteProduct1 implements Product{ +} +``` - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.ejectQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); +```java +public class ConcreteProduct2 implements Product{ +} +``` - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); - gumballMachine.ejectQuarter(); - - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); - gumballMachine.insertQuarter(); - gumballMachine.turnCrank(); +```java +public class SimpleFactory { + public Product createProduct(int type) { + if (type == 1) { + return new ConcreteProduct1(); + } else if (type == 2) { + return new ConcreteProduct2(); + } + return new ConcreteProduct(); } } ``` -运行结果 -```html -You insert a quarter -You turned... -A gumball comes rolling out the slot... -You insert a quarter -Quarter returned -You turned, but there's no quarter -You need to pay first -You insert a quarter -You turned... -A gumball comes rolling out the slot... -You insert a quarter -You turned... -A gumball comes rolling out the slot... -You haven't insert a quarter -You insert a quarter -You can't insert another quarter -You turned... -A gumball comes rolling out the slot... -You insert a quarter -You turned... -A gumball comes rolling out the slot... -Oops, out of gumballs -You can't insert a quarter, the machine is sold out -You turned, but there are no gumballs -No gumball dispensed + +```java +public class Client { + public static void main(String[] args) { + SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory(); + Product product = simpleFactory.createProduct(1); + } +} ``` -# 十五、代理模式 -# 十六、MVC +# 五、工厂方法模式 -## 传统 MVC +## 意图 -视图使用组合模式,模型使用了观察者模式,控制器使用了策略模式。 +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。工厂方法把实例化推迟到子类。 -

+## 类图 -## Web 中的 MVC +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。 -模式不再使用观察者模式。 +下图中,Factory 有一个 doSomethind() 方法,这个方法需要用到一组产品对象,这组产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的,需要由子类去实现。 -

+

-# 十七、与设计模式相处 +## 实现 -## 定义 +```java +public abstract class Factory { + abstract public Product factoryMethod(); + public void doSomethind() { + Product product = factoryMethod(); + // do something with the product + } +} +``` -在某情境下,针对某问题的某种解决方案。 +```java +public class ConcreteFactory extends Factory { + public Product factoryMethod() { + return new ConcreteProduct(); + } +} +``` -## 何时使用 +```java +public class ConcreteFactory1 extends Factory{ + public Product factoryMethod() { + return new ConcreteProduct1(); + } +} +``` -过度使用设计模式可能导致代码被过度工程化,应该总是用最简单的解决方案完成工作,并在真正需要模式的地方才使用它。 +```java +public class ConcreteFactory2 extends Factory { + public Product factoryMethod() { + return new ConcreteProduct2(); + } +} +``` -## 反模式 +# 六、抽象工厂模式 -不好的解决方案来解决一个问题。主要作用是为了警告人们不要使用这些解决方案。 +## 意图 -## 模式分类 +提供一个接口,用于创建 **相关的对象家族** 。 -

+## 类图 + +

+ +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模式来创建单一对象,在类图左部,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,而工厂模式使用了继承。 + + +## 代码实现 + +```java +public class AbstractProductA { +} +``` + +```java +public class AbstractProductB { +} +``` + +```java +public class ProductA1 extends AbstractProductA { +} +``` + +```java +public class ProductA2 extends AbstractProductA { +} +``` + +```java +public class ProductB1 extends AbstractProductB{ +} +``` + +```java +public class ProductB2 extends AbstractProductB{ +} +``` + +```java +public abstract class AbstractFactory { + abstract AbstractProductA createProductA(); + abstract AbstractProductB createProductB(); +} +``` + +```java +public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory{ + AbstractProductA createProductA() { + return new ProductA1(); + } + + AbstractProductB createProductB() { + return new ProductB1(); + } +} +``` + +```java +public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory { + AbstractProductA createProductA() { + return new ProductA2(); + } + + AbstractProductB createProductB() { + return new ProductB2(); + } +} +``` + +```java +public class Client { + public static void main(String[] args) { + AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1(); + AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA(); + abstractFactory = new ConcreteFactory2(); + productA = abstractFactory.createProductA(); + } +} +``` # 参考资料 - 弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007. +- [Design Patterns](http://www.oodesign.com/) +- [Design patterns implemented in Java](http://java-design-patterns.com/) diff --git a/pics/a8644ee5-dc04-40b6-8492-e2d3c922eb04.png b/pics/a8644ee5-dc04-40b6-8492-e2d3c922eb04.png new file mode 100644 index 00000000..3e9cd4e7 Binary files /dev/null and b/pics/a8644ee5-dc04-40b6-8492-e2d3c922eb04.png differ diff --git a/pics/bf0ff9fc-467e-4a3f-8922-115ba2c55bde.png b/pics/bf0ff9fc-467e-4a3f-8922-115ba2c55bde.png new file mode 100644 index 00000000..69222ad8 Binary files /dev/null and b/pics/bf0ff9fc-467e-4a3f-8922-115ba2c55bde.png differ diff --git a/pics/d7f6dec1-02b6-4969-b3ab-e01ee78659b9.png b/pics/d7f6dec1-02b6-4969-b3ab-e01ee78659b9.png new file mode 100644 index 00000000..2fa7a4e4 Binary files /dev/null and b/pics/d7f6dec1-02b6-4969-b3ab-e01ee78659b9.png differ diff --git a/pics/db54db2f-82b2-4222-8d63-e49a8a7fc966.png b/pics/db54db2f-82b2-4222-8d63-e49a8a7fc966.png new file mode 100644 index 00000000..23fb9449 Binary files /dev/null and b/pics/db54db2f-82b2-4222-8d63-e49a8a7fc966.png differ