Java集合中经典的 5种设计模式，打死也要记住啊！

news2025/1/16 11:13:09

集合

一、迭代器模式(Iterator Pattern)
二、工厂模式(Factory Pattern)
三、装饰器模式(Decorator Pattern)
四、适配器模式(Adapter Pattern)
五、组合模式(Composite Pattern)

Java 集合框架中的 List、Set、Map 以及其实现类都使用了多种经典的设计模式

一、迭代器模式(Iterator Pattern)

所有的集合接口(Collection、List、Set、Queue)和 Map 接口都定义了获取迭代器(Iterator)的方法,如 iterator()、listIterator()等。每个具体的集合实现类都提供了自己的迭代器实现,如 ArrayList 有 Itr、LinkedList 有 ListItr、HashMap 有 KeyIterator 和 ValueIterator 等。这些迭代器实现了 Iterator 接口,并对应集合的遍历算法。

以 ArrayList 为例,它的迭代器 Itr 实现如下:

private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // 下一个要访问的元素索引
    int lastRet = -1; // 最后一次返回的元素索引,方便删除操作
    // ...
}

在这里插入图片描述

二、工厂模式(Factory Pattern)

Collections 工具类中的静态工厂方法(如 nCopies、singletonList、unmodifiableList 等)可以创建各种不同的集合实例。为了方便创建Map.Entry实例，Map接口提供了两个静态工厂方法SimpleEntry和SimpleImmutableEntry。这两个方法分别用来创建可变和不可变的Map.Entry实例。

public static <T> List<T> singletonList(T o) {
    return new ImmutableCollections.SetN<T>(o);
}

三、装饰器模式(Decorator Pattern)

Collections 提供了一些修饰方法,用于对集合进行包装,如 synchronizedCollection、unmodifiableCollection 等。这些方法使用了装饰器模式,在原有集合上添加了同步或只读等额外功能。

public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
    return (list instanceof RandomAccess ?
            new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
            new SynchronizedList<>(list));
}

static class SynchronizedList<E> extends SynchronizedCollection<E> implements List<E> {
    // ...
}

四、适配器模式(Adapter Pattern)

Arrays.asList 方法可以将数组转换为 List 集合,使用了适配器模式。EnumerationIterator 和 IteratorEnumeration 则用于在旧集合 Enumeration 和新集合 Iterator 之间进行适配。

public static <T> List<T> asList(T... a) {
    return new ArrayList<>(a);
}

五、组合模式(Composite Pattern)

在Map接口中，每个Map.Entry对象表示了一个键值对（key-value pair），包含了一个键和一个值。通过这种组合结构，Map可以存储多个键值对，并提供了方便的方式来操作这些数据。在Map接口的实现类（如HashMap、TreeMap）中，每个键值对被表示为一个Map.Entry对象，通过Map的方法可以进行各种操作。组合模式允许将对象组合成树形结构，表示“部分-整体”的关系，在Map.Entry接口中，键和值构成了一个整体，即键值对的Entry，使得操作键值对变得简单方便。

Map抽象接口内部定义了一个Entry接口，表示键值对。Entry接口包含了获取键、获取值、设置值、判断相等和获取哈希码等方法。

public interface Map<K, V> {
    // ...其他方法
    
    // 内部接口表示键值对
    interface Entry<K, V> {
        K getKey(); // 获取键
        V getValue(); // 获取值
        V setValue(V value); // 设置值，返回旧的值
        boolean equals(Object o); // 判断是否相等
        int hashCode(); // 获取哈希码
    }
    
    // ...其他方法
}

具体的Map实现类（如HashMap）的 Node 内部类就是一个 Entry 的实现，Node类实现了Map.Entry接口，表示了键值对信息。它包含了键、值和下一个节点的引用等信息

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    //下一个节点的引用等信息
    Node<K,V> next; 
    // ...
}

在Java JDK 1.8中，AbstractMap 和 AbstractSet 等抽象类使用了组合模式。AbstractMap 是一个抽象类，它提供了Map接口的基本实现，并使用了组合模式来包装具体的 Map 实现。在 AbstractMap 中，最重要的部分是 entrySet() 方法，该方法返回一个Set<Entry<K,V>>类型的集合，表示 Map 的键值对集合。

public abstract class AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {
    
    // 返回一个包含所有 key-value 映射关系的 Set 集合
    public abstract Set<Entry<K,V>> entrySet();
    
    // 其他实现代码
    
    public static class SimpleEntry<K,V> implements Entry<K,V>, java.io.Serializable{
        private static final long serialVersionUID = -8499721149061103585L;

        private final K key;
        private V value;

        // 构造函数
        
        // 实现 equals()、hashCode() 等方法
    }
}