精简：设计模式

news2024/9/25 13:23:58

1.设计模式概述

1.什么是设计模式

设计模式(Design Pattern)是前辈们对代码开发经验的总结，是解决特定问题的一系列套路。
它不是语法规定，而是一套用来提高代码可复用性、可维护性、可读性、稳健性以及安全性的解决方案。

1995年，GoF (Gang of Four,四人组/四人帮)合作出版了《设计模式:可复用面向对象软件的基础》一书,共收录了23种设计模式,从此树立了软件设计模式领域的里程碑，人称「GoF设计模式」

2.学习设计模式的意义

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。

  • 正确使用设计模式具有以下优点:
    • 可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。
    • 使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期。
    • 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

3.23种设计模式

按照设计模式的作用可分为三种模式，创建型模式、结构型模式、行为型模式

设计模式类型设计模式
创建型模式单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式
结构型模式适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式
行为型模式模板方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式

4.七大设计原则

七大原则解释
开闭原则对扩展开放，对修改关闭
里氏替换原则在继承关系中子类可以拓展方法，不能修改父类原有方法的功能，降低需求变更带来的风险
依赖倒置原则要面向接口编程,不要面向实现编程。高层模块不直接依赖低层模块，二者依赖其抽象
单一职责原则控制类的粒度大小、将对象解耦、提高其内聚性。对于类/接口/方法，负责的功能单一
接口隔离原则不使用单一的总接口 使用多个专门职责的接口，接口间产生隔离
迪米特法则只与你的直接朋友交谈,不跟"陌生人”说话。其中一个类需要调用另一类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。降低类与类之间的耦合
合成复用原则尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

2.创建者模式

1.单例模式

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点

主要解决：一个全局使用的类频繁地创建与销毁。

关键代码：构造函数是私有的，自己创建自己的唯一实例，公有的静态的方法

优点：

  • 1.在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
  • 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

应用场景：WEB 中的计数器

饿汉式

一上来就把所有的东西加载进来，非常浪费空间

类加载时创建（不管使不使用都创建），天生线程安全

生命周期长

/**
 * 饿汉式单例
 */
public class Hungry {
 
    /**
     * 可能会浪费空间
     */
    private byte[] data1=new byte[1024*1024];
    private byte[] data2=new byte[1024*1024];
    private byte[] data3=new byte[1024*1024];
    private byte[] data4=new byte[1024*1024];
 
 
 
    private Hungry(){
 
    }
    private final static Hungry hungry = new Hungry();
 
    public static Hungry getInstance(){
        return hungry;
    }
 
}

懒汉式

第一次调用才初始化，避免内存浪费。

单线程安全，多线程不安全

生命周期短

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

这里可以给他加锁完成线程安全，但是就降低了效率

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

DCL懒汉式（双重校验（判定）锁）

这里new对象的时候会有原子性不一致的问题，就导致可能出现指令重排的问题，给LazyMan2的类对象加一个volatile保证指令重排的问题

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
            if (singleton == null) {  
                singleton = new Singleton();  
            }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}

静态内部类

线程安全，功能和双重校验锁一样

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE;  
    }  
}

但是这时候出现了问题，反射可以破坏单例模式

枚举

它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。可以防止反射来破坏单例模式，因为反射破坏不了枚举类

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    public void whateverMethod() {  
    }  
}

2.工厂模式

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象

  • 三种模式：
    • 简单工厂模式
      • 用来生产同一等级结构中的任意产品(对于增加新的产品，需要扩展已有代码)
    • 工厂方法模式
      • 用来生产同一等级结构中的固定产品(支持增加任意产品)
    • 抽象工厂模式
      • 围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。
  • 小结：
    • 简单工厂模式(静态工厂模式)
      • 虽然某种程度上不符合设计原则，但实际使用最多!
    • 工厂方法模式
      • 不修改已有类的前提下，通过增加新的工厂类实现扩展。
    • 抽象工厂模式
      • 不可以增加产品，可以增加产品族!

应用场景：JDBC中的Connection对象的获取、Spring中IOC容器创建管理bean对象、反射中Class对象的newInstance方法

简单工厂模式（静态工厂模式）

public interface Car {
    void name();
}

class Wuling implements Car {
    @Override
    public void name() {
        System.out.println("五菱");
    }
}

class Tesla implements Car {
    @Override
    public void name() {
        System.out.println("特斯拉");
    }
}

class CarFactory {
    public static Car getCar(String car) {
        if ("五菱".equals(car)) {
            return new Wuling();
        } else if ("特斯拉".equals(car)) {
            return new Tesla();
        } else {
            return null;
        }
    }
}

class Consumer {
    public static void main(String[] args) {
        //传统方式
        //Car wuling = new Wuling();
        //Car tesla = new Tesla();

        //工厂模式
        Car car = CarFactory.getCar("五菱");
        Car car1 = CarFactory.getCar("特斯拉");
        car.name();
        car1.name();

    }
}

这时我想要在加一辆车，那么车工厂就要增加一个大众类型的车，按照类型去寻找车

工厂方法

工厂方法，增加一层工厂的约束，对工厂去管理，要什么车就去什么工厂，然后工厂帮你找到车

public interface Car {
    void name();
}

class Wuling implements Car {
    @Override
    public void name() {
        System.out.println("五菱");
    }
}

class Tesla implements Car {
    @Override
    public void name() {
        System.out.println("特斯拉");
    }
}
interface CarFactory{
    Car getCar();
}
class TeslaFactory implements CarFactory{
    @Override
    public Car getCar() {
        return new Tesla();
    }
}
class WulingFactory implements CarFactory{
    @Override
    public Car getCar() {
        return new Wuling();
    }
}

class Consumer {
    public static void main(String[] args) {
        //传统方式
        //Car wuling = new Wuling();
        //Car tesla = new Tesla();

        //工厂模式
        //Car car = CarFactory.getCar("五菱");
        //Car car1 = CarFactory.getCar("特斯拉");
        //car.name();
        //car1.name();

        Car car = new WulingFactory().getCar();
        Car car1 = new TeslaFactory().getCar();
        car1.name();
        car.name();
    }
}

3.抽象工厂模式

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

何时使用：系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品

优点：当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象

缺点：产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

注意事项：产品族难扩展，产品等级易扩展。

//手机接口
public interface IphoneProduct {
    void start();
    void shutdown();
    void callup();
    void sendSMS();
}
//路由器接口
public interface IRouterProduct {
    void start();
    void shutdown();
    void openwife();
    void setting();
}

//华为手机
public class HuaweiPhone implements IphoneProduct{
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("华为手机开机");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("华为手机关机");
    }

    @Override
    public void callup() {
        System.out.println("华为手机打电话");
    }

    @Override
    public void sendSMS() {
        System.out.println("华为手机发短信");
    }
}
//华为路由器
public class HuaweiRouter implements IRouterProduct{
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("开启华为路由器");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭华为路由器");
    }

    @Override
    public void openwife() {
        System.out.println("开启华为wifi");
    }

    @Override
    public void setting() {
        System.out.println("打开华为设置");
    }
}
//小米手机
public class XiaomiPhone implements IphoneProduct{

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭小米手机");
    }

    @Override
    public void callup() {
        System.out.println("小米手机打电话");
    }

    @Override
    public void sendSMS() {
        System.out.println("小米手机发短信");
    }

    @Override
    public void start() {
        System.out.println("开启小米手机");
    }
}
//小米路由器
public class XiaomiRouter implements IRouterProduct{

    @Override
    public void start() {
        System.out.println("开启小米路由器");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭小米路由器");
    }

    @Override
    public void openwife() {
        System.out.println("开启小米wifi");
    }

    @Override
    public void setting() {
        System.out.println("开启小米设置");
    }
}

//生产路由器和手机的工厂
public interface IProductFactory {
    //生产手机
    IphoneProduct iphoneProduct();
    //生产路由器
    IRouterProduct irouterproduct();
}

//生产华为系列路由器和手机的工厂
public class HuaweiFactory implements IProductFactory{
    @Override
    public IphoneProduct iphoneProduct() {
        return new HuaweiPhone();
    }

    @Override
    public IRouterProduct irouterproduct() {
        return new HuaweiRouter();
    }
}
//生产小米系列路由器和手机的工厂
public class XiaomiFactory implements IProductFactory{
    @Override
    public IphoneProduct iphoneProduct() {
        return new XiaomiPhone();
    }

    @Override
    public IRouterProduct irouterproduct() {
        return new XiaomiRouter();
    }
}

//主机，去找一个商品直接去该系列的工厂去寻找并使用
public class Clinet {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("==========小米系列产品==========");
        //小米工厂
        XiaomiFactory xiaomiFactory = new XiaomiFactory();
        IphoneProduct iphoneProduct = xiaomiFactory.iphoneProduct();
        iphoneProduct.start();
        iphoneProduct.shutdown();
        System.out.println("==========华为系列产品==========");
        //小米工厂
        HuaweiFactory huaweiFactory = new HuaweiFactory();
        iphoneProduct = huaweiFactory.iphoneProduct();
        iphoneProduct.start();
        iphoneProduct.shutdown();


    }
}

4.建造者模式

将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

建造者：创建和提供实例，导演：管理建造出来的实例的依赖关系。

与工厂模式的区别是：建造者模式更加关注与零件装配的顺序

优点： 1、建造者独立，易扩展。 2、便于控制细节风险。

缺点： 1、产品必须有共同点，范围有限制。 2、如内部变化复杂，会有很多的建造类。

使用场景： 1、需要生成的对象具有复杂的内部结构。 2、需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

  • 建造者与抽象工厂模式的比较：
    • 与抽象工厂 模式相比,建造者模式返回一个组装好的完整产品，而抽象工厂模式返回一系列相关的产品，这些产品位于不同的产品等级结构，构成了一个产品族。
    • 在抽象工厂模式中，客户端实例化工厂类,然后调用工厂方法获取所需产品对象，而在建造者模式中，客户端可以不直接调用建造者的相关方法，而是通过指挥者类来指导如何生成对象，包括对象的组装过程和建造步骤,它侧重于一步步构造一 个复杂对象， 返回一个完整的对象。
    • 如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车!


public abstract class Builder {
    abstract void builderA();//地基
    abstract void builderB();//钢筋水泥
    abstract void builderC();//铺电线
    abstract void builderD();//粉刷

    //完工:得到产品
    abstract Product getproduct();
}

//产品：房子
public class Product {
    private String builderA;
    private String builderB;
    private String builderC;
    private String builderD;

//get set tostring
}

//具体建造者：工人
public class Worker extends Builder{
    private Product product;

    public Worker() {
        product = new Product();
    }

    @Override
    void builderA() {
        product.setBuilderA("地基");
        System.out.println("地基");
    }

    @Override
    void builderB() {
        product.setBuilderB("钢筋水泥");
        System.out.println("钢筋水泥");
    }

    @Override
    void builderC() {
        product.setBuilderC("铺电线");
        System.out.println("铺电线");
    }

    @Override
    void builderD() {
        product.setBuilderD("粉刷");
        System.out.println("粉刷");
    }

    @Override
    Product getproduct() {
        return product;
    }
}

//指挥：核心。负责构建一个工程，工程如何构建，由他决定。
public class Director {
    //指挥工人按照顺序建房子
    public Product build(Builder builder){
        builder.builderA();
        builder.builderB();
        builder.builderD();
        builder.builderC();

        return builder.getproduct();
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Director director = new Director();
        Product build = director.build(new Worker());
        System.out.println(build);
    }
}

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