設計模式（Design Patterns）
——可復用面向對象軟件的基礎
設計模式（Design pattern）是一套被反復使用、多數人知曉的、經過分類編目的、代碼設計經驗的總結。使用設計模式是為了可重用代碼、讓代碼更容易被他人理解、保證代碼可靠性。 毫無疑問，設計模式于己于他人于系統都是多贏的，設計模式使代碼編制真正工程化，設計模式是軟件工程的基石，如同大廈的一塊塊磚石一樣。項目中合理的運用設計模式可以完美的解決很多問題，每種模式在現在中都有相應的原理來與之對應，每一個模式描述了一個在我們周圍不斷重復發(fā)生的問題，以及該問題的核心解決方案，這也是它能被廣泛應用的原因。本章系Java之美[從菜鳥到高手演變]系列之設計模式，我們會以理論與實踐相結合的方式來進行本章的學習，希望廣大程序愛好者，學好設計模式，做一個優(yōu)秀的軟件工程師！
一、設計模式的分類
總體來說設計模式分為三大類：
創(chuàng)建型模式，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。
結構型模式，共七種：適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。
行為型模式，共十一種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態(tài)模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。
其實還有兩類：并發(fā)型模式和線程池模式。用一個圖片來整體描述一下：
二、設計模式的六大原則
1、開閉原則（Open Close Principle）
開閉原則就是說對擴展開放，對修改關閉。在程序需要進行拓展的時候，不能去修改原有的代碼，實現一個熱插拔的效果。所以一句話概括就是：為了使程序的擴展性好，易于維護和升級。想要達到這樣的效果，我們需要使用接口和抽象類，后面的具體設計中我們會提到這點。
2、里氏代換原則（Liskov Substitution Principle）
里氏代換原則(Liskov Substitution Principle LSP)面向對象設計的基本原則之一。 里氏代換原則中說，任何基類可以出現的地方，子類一定可以出現。 LSP是繼承復用的基石，只有當衍生類可以替換掉基類，軟件單位的功能不受到影響時，基類才能真正被復用，而衍生類也能夠在基類的基礎上增加新的行為。里氏代換原則是對“開-閉”原則的補充。實現“開-閉”原則的關鍵步驟就是抽象化。而基類與子類的繼承關系就是抽象化的具體實現，所以里氏代換原則是對實現抽象化的具體步驟的規(guī)范。—— From Baidu 百科
3、依賴倒轉原則（Dependence Inversion Principle）
這個是開閉原則的基礎，具體內容：真對接口編程，依賴于抽象而不依賴于具體。
4、接口隔離原則（Interface Segregation Principle）
這個原則的意思是：使用多個隔離的接口，比使用單個接口要好。還是一個降低類之間的耦合度的意思，從這兒我們看出，其實設計模式就是一個軟件的設計思想，從大型軟件架構出發(fā)，為了升級和維護方便。所以上文中多次出現：降低依賴，降低耦合。
5、迪米特法則（最少知道原則）（Demeter Principle）
為什么叫最少知道原則，就是說：一個實體應當盡量少的與其他實體之間發(fā)生相互作用，使得系統功能模塊相對獨立。
6、合成復用原則（Composite Reuse Principle）
原則是盡量使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。
三、Java的23中設計模式
從這一塊開始，我們詳細介紹Java中23種設計模式的概念，應用場景等情況，并結合他們的特點及設計模式的原則進行分析。
1、工廠方法模式（Factory Method）
工廠方法模式分為三種：
11、普通工廠模式，就是建立一個工廠類，對實現了同一接口的一些類進行實例的創(chuàng)建。首先看下關系圖：
舉例如下：（我們舉一個發(fā)送郵件和短信的例子）
首先，創(chuàng)建二者的共同接口：
public interface Sender { public void Send(); }
其次，創(chuàng)建實現類：
public class MailSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("this is mailsender!"); } } public class SmsSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("this is sms sender!"); } }
最后，建工廠類：
public class SendFactory { public Sender produce(String type) { if ("mail".equals(type)) { return new MailSender(); } else if ("sms".equals(type)) { return new SmsSender(); } else { System.out.println("請輸入正確的類型!"); return null; } } }
我們來測試下：
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produce("sms"); sender.Send(); } }
輸出：this is sms sender!
22、多個工廠方法模式，是對普通工廠方法模式的改進，在普通工廠方法模式中，如果傳遞的字符串出錯，則不能正確創(chuàng)建對象，而多個工廠方法模式是提供多個工廠方法，分別創(chuàng)建對象。關系圖：
將上面的代碼做下修改，改動下SendFactory類就行，如下：
public class SendFactory { public Sender produceMail(){ return new MailSender(); } public Sender produceSms(){ return new SmsSender(); } }
測試類如下：
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produceMail(); sender.Send(); } }
輸出：this is mailsender!
33、靜態(tài)工廠方法模式，將上面的多個工廠方法模式里的方法置為靜態(tài)的，不需要創(chuàng)建實例，直接調用即可.
public class SendFactory { public static Sender produceMail(){ return new MailSender(); } public static Sender produceSms(){ return new SmsSender(); } }
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { Sender sender = SendFactory.produceMail(); sender.Send(); } }
輸出：this is mailsender!
總體來說，工廠模式適合：凡是出現了大量的產品需要創(chuàng)建，并且具有共同的接口時，可以通過工廠方法模式進行創(chuàng)建。在以上的三種模式中，第一種如果傳入的字符串有誤，不能正確創(chuàng)建對象，第三種相對于第二種，不需要實例化工廠類，所以，大多數情況下，我們會選用第三種——靜態(tài)工廠方法模式。
2、抽象工廠模式（Abstract Factory）
工廠方法模式有一個問題就是，類的創(chuàng)建依賴工廠類，也就是說，如果想要拓展程序，必須對工廠類進行修改，這違背了閉包原則，所以，從設計角度考慮，有一定的問題，如何解決？就用到抽象工廠模式，創(chuàng)建多個工廠類，這樣一旦需要增加新的功能，直接增加新的工廠類就可以了，不需要修改之前的代碼。因為抽象工廠不太好理解，我們先看看圖，然后就和代碼，就比較容易理解。
請看例子：
public interface Sender { public void Send(); }
兩個實現類：
public class MailSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("this is mailsender!"); } } public class SmsSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("this is sms sender!"); } }
兩個工廠類：
public class SendMailFactory implements Provider { @Override public Sender produce(){ return new MailSender(); } }
public class SendSmsFactory implements Provider{ @Override public Sender produce() { return new SmsSender(); } }
在提供一個接口：
public interface Provider { public Sender produce(); }
測試類：
public class Test { public static void main(String[] args) { Provider provider = new SendMailFactory(); Sender sender = provider.produce(); sender.Send(); } }
其實這個模式的好處就是，如果你現在想增加一個功能：發(fā)及時信息，則只需做一個實現類，實現Sender接口，同時做一個工廠類，實現Provider接口，就OK了，無需去改動現成的代碼。這樣做，拓展性較好！
3、單例模式（Singleton）
單例對象（Singleton）是一種常用的設計模式。在Java應用中，單例對象能保證在一個JVM中，該對象只有一個實例存在。這樣的模式有幾個好處：
1、某些類創(chuàng)建比較頻繁，對于一些大型的對象，這是一筆很大的系統開銷。
2、省去了new操作符，降低了系統內存的使用頻率，減輕GC壓力。
3、有些類如交易所的核心交易引擎，控制著交易流程，如果該類可以創(chuàng)建多個的話，系統完全亂了。（比如一個軍隊出現了多個司令員同時指揮，肯定會亂成一團），所以只有使用單例模式，才能保證核心交易服務器獨立控制整個流程。
首先我們寫一個簡單的單例類：
public class Singleton { /* 持有私有靜態(tài)實例，防止被引用，此處賦值為null，目的是實現延遲加載 */ private static Singleton instance = null; /* 私有構造方法，防止被實例化 */ private Singleton() { } /* 靜態(tài)工程方法，創(chuàng)建實例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } /* 如果該對象被用于序列化，可以保證對象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return instance; } }
這個類可以滿足基本要求，但是，像這樣毫無線程安全保護的類，如果我們把它放入多線程的環(huán)境下，肯定就會出現問題了，如何解決？我們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字，如下：
public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }
但是，synchronized關鍵字鎖住的是這個對象，這樣的用法，在性能上會有所下降，因為每次調用getInstance()，都要對對象上鎖，事實上，只有在第一次創(chuàng)建對象的時候需要加鎖，之后就不需要了，所以，這個地方需要改進。我們改成下面這個：
public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (instance) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; }
似乎解決了之前提到的問題，將synchronized關鍵字加在了內部，也就是說當調用的時候是不需要加鎖的，只有在instance為null，并創(chuàng)建對象的時候才需要加鎖，性能有一定的提升。但是，這樣的情況，還是有可能有問題的，看下面的情況：在Java指令中創(chuàng)建對象和賦值操作是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執(zhí)行的。但是JVM并不保證這兩個操作的先后順序，也就是說有可能JVM會為新的Singleton實例分配空間，然后直接賦值給instance成員，然后再去初始化這個Singleton實例。這樣就可能出錯了，我們以A、B兩個線程為例：
a>A、B線程同時進入了第一個if判斷
b>A首先進入synchronized塊，由于instance為null，所以它執(zhí)行instance = new Singleton();
c>由于JVM內部的優(yōu)化機制，JVM先畫出了一些分配給Singleton實例的空白內存，并賦值給instance成員（注意此時JVM沒有開始初始化這個實例），然后A離開了synchronized塊。
d>B進入synchronized塊，由于instance此時不是null，因此它馬上離開了synchronized塊并將結果返回給調用該方法的程序。
e>此時B線程打算使用Singleton實例，卻發(fā)現它沒有被初始化，于是錯誤發(fā)生了。
所以程序還是有可能發(fā)生錯誤，其實程序在運行過程是很復雜的，從這點我們就可以看出，尤其是在寫多線程環(huán)境下的程序更有難度，有挑戰(zhàn)性。我們對該程序做進一步優(yōu)化：
private static class SingletonFactory{ private static Singleton instance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return SingletonFactory.instance; }
實際情況是，單例模式使用內部類來維護單例的實現，JVM內部的機制能夠保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當我們第一次調用getInstance的時候，JVM能夠幫我們保證instance只被創(chuàng)建一次，并且會保證把賦值給instance的內存初始化完畢，這樣我們就不用擔心上面的問題。同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制，這樣就解決了低性能問題。這樣我們暫時總結一個完美的單例模式：
public class Singleton { /* 私有構造方法，防止被實例化 */ private Singleton() { } /* 此處使用一個內部類來維護單例 */ private static class SingletonFactory { private static Singleton instance = new Singleton(); } /* 獲取實例 */ public static Singleton getInstance() { return SingletonFactory.instance; } /* 如果該對象被用于序列化，可以保證對象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return getInstance(); } }
其實說它完美，也不一定，如果在構造函數中拋出異常，實例將永遠得不到創(chuàng)建，也會出錯。所以說，十分完美的東西是沒有的，我們只能根據實際情況，選擇最適合自己應用場景的實現方法。也有人這樣實現：因為我們只需要在創(chuàng)建類的時候進行同步，所以只要將創(chuàng)建和getInstance()分開，單獨為創(chuàng)建加synchronized關鍵字，也是可以的：
public class SingletonTest { private static SingletonTest instance = null; private SingletonTest() { } private static synchronized void syncInit() { if (instance == null) { instance = new SingletonTest(); } } public static SingletonTest getInstance() { if (instance == null) { syncInit(); } return instance; } }
考慮性能的話，整個程序只需創(chuàng)建一次實例，所以性能也不會有什么影響。
補充：采用"影子實例"的辦法為單例對象的屬性同步更新
public class SingletonTest { private static SingletonTest instance = null; private Vector properties = null; public Vector getProperties() { return properties; } private SingletonTest() { } private static synchronized void syncInit() { if (instance == null) { instance = new SingletonTest(); } } public static SingletonTest getInstance() { if (instance == null) { syncInit(); } return instance; } public void updateProperties() { SingletonTest shadow = new SingletonTest(); properties = shadow.getProperties(); } }
通過單例模式的學習告訴我們：
1、單例模式理解起來簡單，但是具體實現起來還是有一定的難度。
2、synchronized關鍵字鎖定的是對象，在用的時候，一定要在恰當的地方使用（注意需要使用鎖的對象和過程，可能有的時候并不是整個對象及整個過程都需要鎖）。
到這兒，單例模式基本已經講完了，結尾處，筆者突然想到另一個問題，就是采用類的靜態(tài)方法，實現單例模式的效果，也是可行的，此處二者有什么不同？
首先，靜態(tài)類不能實現接口。（從類的角度說是可以的，但是那樣就破壞了靜態(tài)了。因為接口中不允許有static修飾的方法，所以即使實現了也是非靜態(tài)的）
其次，單例可以被延遲初始化，靜態(tài)類一般在第一次加載是初始化。之所以延遲加載，是因為有些類比較龐大，所以延遲加載有助于提升性能。
再次，單例類可以被繼承，他的方法可以被覆寫。但是靜態(tài)類內部方法都是static，無法被覆寫。
最后一點，單例類比較靈活，畢竟從實現上只是一個普通的Java類，只要滿足單例的基本需求，你可以在里面隨心所欲的實現一些其它功能，但是靜態(tài)類不行。從上面這些概括中，基本可以看出二者的區(qū)別，但是，從另一方面講，我們上面最后實現的那個單例模式，內部就是用一個靜態(tài)類來實現的，所以，二者有很大的關聯，只是我們考慮問題的層面不同罷了。兩種思想的結合，才能造就出完美的解決方案，就像HashMap采用數組+鏈表來實現一樣，其實生活中很多事情都是這樣，單用不同的方法來處理問題，總是有優(yōu)點也有缺點，最完美的方法是，結合各個方法的優(yōu)點，才能最好的解決問題！
4、建造者模式（Builder）
工廠類模式提供的是創(chuàng)建單個類的模式，而建造者模式則是將各種產品集中起來進行管理，用來創(chuàng)建復合對象，所謂復合對象就是指某個類具有不同的屬性，其實建造者模式就是前面抽象工廠模式和最后的Test結合起來得到的。我們看一下代碼：
還和前面一樣，一個Sender接口，兩個實現類MailSender和SmsSender。最后，建造者類如下：
public class Builder { private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>(); public void produceMailSender(int count){ for(int i=0; i<count; i++){ list.add(new MailSender()); } } public void produceSmsSender(int count){ for(int i=0; i<count; i++){ list.add(new SmsSender()); } } }
測試類：
public class Test { public static void main(String[] args) { Builder builder = new Builder(); builder.produceMailSender(10); } }
從這點看出，建造者模式將很多功能集成到一個類里，這個類可以創(chuàng)造出比較復雜的東西。所以與工程模式的區(qū)別就是：工廠模式關注的是創(chuàng)建單個產品，而建造者模式則關注創(chuàng)建符合對象，多個部分。因此，是選擇工廠模式還是建造者模式，依實際情況而定。
5、原型模式（Prototype）
原型模式雖然是創(chuàng)建型的模式，但是與工程模式沒有關系，從名字即可看出，該模式的思想就是將一個對象作為原型，對其進行復制、克隆，產生一個和原對象類似的新對象。本小結會通過對象的復制，進行講解。在Java中，復制對象是通過clone()實現的，先創(chuàng)建一個原型類：
public class Prototype implements Cloneable { public Object clone() throws CloneNotSupportedException { Prototype proto = (Prototype) super.clone(); return proto; } }
很簡單，一個原型類，只需要實現Cloneable接口，覆寫clone方法，此處clone方法可以改成任意的名稱，因為Cloneable接口是個空接口，你可以任意定義實現類的方法名，如cloneA或者cloneB，因為此處的重點是super.clone()這句話，super.clone()調用的是Object的clone()方法，而在Object類中，clone()是native的，具體怎么實現，我會在另一篇文章中，關于解讀Java中本地方法的調用，此處不再深究。在這兒，我將結合對象的淺復制和深復制來說一下，首先需要了解對象深、淺復制的概念：
淺復制：將一個對象復制后，基本數據類型的變量都會重新創(chuàng)建，而引用類型，指向的還是原對象所指向的。
深復制：將一個對象復制后，不論是基本數據類型還有引用類型，都是重新創(chuàng)建的。簡單來說，就是深復制進行了完全徹底的復制，而淺復制不徹底。
此處，寫一個深淺復制的例子：
public class Prototype implements Cloneable, Serializable { private static final long serialVersionUID = 1L; private String string; private SerializableObject obj; /* 淺復制 */ public Object clone() throws CloneNotSupportedException { Prototype proto = (Prototype) super.clone(); return proto; } /* 深復制 */ public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException { /* 寫入當前對象的二進制流 */ ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos); oos.writeObject(this); /* 讀出二進制流產生的新對象 */ ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis); return ois.readObject(); } public String getString() { return string; } public void setString(String string) { this.string = string; } public SerializableObject getObj() { return obj; } public void setObj(SerializableObject obj) { this.obj = obj; } } class SerializableObject implements Serializable { private static final long serialVersionUID = 1L; }
要實現深復制，需要采用流的形式讀入當前對象的二進制輸入，再寫出二進制數據對應的對象。
我們接著討論設計模式，上篇文章我講完了5種創(chuàng)建型模式，這章開始，我將講下7種結構型模式：適配器模式、裝飾模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。其中對象的適配器模式是各種模式的起源，我們看下面的圖：
適配器模式將某個類的接口轉換成客戶端期望的另一個接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的類的兼容性問題。主要分為三類：類的適配器模式、對象的適配器模式、接口的適配器模式。首先，我們來看看類的適配器模式，先看類圖：
核心思想就是：有一個Source類，擁有一個方法，待適配，目標接口時Targetable，通過Adapter類，將Source的功能擴展到Targetable里，看代碼：
public class Source { public void method1() { System.out.println("this is original method!"); } }
public interface Targetable { /* 與原類中的方法相同 */ public void method1(); /* 新類的方法 */ public void method2(); }
public class Adapter extends Source implements Targetable { @Override public void method2() { System.out.println("this is the targetable method!"); } }
Adapter類繼承Source類，實現Targetable接口，下面是測試類：
public class AdapterTest { public static void main(String[] args) { Targetable target = new Adapter(); target.method1(); target.method2(); } }
輸出：
this is original method!
this is the targetable method!
這樣Targetable接口的實現類就具有了Source類的功能。
對象的適配器模式
基本思路和類的適配器模式相同，只是將Adapter類作修改，這次不繼承Source類，而是持有Source類的實例，以達到解決兼容性的問題。看圖：
只需要修改Adapter類的源碼即可：
public class Wrapper implements Targetable { private Source source; public Wrapper(Source source){ super(); this.source = source; } @Override public void method2() { System.out.println("this is the targetable method!"); } @Override public void method1() { source.method1(); } }
測試類：
public class AdapterTest { public static void main(String[] args) { Source source = new Source(); Targetable target = new Wrapper(source); target.method1(); target.method2(); } }
輸出與第一種一樣，只是適配的方法不同而已。
第三種適配器模式是接口的適配器模式，接口的適配器是這樣的：有時我們寫的一個接口中有多個抽象方法，當我們寫該接口的實現類時，必須實現該接口的所有方法，這明顯有時比較浪費，因為并不是所有的方法都是我們需要的，有時只需要某一些，此處為了解決這個問題，我們引入了接口的適配器模式，借助于一個抽象類，該抽象類實現了該接口，實現了所有的方法，而我們不和原始的接口打交道，只和該抽象類取得聯系，所以我們寫一個類，繼承該抽象類，重寫我們需要的方法就行。看一下類圖：
這個很好理解，在實際開發(fā)中，我們也常會遇到這種接口中定義了太多的方法，以致于有時我們在一些實現類中并不是都需要。看代碼：
public interface Sourceable { public void method1(); public void method2(); }
抽象類Wrapper2：
public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{ public void method1(){} public void method2(){} } public class SourceSub1 extends Wrapper2 { public void method1(){ System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!"); } } public class SourceSub2 extends Wrapper2 { public void method2(){ System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!"); } } public class WrapperTest { public static void main(String[] args) { Sourceable source1 = new SourceSub1(); Sourceable source2 = new SourceSub2(); source1.method1(); source1.method2(); source2.method1(); source2.method2(); } }
測試輸出：
the sourceable interface's first Sub1!
the sourceable interface's second Sub2!
達到了我們的效果！
講了這么多，總結一下三種適配器模式的應用場景：
類的適配器模式：當希望將一個類轉換成滿足另一個新接口的類時，可以使用類的適配器模式，創(chuàng)建一個新類，繼承原有的類，實現新的接口即可。
對象的適配器模式：當希望將一個對象轉換成滿足另一個新接口的對象時，可以創(chuàng)建一個Wrapper類，持有原類的一個實例，在Wrapper類的方法中，調用實例的方法就行。
接口的適配器模式：當不希望實現一個接口中所有的方法時，可以創(chuàng)建一個抽象類Wrapper，實現所有方法，我們寫別的類的時候，繼承抽象類即可。
7、裝飾模式（Decorator）
顧名思義，裝飾模式就是給一個對象增加一些新的功能，而且是動態(tài)的，要求裝飾對象和被裝飾對象實現同一個接口，裝飾對象持有被裝飾對象的實例，關系圖如下：
Source類是被裝飾類，Decorator類是一個裝飾類，可以為Source類動態(tài)的添加一些功能，代碼如下：
public interface Sourceable { public void method(); } public class Source implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("the original method!"); } } public class Decorator implements Sourceable { private Sourceable source; public Decorator(Sourceable source){ super(); this.source = source; } @Override public void method() { System.out.println("before decorator!"); source.method(); System.out.println("after decorator!"); } }
測試類：
public class DecoratorTest { public static void main(String[] args) { Sourceable source = new Source(); Sourceable obj = new Decorator(source); obj.method(); } }
輸出：
before decorator!
the original method!
after decorator!
裝飾器模式的應用場景：
1、需要擴展一個類的功能。
2、動態(tài)的為一個對象增加功能，而且還能動態(tài)撤銷。（繼承不能做到這一點，繼承的功能是靜態(tài)的，不能動態(tài)增刪。）
缺點：產生過多相似的對象，不易排錯！
8、代理模式（Proxy）
其實每個模式名稱就表明了該模式的作用，代理模式就是多一個代理類出來，替原對象進行一些操作，比如我們在租房子的時候回去找中介，為什么呢？因為你對該地區(qū)房屋的信息掌握的不夠全面，希望找一個更熟悉的人去幫你做，此處的代理就是這個意思。再如我們有的時候打官司，我們需要請律師，因為律師在法律方面有專長，可以替我們進行操作，表達我們的想法。先來看看關系圖：
根據上文的闡述，代理模式就比較容易的理解了，我們看下代碼：
public interface Sourceable { public void method(); } public class Source implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("the original method!"); } } public class Proxy implements Sourceable { private Source source; public Proxy(){ super(); this.source = new Source(); } @Override public void method() { before(); source.method(); atfer(); } private void atfer() { System.out.println("after proxy!"); } private void before() { System.out.println("before proxy!"); } }
測試類：
public class ProxyTest { public static void main(String[] args) { Sourceable source = new Proxy(); source.method(); } }
輸出：
before proxy!
the original method!
after proxy!
代理模式的應用場景：
如果已有的方法在使用的時候需要對原有的方法進行改進，此時有兩種辦法：
1、修改原有的方法來適應。這樣違反了“對擴展開放，對修改關閉”的原則。
2、就是采用一個代理類調用原有的方法，且對產生的結果進行控制。這種方法就是代理模式。
使用代理模式，可以將功能劃分的更加清晰，有助于后期維護！
9、外觀模式（Facade）
外觀模式是為了解決類與類之家的依賴關系的，像spring一樣，可以將類和類之間的關系配置到配置文件中，而外觀模式就是將他們的關系放在一個Facade類中，降低了類類之間的耦合度，該模式中沒有涉及到接口，看下類圖：（我們以一個計算機的啟動過程為例）
我們先看下實現類：
public class CPU { public void startup(){ System.out.println("cpu startup!"); } public void shutdown(){ System.out.println("cpu shutdown!"); } } public class Memory { public void startup(){ System.out.println("memory startup!"); } public void shutdown(){ System.out.println("memory shutdown!"); } } public class Disk { public void startup(){ System.out.println("disk startup!"); } public void shutdown(){ System.out.println("disk shutdown!"); } } public class Computer { private CPU cpu; private Memory memory; private Disk disk; public Computer(){ cpu = new CPU(); memory = new Memory(); disk = new Disk(); } public void startup(){ System.out.println("start the computer!"); cpu.startup(); memory.startup(); disk.startup(); System.out.println("start computer finished!"); } public void shutdown(){ System.out.println("begin to close the computer!"); cpu.shutdown(); memory.shutdown(); disk.shutdown(); System.out.println("computer closed!"); } }
User類如下：
public class User { public static void main(String[] args) { Computer computer = new Computer(); computer.startup(); computer.shutdown(); } }
輸出：
start the computer!
cpu startup!
memory startup!
disk startup!
start computer finished!
begin to close the computer!
cpu shutdown!
memory shutdown!
disk shutdown!
computer closed!
如果我們沒有Computer類，那么，CPU、Memory、Disk他們之間將會相互持有實例，產生關系，這樣會造成嚴重的依賴，修改一個類，可能會帶來其他類的修改，這不是我們想要看到的，有了Computer類，他們之間的關系被放在了Computer類里，這樣就起到了解耦的作用，這，就是外觀模式！
10、橋接模式（Bridge）
橋接模式就是把事物和其具體實現分開，使他們可以各自獨立的變化。橋接的用意是：將抽象化與實現化解耦，使得二者可以獨立變化，像我們常用的JDBC橋DriverManager一樣，JDBC進行連接數據庫的時候，在各個數據庫之間進行切換，基本不需要動太多的代碼，甚至絲毫不用動，原因就是JDBC提供統一接口，每個數據庫提供各自的實現，用一個叫做數據庫驅動的程序來橋接就行了。我們來看看關系圖：
實現代碼：
先定義接口：
public interface Sourceable { public void method(); }
分別定義兩個實現類：
public class SourceSub1 implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("this is the first sub!"); } } public class SourceSub2 implements Sourceable { @Override public void method() { System.out.println("this is the second sub!"); } }
定義一個橋，持有Sourceable的一個實例：
public abstract class Bridge { private Sourceable source; public void method(){ source.method(); } public Sourceable getSource() { return source; } public void setSource(Sourceable source) { this.source = source; } } public class MyBridge extends Bridge { public void method(){ getSource().method(); } }
測試類：
public class BridgeTest { public static void main(String[] args) { Bridge bridge = new MyBridge(); /*調用第一個對象*/ Sourceable source1 = new SourceSub1(); bridge.setSource(source1); bridge.method(); /*調用第二個對象*/ Sourceable source2 = new SourceSub2(); bridge.setSource(source2); bridge.method(); } }
output：
this is the first sub!
this is the second sub!
這樣，就通過對Bridge類的調用，實現了對接口Sourceable的實現類SourceSub1和SourceSub2的調用。接下來我再畫個圖，大家就應該明白了，因為這個圖是我們JDBC連接的原理，有數據庫學習基礎的，一結合就都懂了。
11、組合模式（Composite）
組合模式有時又叫部分-整體模式在處理類似樹形結構的問題時比較方便，看看關系圖：
直接來看代碼：
public class TreeNode { private String name; private TreeNode parent; private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>(); public TreeNode(String name){ this.name = name; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public TreeNode getParent() { return parent; } public void setParent(TreeNode parent) { this.parent = parent; } //添加孩子節(jié)點 public void add(TreeNode node){ children.add(node); } //刪除孩子節(jié)點 public void remove(TreeNode node){ children.remove(node); } //取得孩子節(jié)點 public Enumeration<TreeNode> getChildren(){ return children.elements(); } } public class Tree { TreeNode root = null; public Tree(String name) { root = new TreeNode(name); } public static void main(String[] args) { Tree tree = new Tree("A"); TreeNode nodeB = new TreeNode("B"); TreeNode nodeC = new TreeNode("C"); nodeB.add(nodeC); tree.root.add(nodeB); System.out.println("build the tree finished!"); } }
使用場景：將多個對象組合在一起進行操作，常用于表示樹形結構中，例如二叉樹，數等。
12、享元模式（Flyweight）
享元模式的主要目的是實現對象的共享，即共享池，當系統中對象多的時候可以減少內存的開銷，通常與工廠模式一起使用。
FlyWeightFactory負責創(chuàng)建和管理享元單元，當一個客戶端請求時，工廠需要檢查當前對象池中是否有符合條件的對象，如果有，就返回已經存在的對象，如果沒有，則創(chuàng)建一個新對象，FlyWeight是超類。一提到共享池，我們很容易聯想到Java里面的JDBC連接池，想想每個連接的特點，我們不難總結出：適用于作共享的一些個對象，他們有一些共有的屬性，就拿數據庫連接池來說，url、driverClassName、username、password及dbname，這些屬性對于每個連接來說都是一樣的，所以就適合用享元模式來處理，建一個工廠類，將上述類似屬性作為內部數據，其它的作為外部數據，在方法調用時，當做參數傳進來，這樣就節(jié)省了空間，減少了實例的數量。
看個例子：
看下數據庫連接池的代碼：
public class ConnectionPool { private Vector<Connection> pool; /*公有屬性*/ private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test"; private String username = "root"; private String password = "root"; private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver"; private int poolSize = 100; private static ConnectionPool instance = null; Connection conn = null; /*構造方法，做一些初始化工作*/ private ConnectionPool() { pool = new Vector<Connection>(poolSize); for (int i = 0; i < poolSize; i++) { try { Class.forName(driverClassName); conn = DriverManager.getConnection(url, username, password); pool.add(conn); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } } /* 返回連接到連接池 */ public synchronized void release() { pool.add(conn); } /* 返回連接池中的一個數據庫連接 */ public synchronized Connection getConnection() { if (pool.size() > 0) { Connection conn = pool.get(0); pool.remove(conn); return conn; } else { return null; } } }
通過連接池的管理，實現了數據庫連接的共享，不需要每一次都重新創(chuàng)建連接，節(jié)省了數據庫重新創(chuàng)建的開銷，提升了系統的性能！本章講解了7種結構型模式，因為篇幅的問題，剩下的11種行為型模式，
本章是關于設計模式的最后一講，會講到第三種設計模式——行為型模式，共11種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態(tài)模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。這段時間一直在寫關于設計模式的東西，終于寫到一半了，寫博文是個很費時間的東西，因為我得為讀者負責，不論是圖還是代碼還是表述，都希望能盡量寫清楚，以便讀者理解，我想不論是我還是讀者，都希望看到高質量的博文出來，從我本人出發(fā)，我會一直堅持下去，不斷更新，源源動力來自于讀者朋友們的不斷支持，我會盡自己的努力，寫好每一篇文章！希望大家能不斷給出意見和建議，共同打造完美的博文！
先來張圖，看看這11中模式的關系：
第一類：通過父類與子類的關系進行實現。第二類：兩個類之間。第三類：類的狀態(tài)。第四類：通過中間類
13、策略模式（strategy）
策略模式定義了一系列算法，并將每個算法封裝起來，使他們可以相互替換，且算法的變化不會影響到使用算法的客戶。需要設計一個接口，為一系列實現類提供統一的方法，多個實現類實現該接口，設計一個抽象類（可有可無，屬于輔助類），提供輔助函數，關系圖如下：
圖中ICalculator提供同意的方法，
AbstractCalculator是輔助類，提供輔助方法，接下來，依次實現下每個類：
首先統一接口：
public interface ICalculator { public int calculate(String exp); }
輔助類：
public abstract class AbstractCalculator { public int[] split(String exp,String opt){ String array[] = exp.split(opt); int arrayInt[] = new int[2]; arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]); arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]); return arrayInt; } }
三個實現類：
public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator { @Override public int calculate(String exp) { int arrayInt[] = split(exp,"\\+"); return arrayInt[0]+arrayInt[1]; } }
public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator { @Override public int calculate(String exp) { int arrayInt[] = split(exp,"-"); return arrayInt[0]-arrayInt[1]; } }
public class Multiply extends AbstractCalculator implements ICalculator { @Override public int calculate(String exp) { int arrayInt[] = split(exp,"\\*"); return arrayInt[0]*arrayInt[1]; } }
簡單的測試類：
public class StrategyTest { public static void main(String[] args) { String exp = "2+8"; ICalculator cal = new Plus(); int result = cal.calculate(exp); System.out.println(result); } }
輸出：10
策略模式的決定權在用戶，系統本身提供不同算法的實現，新增或者刪除算法，對各種算法做封裝。因此，策略模式多用在算法決策系統中，外部用戶只需要決定用哪個算法即可。
14、模板方法模式（Template Method）
解釋一下模板方法模式，就是指：一個抽象類中，有一個主方法，再定義1...n個方法，可以是抽象的，也可以是實際的方法，定義一個類，繼承該抽象類，重寫抽象方法，通過調用抽象類，實現對子類的調用，先看個關系圖：
就是在AbstractCalculator類中定義一個主方法calculate，calculate()調用spilt()等，Plus和Minus分別繼承AbstractCalculator類，通過對AbstractCalculator的調用實現對子類的調用，看下面的例子：
public abstract class AbstractCalculator { /*主方法，實現對本類其它方法的調用*/ public final int calculate(String exp,String opt){ int array[] = split(exp,opt); return calculate(array[0],array[1]); } /*被子類重寫的方法*/ abstract public int calculate(int num1,int num2); public int[] split(String exp,String opt){ String array[] = exp.split(opt); int arrayInt[] = new int[2]; arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]); arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]); return arrayInt; } } public class Plus extends AbstractCalculator { @Override public int calculate(int num1,int num2) { return num1 + num2; } }
測試類：
public class StrategyTest { public static void main(String[] args) { String exp = "8+8"; AbstractCalculator cal = new Plus(); int result = cal.calculate(exp, "\\+"); System.out.println(result); } }
我跟蹤下這個小程序的執(zhí)行過程：首先將exp和"\\+"做參數，調用AbstractCalculator類里的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)里調用同類的split()，之后再調用calculate(int ,int)方法，從這個方法進入到子類中，執(zhí)行完return num1 + num2后，將值返回到AbstractCalculator類，賦給result，打印出來。正好驗證了我們開頭的思路。
15、觀察者模式（Observer）
包括這個模式在內的接下來的四個模式，都是類和類之間的關系，不涉及到繼承，學的時候應該 記得歸納，記得本文最開始的那個圖。觀察者模式很好理解，類似于郵件訂閱和RSS訂閱，當我們?yōu)g覽一些博客或wiki時，經常會看到RSS圖標，就這的意思是，當你訂閱了該文章，如果后續(xù)有更新，會及時通知你。其實，簡單來講就一句話：當一個對象變化時，其它依賴該對象的對象都會收到通知，并且隨著變化！對象之間是一種一對多的關系。先來看看關系圖：
我解釋下這些類的作用：MySubject類就是我們的主對象，Observer1和Observer2是依賴于MySubject的對象，當MySubject變化時，Observer1和Observer2必然變化。AbstractSubject類中定義著需要監(jiān)控的對象列表，可以對其進行修改：增加或刪除被監(jiān)控對象，且當MySubject變化時，負責通知在列表內存在的對象。我們看實現代碼：
一個Observer接口：
public interface Observer { public void update(); }
兩個實現類：
public class Observer1 implements Observer { @Override public void update() { System.out.println("observer1 has received!"); } } public class Observer2 implements Observer { @Override public void update() { System.out.println("observer2 has received!"); } }
Subject接口及實現類：
public interface Subject { /*增加觀察者*/ public void add(Observer observer); /*刪除觀察者*/ public void del(Observer observer); /*通知所有的觀察者*/ public void notifyObservers(); /*自身的操作*/ public void operation(); } public abstract class AbstractSubject implements Subject { private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>(); @Override public void add(Observer observer) { vector.add(observer); } @Override public void del(Observer observer) { vector.remove(observer); } @Override public void notifyObservers() { Enumeration<Observer> enumo = vector.elements(); while(enumo.hasMoreElements()){ enumo.nextElement().update(); } } } public class MySubject extends AbstractSubject { @Override public void operation() { System.out.println("update self!"); notifyObservers(); } }
測試類：
public class ObserverTest { public static void main(String[] args) { Subject sub = new MySubject(); sub.add(new Observer1()); sub.add(new Observer2()); sub.operation(); } }
輸出：
update self!
observer1 has received!
observer2 has received!
這些東西，其實不難，只是有些抽象，不太容易整體理解，建議讀者：根據關系圖，新建項目，自己寫代碼（或者參考我的代碼）,按照總體思路走一遍，這樣才能體會它的思想，理解起來容易！
16、迭代子模式（Iterator）
顧名思義，迭代器模式就是順序訪問聚集中的對象，一般來說，集合中非常常見，如果對集合類比較熟悉的話，理解本模式會十分輕松。這句話包含兩層意思：一是需要遍歷的對象，即聚集對象，二是迭代器對象，用于對聚集對象進行遍歷訪問。我們看下關系圖：
這個思路和我們常用的一模一樣，MyCollection中定義了集合的一些操作，MyIterator中定義了一系列迭代操作，且持有Collection實例，我們來看看實現代碼：
兩個接口：
public interface Collection { public Iterator iterator(); /*取得集合元素*/ public Object get(int i); /*取得集合大小*/ public int size(); } public interface Iterator { //前移 public Object previous(); //后移 public Object next(); public boolean hasNext(); //取得第一個元素 public Object first(); }
兩個實現：
public class MyCollection implements Collection { public String string[] = {"A","B","C","D","E"}; @Override public Iterator iterator() { return new MyIterator(this); } @Override public Object get(int i) { return string[i]; } @Override public int size() { return string.length; } } public class MyIterator implements Iterator { private Collection collection; private int pos = -1; public MyIterator(Collection collection){ this.collection = collection; } @Override public Object previous() { if(pos > 0){ pos--; } return collection.get(pos); } @Override public Object next() { if(pos<collection.size()-1){ pos++; } return collection.get(pos); } @Override public boolean hasNext() { if(pos<collection.size()-1){ return true; }else{ return false; } } @Override public Object first() { pos = 0; return collection.get(pos); } }
測試類：
public class Test { public static void main(String[] args) { Collection collection = new MyCollection(); Iterator it = collection.iterator(); while(it.hasNext()){ System.out.println(it.next()); } } }
輸出：A B C D E
此處我們貌似模擬了一個集合類的過程，感覺是不是很爽？其實JDK中各個類也都是這些基本的東西，加一些設計模式，再加一些優(yōu)化放到一起的，只要我們把這些東西學會了，掌握好了，我們也可以寫出自己的集合類，甚至框架！
17、責任鏈模式（Chain of Responsibility）
接下來我們將要談談責任鏈模式，有多個對象，每個對象持有對下一個對象的引用，這樣就會形成一條鏈，請求在這條鏈上傳遞，直到某一對象決定處理該請求。但是發(fā)出者并不清楚到底最終那個對象會處理該請求，所以，責任鏈模式可以實現，在隱瞞客戶端的情況下，對系統進行動態(tài)的調整。先看看關系圖：
Abstracthandler類提供了get和set方法，方便MyHandle類設置和修改引用對象，MyHandle類是核心，實例化后生成一系列相互持有的對象，構成一條鏈。
public interface Handler { public void operator(); }
public abstract class AbstractHandler { private Handler handler; public Handler getHandler() { return handler; } public void setHandler(Handler handler) { this.handler = handler; } }
public class MyHandler extends AbstractHandler implements Handler { private String name; public MyHandler(String name) { this.name = name; } @Override public void operator() { System.out.println(name+"deal!"); if(getHandler()!=null){ getHandler().operator(); } } }
public class Test { public static void main(String[] args) { MyHandler h1 = new MyHandler("h1"); MyHandler h2 = new MyHandler("h2"); MyHandler h3 = new MyHandler("h3"); h1.setHandler(h2); h2.setHandler(h3); h1.operator(); } }
輸出：
h1deal!
h2deal!
h3deal!
此處強調一點就是，鏈接上的請求可以是一條鏈，可以是一個樹，還可以是一個環(huán)，模式本身不約束這個，需要我們自己去實現，同時，在一個時刻，命令只允許由一個對象傳給另一個對象，而不允許傳給多個對象。
18、命令模式（Command）
命令模式很好理解，舉個例子，司令員下令讓士兵去干件事情，從整個事情的角度來考慮，司令員的作用是，發(fā)出口令，口令經過傳遞，傳到了士兵耳朵里，士兵去執(zhí)行。這個過程好在，三者相互解耦，任何一方都不用去依賴其他人，只需要做好自己的事兒就行，司令員要的是結果，不會去關注到底士兵是怎么實現的。我們看看關系圖：
Invoker是調用者（司令員），Receiver是被調用者（士兵），MyCommand是命令，實現了Command接口，持有接收對象，看實現代碼：
public interface Command { public void exe(); } public class MyCommand implements Command { private Receiver receiver; public MyCommand(Receiver receiver) { this.receiver = receiver; } @Override public void exe() { receiver.action(); } } public class Receiver { public void action(){ System.out.println("command received!"); } } public class Invoker { private Command command; public Invoker(Command command) { this.command = command; } public void action(){ command.exe(); } } public class Test { public static void main(String[] args) { Receiver receiver = new Receiver(); Command cmd = new MyCommand(receiver); Invoker invoker = new Invoker(cmd); invoker.action(); } }
輸出：command received!
這個很哈理解，命令模式的目的就是達到命令的發(fā)出者和執(zhí)行者之間解耦，實現請求和執(zhí)行分開，熟悉Struts的同學應該知道，Struts其實就是一種將請求和呈現分離的技術，其中必然涉及命令模式的思想！
其實每個設計模式都是很重要的一種思想，看上去很熟，其實是因為我們在學到的東西中都有涉及，盡管有時我們并不知道，其實在Java本身的設計之中處處都有體現，像AWT、JDBC、集合類、IO管道或者是Web框架，里面設計模式無處不在。因為我們篇幅有限，很難講每一個設計模式都講的很詳細，不過我會盡我所能，盡量在有限的空間和篇幅內，把意思寫清楚了，更好讓大家明白。本章不出意外的話，應該是設計模式最后一講了，首先還是上一下上篇開頭的那個圖：
本章講講第三類和第四類。
19、備忘錄模式（Memento）
主要目的是保存一個對象的某個狀態(tài)，以便在適當的時候恢復對象，個人覺得叫備份模式更形象些，通俗的講下：假設有原始類A，A中有各種屬性，A可以決定需要備份的屬性，備忘錄類B是用來存儲A的一些內部狀態(tài)，類C呢，就是一個用來存儲備忘錄的，且只能存儲，不能修改等操作。做個圖來分析一下：
Original類是原始類，里面有需要保存的屬性value及創(chuàng)建一個備忘錄類，用來保存value值。Memento類是備忘錄類，Storage類是存儲備忘錄的類，持有Memento類的實例，該模式很好理解。直接看源碼：
public class Original { private String value; public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; } public Original(String value) { this.value = value; } public Memento createMemento(){ return new Memento(value); } public void restoreMemento(Memento memento){ this.value = memento.getValue(); } } public class Memento { private String value; public Memento(String value) { this.value = value; } public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; } } public class Storage { private Memento memento; public Storage(Memento memento) { this.memento = memento; } public Memento getMemento() { return memento; } public void setMemento(Memento memento) { this.memento = memento; } }
測試類：
public class Test { public static void main(String[] args) { // 創(chuàng)建原始類 Original origi = new Original("egg"); // 創(chuàng)建備忘錄 Storage storage = new Storage(origi.createMemento()); // 修改原始類的狀態(tài) System.out.println("初始化狀態(tài)為：" + origi.getValue()); origi.setValue("niu"); System.out.println("修改后的狀態(tài)為：" + origi.getValue()); // 回復原始類的狀態(tài) origi.restoreMemento(storage.getMemento()); System.out.println("恢復后的狀態(tài)為：" + origi.getValue()); } }
輸出：
初始化狀態(tài)為：egg
修改后的狀態(tài)為：niu
恢復后的狀態(tài)為：egg
簡單描述下：新建原始類時，value被初始化為egg，后經過修改，將value的值置為niu，最后倒數第二行進行恢復狀態(tài)，結果成功恢復了。其實我覺得這個模式叫“備份-恢復”模式最形象。
20、狀態(tài)模式（State）
核心思想就是：當對象的狀態(tài)改變時，同時改變其行為，很好理解！就拿QQ來說，有幾種狀態(tài)，在線、隱身、忙碌等，每個狀態(tài)對應不同的操作，而且你的好友也能看到你的狀態(tài)，所以，狀態(tài)模式就兩點：1、可以通過改變狀態(tài)來獲得不同的行為。2、你的好友能同時看到你的變化。看圖：
State類是個狀態(tài)類，Context類可以實現切換，我們來看看代碼：
package com.xtfggef.dp.state; /** * 狀態(tài)類的核心類 * 2012-12-1 * @author erqing * */ public class State { private String value; public String getValue() { return value; } public void setValue(String value) { this.value = value; }
最后輸出正確的結果：3。
基本就這樣，解釋器模式用來做各種各樣的解釋器，如正則表達式等的解釋器等等！
原文鏈接：http://www.cnblogs.com/maowang1991/archive/2013/04/15/3023236.html
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