经典的GOF设计模式笔记.doc

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1、设计模式(Patterns in Java)R子 总结笔记 2006.10.17创建模式 Factory(工厂模式) ： 工厂模式就象使用new一样频繁。 Prototype(原型模式) ：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。 Builder(建造模式) ：汽车由车轮 方向盘 发动机很多部件组成，同时，将这些部件组装成汽车也是一件复杂的工作，Builder模式就是将这两种情况分开进行。 Singleton(单例模式) ：保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。结构模式 Fade(门面模式) ：可扩展的使用JDBC针对不同的数据库编程,Facade提供了

2、一种灵活的实现。 Proxy(代理模式) ： 以Jive为例,剖析代理模式在用户级别授权机制上的应用。 Adapter(适配器模式) ： 使用类再生的两个方式:组合(new)和继承(extends),这个已经在thinking in java中提到过。 Composite(合成模式) ：就是将类用树形结构组合成一个单位.你向别人介绍你是某单位，你是单位中的一个元素，别人和你做买卖，相当于和单位做买卖。文章中还对Jive再进行了剖析。 Decorator(装饰模式) ：Decorator是个油漆工,给你的东东的外表刷上美丽的颜色。 Bridge(桥接模式) ：将牛郎织女分开(本应在一起,分开他们

3、,形成两个接口),在他们之间搭建一个桥(动态的结合) 。 Flyweight(享元模式) ： 提供Java运行性能,降低小而大量重复的类的开销。行为模式 Template(模板方法模式) ： 实际上向你介绍了为什么要使用Java 抽象类,该模式原理简单,使用很普遍。 Memento(备忘录模式) ： 很简单一个模式,就是在内存中保留原来数据的拷贝。 Observer(观察者模式) ： 介绍如何使用Java API提供的现成Observer。 Chain of Responsibility(责任链模式) ：各司其职的类串成一串,好象击鼓传花,当然如果自己能完成,就不要推委给下一个。 Comman

4、d(命令模式) ：什么是将行为封装,Command是最好的说明。 State(状态模式) ： 状态是编程中经常碰到的实例,将状态对象化,设立状态变换器,便可在状态中轻松切换。 Strategy(策略模式) ：不同算法各自封装,用户端可随意挑选需要的算法。 Mediator(调停者模式) ：很象十字路口的红绿灯,每个车辆只需和红绿灯交互就可以。 Interpreter(解释器模式) ：主要用来对语言的分析,应用机会不多。 Visitor(访问者模式) ： 访问者在进行访问时,完成一系列实质性操作,而且还可以扩展。 Iterator(迭代模式) ： 这个模式已经被整合入Java的Collectio

5、n在大多数场合下无需自己制造一个Iterator,只要将对象装入Collection中，直接使用Iterator进行对象遍历。1 创建 / 工厂模式（Factory）工厂模式定义：提供创建对象的接口，有工厂方法(Factory Method) 抽象工厂(Abstract Factory)两种。工厂模式是我们最常用的模式了,著名的Jive论坛 ,就大量使用了工厂模式，工厂模式在Java程序系统可以说是随处可见。为什么工厂模式是如此常用？因为工厂模式就相当于创建实例对象的new，我们经常要根据类Class生成实例对象，如A a=new A() 工厂模式也是用来创建实例对象的，所以以后new时就要多

6、个心眼，是否可以考虑实用工厂模式，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。我们以类Sample为例， 如果我们要创建Sample的实例对象:Sample sample=new Sample();可是，实际情况是，通常我们都要在创建sample实例时做点初始化的工作,比如赋值、查询数据库等。首先，我们想到的是，可以使用Sample的构造函数，这样生成实例就写成:Sample sample=new Sample(参数);但是，如果创建sample实例时所做的初始化工作不是象赋值这样简单的事，可能是很长一段代码，如果也写入构造函数中，那你的代码很难看了（就需要R

7、efactor重整）。为什么说代码很难看，初学者可能没有这种感觉，我们分析如下，初始化工作如果是很长一段代码，说明要做的工作很多，将很多工作装入一个方法中，相当于将很多鸡蛋放在一个篮子里，是很危险的，这也是有背于Java面向对象的原则，面向对象的封装(Encapsulation)和分派(Delegation)告诉我们，尽量将长的代码分派切割成每段，将每段再封装起来(减少段和段之间偶合联系性)，这样，就会将风险分散，以后如果需要修改，只要更改每段，不会再发生牵一动百的事情。在本例中，首先，我们需要将创建实例的工作与使用实例的工作分开, 也就是说，让创建实例所需要的大量初始化工作从Sample的构

8、造函数中分离出去。这时我们就需要Factory工厂模式来生成对象了，不能再用上面简单new Sample(参数)。还有,如果Sample有个继承如MySample, 按照面向接口编程,我们需要将Sample抽象成一个接口.现在Sample是接口,有两个子类MySample 和HisSample .我们要实例化他们时,如下:Sample mysample=new MySample();Sample hissample=new HisSample();随着项目的深入,Sample可能还会生出很多儿子出来, 那么我们要对这些儿子一个个实例化,更糟糕的是,可能还要对以前的代码进行修改:加入后来生出儿子

9、的实例.这在传统程序中是无法避免的。但如果你一开始就有意识使用了工厂模式,这些麻烦就没有了。工厂方法：你会建立一个专门生产Sample实例的工厂:public class Factory public static Sample creator(int which) /getClass 产生Sample 一般可使用动态类装载装入类。if (which=1) return new SampleA(); else if (which=2) return new SampleB(); 那么在你的程序中,如果要实例化Sample时.就使用Sample sampleA=Factory.creator(1

10、);这样,在整个就不涉及到Sample的具体子类,达到封装效果,也就减少错误修改的机会,这个原理可以用很通俗的话来比喻:就是具体事情做得越多,越容易范错误.这每个做过具体工作的人都深有体会,相反,官做得越高,说出的话越抽象越笼统,范错误可能性就越少.好象我们从编程序中也能悟出人生道理?呵呵。使用工厂方法 要注意几个角色，首先你要定义产品接口，如上面的Sample,产品接口下有Sample接口的实现类,如SampleA,其次要有一个factory类，用来生成产品Sample，如下图，最右边是生产的对象Sample： 进一步稍微复杂一点，就是在工厂类上进行拓展，工厂类也有继承它的实现类concre

11、teFactory了。抽象工厂抽象工与工厂方法区别在于需要创建对象的复杂程度上。如果我们创建对象的方法变得复杂了,如上面工厂方法中是创建一个对象Sample,如果我们还有新的产品接口Sample2。这里假设：Sample有两个concrete类SampleA和SamleB，而Sample2也有两个concrete类Sample2A和SampleB2那么，我们就将上例中Factory变成抽象类,将共同部分封装在抽象类中,不同部分使用子类实现，下面就是将上例中的Factory拓展成抽象工厂: public abstract class Factory public abstract Sample

12、creator(); public abstract Sample2 creator(String name); public class SimpleFactory extends Factory public Sample creator() . return new SampleA public Sample2 creator(String name) . return new Sample2A public class BombFactory extends Factory public Sample creator() . return new SampleB public Samp

13、le2 creator(String name) . return new Sample2B 从上面看到两个工厂各自生产出一套Sample和Sample2,也许你会疑问，为什么我不可以使用两个工厂方法来分别生产Sample和Sample2? 抽象工厂还有另外一个关键要点，是因为 SimpleFactory内，生产Sample和生产Sample2的方法之间有一定联系，所以才要将这两个方法捆绑在一个类中，这个工厂类有其本身特征，也许制造过程是统一的，比如：制造工艺比较简单，所以名称叫SimpleFactory。在实际应用中，工厂方法用得比较多一些，而且是和动态类装入器组合在一起应用，举例：我们以J

14、ive的ForumFactory为例，这个例子在前面的Singleton模式中我们讨论过，现在再讨论其工厂模式:public abstract class ForumFactory private static Object initLock = new Object();private static String className = com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory;private static ForumFactory factory = null; public static ForumFactory getInstance

15、(Authorization authorization) /If no valid authorization passed in, return null.if (authorization = null) return null;/以下使用了Singleton 单态模式if (factory = null) synchronized(initLock) if (factory = null) . try /动态转载类Class c = Class.forName(className);factory = (ForumFactory)c.newInstance();catch (Excep

16、tion e) return null;/Now, 返回 proxy.用来限制授权对forum的访问return new ForumFactoryProxy(authorization, factory,factory.getPermissions(authorization);/真正创建forum的方法由继承forumfactory的子类去完成.public abstract Forum createForum(String name, String description)throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException;.

17、因为现在的Jive是通过数据库系统存放论坛帖子等内容数据,如果希望更改为通过文件系统实现,这个工厂方法ForumFactory就提供了提供动态接口:private static String className = com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory;你可以使用自己开发的创建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以.在上面的一段代码中一共用了三种模式,除了工厂模式外,还有Singleton单态模式,以及proxy模式,proxy模式主要用来授权用户对forum

18、的访问,因为访问forum有两种人:一个是注册用户，一个是游客guest,那么那么相应的权限就不一样,而且这个权限是贯穿整个系统的,因此建立一个proxy,类似网关的概念,可以很好的达到这个效果. 看看Java宠物店中的CatalogDAOFactory:public class CatalogDAOFactory /* 本方法制定一个特别的子类来实现DAO模式。* 具体子类定义是在J2EE的部署描述器中。*/public static CatalogDAO getDAO() throws CatalogDAOSysException CatalogDAO catDao = null;try

19、InitialContext ic = new InitialContext();/动态装入CATALOG_DAO_CLASS/可以定义自己的CATALOG_DAO_CLASS，从而在无需变更太多代码/的前提下，完成系统的巨大变更。String className =(String) ic.lookup(JNDINames.CATALOG_DAO_CLASS);catDao = (CatalogDAO) Class.forName(className).newInstance(); catch (NamingException ne) throw new CatalogDAOSysExcept

20、ion(CatalogDAOFactory.getDAO: NamingException while getting DAO type : n + ne.getMessage(); catch (Exception se) throw new CatalogDAOSysException(CatalogDAOFactory.getDAO: Exception while getting DAO type : n + se.getMessage();return catDao;CatalogDAOFactory是典型的工厂方法，catDao是通过动态类装入器className获得Catalog

21、DAOFactory具体实现子类，这个实现子类在Java宠物店是用来操作catalog数据库，用户可以根据数据库的类型不同，定制自己的具体实现子类，将自己的子类名给与CATALOG_DAO_CLASS变量就可以。由此可见，工厂方法确实为系统结构提供了非常灵活强大的动态扩展机制，只要我们更换一下具体的工厂方法，系统其他地方无需一点变换，就有可能将系统功能进行改头换面的变化。戏说工厂模式l 客户类和工厂类分开。消费者任何时候需要某种产品，只需向工厂请求即可。消费者无须修改就可以接纳新产品。l 缺点是当产品修改时，工厂类也要做相应的修改。l 追MM少不了请吃饭了，麦当劳的鸡翅和肯德基的鸡翅都是MM爱

22、吃的东西，虽然口味有所不同，但不管你带MM去麦当劳或肯德基，只管向服务员说“来四个鸡翅”就行了。麦当劳和肯德基就是生产鸡翅的Factory 。l 核心工厂类不再负责所有产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做，成为一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂类必须实现的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。l 请MM去麦当劳吃汉堡，不同的MM有不同的口味，要每个都记住是一件烦人的事情， 我一般采用Factory Method模式，带着MM到服务员那儿，说“要一个汉堡”，具体要什么样的汉堡呢，让MM直接跟服务员说就行了。 2 创建 / 原型模式（Prototype）定义：用原型实例指定创建

23、对象的种类,并且通过拷贝这些原型创建新的对象.Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节,工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。如何使用?因为Java中的提供clone()方法来实现对象的克隆,所以Prototype模式实现一下子变得很简单，以勺子为例：public abstract class AbstractSpoon implements Cloneable String spoonName; public void setSpoonName(String sp

24、oonName) this.spoonName = spoonName;public String getSpoonName() return this.spoonName;public Object clone() Object object = null;try object = super.clone(); catch (CloneNotSupportedException exception) System.err.println(AbstractSpoon is not Cloneable);return object;有个具体实现(ConcretePrototype):public

25、 class SoupSpoon extends AbstractSpoon public SoupSpoon()setSpoonName(Soup Spoon); public class SaladSpoon extends AbstractSpoon public SaladSpoon()setSpoonName(Salad Spoon); 调用Prototype模式很简单:AbstractSpoon spoon = new SoupSpoon();AbstractSpoon spoon2 = spoon.clone(); 当然也可以结合工厂模式来创建AbstractSpoon实例。在J

26、ava中Prototype模式变成clone()方法的使用，由于Java的纯洁的面向对象特性，使得在Java中使用设计模式变得很自然，两者已经几乎是浑然一体了。这反映在很多模式上，如Interator遍历模式。戏说原型模式l 通过给出一个原型对象来指明所要创建的对象的类型，然后用复制这个原型对象的方法创建出更多同类型的对象。原始模型模式允许动态的增加或减少产品类，产品类不需要非得有任何事先确定的等级结构，原始模型模式适用于任何的等级结构。l 缺点是每一个类都必须配备一个克隆方法。 l 跟MM用QQ聊天，一定要说些深情的话语了，我搜集了好多肉麻的情话，需要时只要copy出来放到QQ里面就行了，这

27、就是我的情话prototype了。（100块钱一份，你要不要） 3. 创建 / 建造模式（Builder）Builder模式定义：将一个复杂对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。Builder模式是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们.用户不知道内部的具体构建细节.Builder模式是非常类似抽象工厂模式,细微的区别大概只有在反复使用中才能体会到。为何使用? 是为了将构建复杂对象的过程和它的部件解耦.注意: 是解耦过程和部件。因为一个复杂的对象,不但有很多大量组成部分,如汽车,有很多部件:车轮 方向盘 发动机还有各种小

28、零件等等,部件很多,但远不止这些,如何将这些部件装配成一辆汽车,这个装配过程也很复杂(需要很好的组装技术),Builder模式就是为了将部件和组装过程分开。如何使用? 首先假设一个复杂对象是由多个部件组成的,Builder模式是把复杂对象的创建和部件的创建分别开来,分别用Builder类和Director类来表示。首先,需要一个接口,它定义如何创建复杂对象的各个部件:public interface Builder /创建部件A比如创建汽车车轮void buildPartA(); /创建部件B 比如创建汽车方向盘void buildPartB(); /创建部件C 比如创建汽车发动机void b

29、uildPartC(); /返回最后组装成品结果 (返回最后装配好的汽车)/成品的组装过程不在这里进行,而是转移到下面的Director类中进行./从而实现了解耦过程和部件Product getResult(); 用Director构建最后的复杂对象,而在上面Builder接口中封装的是如何创建一个个部件(复杂对象是由这些部件组成的),也就是说Director的内容是如何将部件最后组装成成品:public class Director private Builder builder; public Director( Builder builder ) this.builder = build

30、er; / 将部件partA partB partC最后组成复杂对象/这里是将车轮 方向盘和发动机组装成汽车的过程public void construct() builder.buildPartA();builder.buildPartB();builder.buildPartC(); Builder的具体实现ConcreteBuilder:通过具体完成接口Builder来构建或装配产品的部件；定义并明确它所要创建的是什么具体东西；提供一个可以重新获取产品的接口:public class ConcreteBuilder implements Builder Part partA, partB

31、, partC; public void buildPartA() /这里是具体如何构建partA的代码; public void buildPartB() /这里是具体如何构建partB的代码; public void buildPartC() /这里是具体如何构建partB的代码; public Product getResult() /返回最后组装成品结果; 复杂对象:产品Product:public interface Product 复杂对象的部件:public interface Part 我们看看如何调用Builder模式:ConcreteBuilder builder = ne

32、w ConcreteBuilder();Director director = new Director( builder ); director.construct(); Product product = builder.getResult(); Builder模式的应用在Java实际使用中,我们经常用到池(Pool)的概念,当资源提供者无法提供足够的资源,并且这些资源需要被很多用户反复共享时,就需要使用池。池实际是一段内存,当池中有一些复杂的资源的断肢(比如数据库的连接池,也许有时一个连接会中断),如果循环再利用这些断肢,将提高内存使用效率,提高池的性能.修改Builder模式中Dire

33、ctor类使之能诊断断肢断在哪个部件上,再修复这个部件。戏说建造模式l 将产品的内部表象和产品的生成过程分割开来，从而使一个建造过程生成具有不同的内部表象的产品对象。建造模式使得产品内部表象可以独立的变化，客户不必知道产品内部组成的细节。l 建造模式可以强制实行一种分步骤进行的建造过程。 l MM最爱听的就是“我爱你”这句话了，见到不同地方的MM,要能够用她们的方言跟她说这句话哦，我有一个多种语言翻译机，上面每种语言都有一个按键，见到MM我只要按对应的键，它就能够用相应的语言说出“我爱你”这句话了，国外的MM也可以轻松搞掂，这就是我的“我爱你”builder。（这一定比美军在伊拉克用的翻译机好

34、卖） 。4. 创建 / 单例模式(Singleton)单态定义:Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。 在很多操作中，比如建立目录 数据库连接都需要这样的单线程操作。还有, singleton能够被状态化; 这样，多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务，比如，你要论坛中的帖子计数器，每次浏览一次需要计数，单态类能否保持住这个计数，并且能synchronize的安全自动加1，如果你要把这个数字永久保存到数据库，你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。另外方面，Singleton也能够被无状态化。提供工具性质的功能，Singl

35、eton模式就为我们提供了这样实现的可能。使用Singleton的好处还在于可以节省内存，因为它限制了实例的个数，有利于Java垃圾回收（garbage collection）。我们常常看到工厂模式中类装入器(class loader)中也用Singleton模式实现的,因为被装入的类实际也属于资源。一般Singleton模式通常有几种形式:public class Singleton private Singleton()/在自己内部定义自己一个实例，是不是很奇怪？/注意这是private 只供内部调用private static Singleton instance = new Singl

36、eton();/这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问public static Singleton getInstance() return instance; 第二种形式:public class Singleton private static Singleton instance = null;public static synchronized Singleton getInstance() /这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次 /使用时生成实例，提高了效率！if (instance=null)instancenew Singleton(

37、);return instance; 使用Singleton.getInstance()可以访问单态类。上面第二中形式是lazy initialization，也就是说第一次调用时初始Singleton，以后就不用再生成了。注意到lazy initialization形式中的synchronized，这个synchronized很重要，如果没有synchronized，那么使用getInstance()是有可能得到多个Singleton实例。关于lazy initialization的Singleton有很多涉及double-checked locking (DCL)的讨论，有兴趣者进一步研究

38、。一般认为第一种形式要更加安全些。使用Singleton注意事项：有时在某些情况下，使用Singleton并不能达到Singleton的目的，如有多个Singleton对象同时被不同的类装入器装载；在EJB这样的分布式系统中使用也要注意这种情况，因为EJB是跨服务器，跨JVM的。我们以SUN公司的宠物店源码(Pet Store 1.3.1)的ServiceLocator为例稍微分析一下：在Pet Store中ServiceLocator有两种，一个是EJB目录下；一个是WEB目录下，我们检查这两个ServiceLocator会发现内容差不多，都是提供EJB的查询定位服务，可是为什么要分开呢？仔

39、细研究对这两种ServiceLocator才发现区别：在WEB中的ServiceLocator的采取Singleton模式，ServiceLocator属于资源定位，理所当然应该使用Singleton模式。但是在EJB中，Singleton模式已经失去作用，所以ServiceLocator才分成两种，一种面向WEB服务的，一种是面向EJB服务的。Singleton模式看起来简单，使用方法也很方便，但是真正用好，是非常不容易，需要对Java的类 线程 内存等概念有相当的了解。总之：如果你的应用基于容器，那么Singleton模式少用或者不用，可以使用相关替代技术。戏说单例模式l 单例模式确保某一

40、个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例单例模式。l 单例模式只应在有真正的“单一实例”的需求时才可使用。l 俺有6个漂亮的老婆，她们的老公都是我，我就是我们家里的老公Sigleton，她们只要说道“老公”，都是指的同一个人，那就是我(刚才做了个梦啦，哪有这么好的事) 5 结构 / 门面模式（Facade） Facade模式的定义: 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面。Facade一个典型应用就是数据库JDBC的应用,如下例对数据库的操作:public class DBCompare Connection conn = null;PreparedStatement prep

41、 = null;ResultSet rset = null; try Class.forName( ).newInstance(); conn = DriverManager.getConnection( ); String sql = SELECT * FROM WHERE = ?; prep = conn.prepareStatement( sql ); prep.setString( 1, ); rset = prep.executeQuery(); if( rset.next() ) System.out.println( rset.getString( column name ) )

42、; catch( SException e ) e.printStackTrace(); finally rset.close(); prep.close(); conn.close();上例是Jsp中最通常的对数据库操作办法。在应用中,经常需要对数据库操作,每次都写上述一段代码肯定比较麻烦,需要将其中不变的部分提炼出来,做成一个接口,这就引入了facade外观对象.如果以后我们更换Class.forName中的也非常方便,比如从Mysql数据库换到Oracle数据库,只要更换facade接口中的driver就可以。我们做成了一个Facade接口,使用该接口,上例中的程序就可以更改如下:public class DBCompare String sql = SELECT * FROM WHERE