常用设计模式及java程序.pdf

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1、http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 308 第二部分第二部分 常用设计模式常用设计模式 及及 Java 程序设计程序设计 http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 309 第一章 设计模式基础 教学目标：教学目标：i掌握设计模式的基本概念掌握设计模式的基本概念 i掌握模式在设计中的应用掌握模式在设计中的应用 i掌握程序设计的基本要求掌握程序设计的基本要求 ht

2、tp:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 310 一：什么是设计模式一：什么是设计模式 在面向对象的软件设计中，总是希望避免重复设计或尽可能少做重复设计。有经验的面向对象设计者的确能做出良好的设计，而新手则面对众多选择无从下手，总是求助于以前使用过的非面向对象技术。有经验的设计者显然知道一些新手所不知道的东西，这又是什么呢？内行的设计者知道：不是解决任何问题都要从头做起。他们更愿意复用以前使用过的解决方案。当找到一个好的解决方案，他们会一遍又一遍地使用。这些经验是他们成为内行的部分原

3、因。它们帮助设计者将新的设计建立在以往工作的基础上，复用以往成功的设计方案。一个熟悉这些模式的设计者不需要再去发现它们，而能够立即将它们应用于设计问题中。设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。设计模式帮助你做出有利于系统复用的选择，避免设计损害了系统复用性。通过提供一个显式类和对象作用关系以及它们之间潜在联系的说明规范，设计模式甚至能够提高已有系统的文档管理和系统维护的有效性。简而言之，设计模式可以帮助设计者更快更好地完成系统设计。1：什么是设计模式：什么是设计模式 Christopher Alexand

4、er 说过：“每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样，你就能一次又一次地使用该方案而不必做重复劳动”。尽管A l e x a n d e r所指的是城市和建筑模式，但他的思想也同样适用于面向对象设计模式，只是在面向对象的解决方案里，我们用对象和接口代替了墙壁和门窗。两类模式的核心都在于提供了相关问题的解决方案。一般而言，一个模式有四个基本要素：模式名称（模式名称（pattern name）一个助记名，它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。问题问题(problem)描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果，它可能描述了特定

5、的设计问题，如怎样用对象表示算法等。也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候，问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。解决方案解决方案(solution)描述了设计的组成成分，它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板，可应用于多种不同场合，所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现，而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合（类或对象组合）来解决这个问题。效果效果(consequences)描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时，并不总提到模式效果，但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要意

6、义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量，它们也表述了语言和实现问题。因为复用是面向对象设计的要素之一，所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响，显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。出发点的不同会产生对什么是模式和什么不是模式的理解不同。一个人的模式对另一个人来说可能只是基本构造部件。http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 311 二：设计模式怎样解决设计问题二：设计模式怎样解决设计问题 设计模式采用多种方法解决面向对象设计者经常碰到的问题。这里给出几

7、个问题以及使用设计模式解决它们的方法。1：寻找合适的对象寻找合适的对象 面向对象程序由对象组成，对象包括数据和对数据进行操作的过程，过程通常称为方法或操作。对象在收到客户的请求(或消息)后，执行相应的操作。客户请求是使对象执行操作的唯一方法，操作又是对象改变内部数据的唯一方法。由于这些限制，对象的内部状态是被封装的，它不能被直接访问，它的表示对于对象外部是不可见的。面向对象设计最困难的部分是将系统分解成对象集合。因为要考虑许多因素：封装、粒度、依赖关系、灵活性、性能、演化、复用等等，它们都影响着系统的分解，并且这些因素通常还是互相冲突的。面向对象设计方法学支持许多设计方法。你可以写出一个问题描

8、述，挑出名词和动词，进而创建相应的类和操作；或者，你可以关注于系统的协作和职责关系；或者，你可以对现实世界建模，再将分析时发现的对象转化至设计中。至于哪一种方法最好，并无定论。设计的许多对象来源于现实世界的分析模型。但是，设计结果所得到的类通常在现实世界中并不存在，有些是像数组之类的低层类，而另一些则层次较高。设计中的抽象对于产生灵活的设计是至关重要的。设计模式帮你确定并不明显的抽象和描述这些抽象的对象。例如，描述过程或算法的对象现实中并不存在，但它们却是设计的关键部分。2 决定对象的粒度决定对象的粒度 对象在大小和数目上变化极大。它们能表示下自硬件或上自整个应用的任何事物。那么我们怎样决定一

9、个对象应该是什么呢？设计模式很好地讲述了这个问题，具体的我们会在以后的设计模式的学习中讲到。3 指定对象接口指定对象接口 对象声明的每一个操作指定操作名、作为参数的对象和返回值，这就是所谓的操作的型构(s i g n a t u r e)。对象操作所定义的所有操作型构的集合被称为该对象的接口(i n t e r f a c e)。对象接口描述了该对象所能接受的全部请求的集合，任何匹配对象接口中型构的请求都可以发送给该对象。类型(type)是用来标识特定接口的一个名字。如果一个对象接受“Wi n d o w”接口所定义的所有操作请求，那么我们就说该对象具有“Wi n d o w”类型。一个对象可

10、以有许多类型，并且不同的对象可以共享同一个类型。对象接口的某部分可以用某个类型来刻画，而其他部分则可用其他类型刻画。两个类型相同的对象只需要共享它们的部分接口。接口可以包含其他接口作为子集。当一个类型的接口包含另一个类型的接口时，我们就说它是另一个类型的子类型(s u b t y p e)，另一个类型称之为它的超类型(s u p e r t y p e)。我们常说子类型继承了它的超类型的接口。在面向对象系统中，接口是基本的组成部分。对象只有通过它们的接口才能与外部交流，如果不通过对象的接口就无法知道对象的任何事情，也无法请求对象做任何事情。对象接口与其功能实现是分离的，不同对象可以对请求做不同

11、的实现，也就是说，两个有相同接口的对象可以有完全不同的实现。当给对象发送请求时，所引起的具体操作既与请求本身有关又与接受对象有关。支持相同请求的不同对象可能对请求激发的操作有不同的实现。发送给对象的请求和它的相应操作在运行时刻的http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 312 连接就称之为动态绑定(dynamic binding)。动态绑定是指发送的请求直到运行时刻才受你的具体的实现的约束。因而，在知道任何有正确接口的对象都将接受此请求时，你可以写一个一般的程序，它期待着那些具有

12、该特定接口的对象。进一步讲，动态绑定允许你在运行时刻彼此替换有相同接口的对象。这种可替换性就称为多态(p o l y m o r p h i s m)，它是面向对象系统中的核心概念之一。多态允许客户对象仅要求其他对象支持特定接口，除此之外对其假设几近于无。多态简化了客户的定义，使得对象间彼此独立，并可以在运行时刻动态改变它们相互的关系。设计模式通过确定接口的主要组成成分及经接口发送的数据类型，来帮助你定义接口。设计模式也许还会告诉你接口中不应包括哪些东西。设计模式也指定了接口之间的关系。4 描述对象的实现描述对象的实现 至此，我们很少提及到实际上怎么去定义一个对象。对象的实现是由它的类决定的，

13、类指定了对象的内部数据和表示，也定义了对象所能完成的操作。对象通过实例化类来创建，此对象被称为该类的实例。当实例化类时，要给对象的内部数据(由实例变量组成)分配存储空间，并将操作与这些数据联系起来。对象的许多类似实例是由实例化同一个类来创建的。4.1.类继承与接口继承的比较类继承与接口继承的比较 理解对象的类(c l a s s)与对象的类型(t y p e)之间的差别非常重要。一个对象的类定义了对象是怎样实现的，同时也定义了对象的内部状态和操作的实现。但是对象的类型只与它的接口有关，接口即对象能响应的请求的集合。一个对象可以有多个类型，不同类的对象可以有相同的类型。当然，对象的类和类型是有紧

14、密关系的。因为类定义了对象所能执行的操作，也定义了对象的类型。当我们说一个对象是一个类的实例时，即指该对象支持类所定义的接口。理解类继承和接口继承(或子类型化)之间的差别也十分重要。类继承根据一个对象的实现定义了另一个对象的实现。简而言之，它是代码和表示的共享机制。然而，接口继承(或子类型化)描述了一个对象什么时候能被用来替代另一个对象。4.2.对接口编程，而不是对实现编程对接口编程，而不是对实现编程 类继承是一个通过复用父类功能而扩展应用功能的基本机制。它允许你根据旧对象快速定义新对象。它允许你从已存在的类中继承所需要的绝大部分功能，从而几乎无需任何代价就可以获得新的实现。然而，实现的复用只

15、是成功的一半，继承所拥有的定义具有相同接口的对象族的能力也是很重要的(通常可以从抽象类来继承)。为什么？因为多态依赖于这种能力。当继承被恰当使用时，所有从抽象类导出的类将共享该抽象类的接口。这意味着子类仅仅添加或重定义操作，而没有隐藏父类的操作。这时，所有的子类都能响应抽象类接口中的请求，从而子类的类型都是抽象类的子类型。只根据抽象类中定义的接口来操纵对象有以下两个好处：1)客户无须知道他们使用对象的特定类型，只须对象有客户所期望的接口。2)客户无须知道他们使用的对象是用什么类来实现的，他们只须知道定义接口的抽象类。这将极大地减少子系统实现之间的相互依赖关系，也产生了可复用的面向对象设计的如下

16、原则：针对接口编程，而不是针对实现编程。针对接口编程，而不是针对实现编程。http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 313 5 运用复用机制运用复用机制 理解对象、接口、类和继承之类的概念对大多数人来说并不难，问题的关键在于如何运用它们写出灵活的、可复用的软件。设计模式将告诉你怎样去做。5.1.继承和组合的比较继承和组合的比较 面向对象系统中功能复用的两种最常用技术是类继承和对象组合(object composition)。正如我们已解释过的，类继承允许你根据其他类的实现来定义一

17、个类的实现。这种通过生成子类的复用通常被称为白箱复用(white-box reuse)。术语“白箱”是相对可视性而言：在继承方式中，父类的内部细节对子类可见。对象组合是类继承之外的另一种复用选择。新的更复杂的功能可以通过组装或组合对象来获得。对象组合要求被组合的对象具有良好定义的接口。这种复用风格被称为黑箱复用(black-box reuse)，因为对象的内部细节是不可见的。对象只以“黑箱”的形式出现。继承和组合各有优缺点。类继承是在编译时刻静态定义的，且可直接使用，因为程序设计语言直接支持类继承。类继承可以较方便地改变被复用的实现。当一个子类重定义一些而不是全部操作时，它也能影响它所继承的操

18、作，只要在这些操作中调用了被重定义的操作。但是类继承也有一些不足之处。首先，因为继承在编译时刻就定义了，所以无法在运行时刻改变从父类继承的实现。更糟的是，父类通常至少定义了部分子类的具体表示。因为继承对子类揭示了其父类的实现细节，所以继承常被认为“破坏了封装性”。子类中的实现与它的父类有如此紧密的依赖关系，以至于父类实现中的任何变化必然会导致子类发生变化。当你需要复用子类时，实现上的依赖性就会产生一些问题。如果继承下来的实现不适合解决新的问题，则父类必须重写或被其他更适合的类替换。这种依赖关系限制了灵活性并最终限制了复用性。一个可用的解决方法就是只继承抽象类，因为抽象类通常提供较少的实现。对象

19、组合是通过获得对其他对象的引用而在运行时刻动态定义的。组合要求对象遵守彼此的接口约定，进而要求更仔细地定义接口，而这些接口并不妨碍你将一个对象和其他对象一起使用。这还会产生良好的结果：因为对象只能通过接口访问，所以我们并不破坏封装性；只要类型一致，运行时刻还可以用一个对象来替代另一个对象；更进一步，因为对象的实现是基于接口写的，所以实现上存在较少的依赖关系。对象组合对系统设计还有另一个作用，即优先使用对象组合有助于你保持每个类被封装，并被集中在单个任务上。这样类和类继承层次会保持较小规模，并且不太可能增长为不可控制的庞然大物。另一方面，基于对象组合的设计会有更多的对象(而有较少的类)，且系统的

20、行为将依赖于对象间的关系而不是被定义在某个类中。这导出了我们的面向对象设计的第二个原则：优先使用对象组合，而不是类继承。优先使用对象组合，而不是类继承。理想情况下，你不应为获得复用而去创建新的构件。你应该能够只使用对象组合技术，通过组装已有的构件就能获得你需要的功能。但是事实很少如此，因为可用构件的集合实际上并不足够丰富。使用继承的复用使得创建新的构件要比组装旧的构件来得容易。这样，继承和对象组合常一起使用。然而，经验表明：设计者往往过度使用了继承这种复用技术。但依赖于对象组合技术的设计却有更好的复用性(或更简单)。你将会看到设计模式中一再使用对象组合技术。5.2.委托委托 委托(d e l

21、e g a t i o n)是一种组合方法，它使组合具有与继承同样的复用能力。在委托方式下，有两个对象参与处理一个请求，接受请求的对象将操作委托给它的代理者(d e l e g a t e)。这类似于子类将请求交给它的父类处理。使用继承时，被继承的操作总能引用接受请求的对象，C+http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 314+中通过t h i s成员变量，S m a l l t a l k中则通过s e l f。委托方式为了得到同样的效果，接受请求的对象将自己传给被委托者（代理

22、人），使被委托的操作可以引用接受请求的对象。举例来说，我们可以在窗口类中保存一个矩形类的实例变量来代理矩形类的特定操作，这样窗口类可以复用矩形类的操作，而不必像继承时那样定义成矩形类的子类。也就是说，一个窗口拥有一个矩形，而不是一个窗口就是一个矩形。窗口现在必须显式的将请求转发给它的矩形实例，而不是像以前它必须继承矩形的操作。委托的主要优点在于它便于运行时刻组合对象操作以及改变这些操作的组合方式。假定矩形对象和圆对象有相同的类型，我们只需简单的用圆对象替换矩形对象，则得到的窗口就是圆形的。委托与那些通过对象组合以取得软件灵活性的技术一样，具有如下不足之处：动态的、高度参数化的软件比静态软件更难

23、于理解。还有运行低效问题，不过从长远来看人的低效才是更主要的。只有当委托使设计比较简单而不是更复杂时，它才是好的选择。要给出一个能确切告诉你什么时候可以使用委托的规则是很困难的。因为委托可以得到的效率是与上下文有关的，并且还依赖于你的经验。委托最适用于符合特定程式的情形，即标准模式的情形。委托是对象组合的特例。它告诉你对象组合作为一个代码复用机制可以替代继承。5.3.继承和参数化类型的比较继承和参数化类型的比较 另一种功能复用技术(并非严格的面向对象技术)是参数化类型(parameterized type)，也就是类属(generic)(Ada、Eiffel)或模板(templates)(C+

24、)。它允许你在定义一个类型时并不指定该类型所用到的其他所有类型。未经指定的类型在使用时以参数形式提供。例如，一个列表类能够以它所包含元素的类型来进行参数化。如果你想声明一个Integer列表，只需将Integer类型作为列表参数化类型的参数值；声明一个String列表，只需提供String类型作为参数值。语言的实现将会为各种元素类型创建相应的列表类模板的定制版本。参数化类型给我们提供除了类继承和对象组合外的第三种方法来组合面向对象系统中的行为。许多设计可以使用这三种技术中的任何一种来实现。实现一个以元素比较操作为可变元的排序例程，可有如下方法：1)通过子类实现该操作(Template Meth

25、od的一个应用)。2)实现为传给排序例程的对象的职责(S t r a t e g y(5.9)。3)作为C+模板或A d a类属的参数，以指定元素比较操作的名称。这些技术存在着极大的不同之处。对象组合技术允许你在运行时刻改变被组合的行为，但是它存在间接性，比较低效。继承允许你提供操作的缺省实现，并通过子类重定义这些操作。参数化类型允许你改变类所用到的类型。但是继承和参数化类型都不能在运行时刻改变。哪一种方法最佳，取决于你设计和实现的约束条件。5.4 设计应支持变化设计应支持变化 获得最大限度复用的关键在于对新需求和已有需求发生变化时的预见性，要求你的系统设计要能够相应地改进。为了设计适应这种变

26、化、且具有健壮性的系统，你必须考虑系统在它的生命周期内会发生怎样的变化。一个不考虑系统变化的设计在将来就有可能需要重新设计。这些变化可能是类的重新定义和实现，修改客户和重新测试。重新设计会影响软件系统的许多方面，并且未曾料到的变化总是代价巨大的。设计模式可以确保系统能以特定方式变化，从而帮助你避免重新设计系统。每一个设计模式允许系统结构的某个方面的变化独立于其他方面，这样产生的系统对于某一种特殊变化将更健壮。http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 315 6：设计模式的应用：设

27、计模式的应用 使用设计模式有助于增强软件的灵活性。这种灵活性所具有的重要程度取决于你将要建造的软件系统。让我们看一看设计模式在开发如下三类主要软件中所起的作用：应用程序、工具箱和框架。6.1：应用程序应用程序 如果你将要建造像文档编辑器或电子制表软件这样的应用程序(Application Program)，那么它的内部复用性、可维护性和可扩充性是要优先考虑的。内部复用性确保你不会做多余的设计和实现。设计模式通过减少依赖性来提高内部复用性。松散耦合也增强了一类对象与其他多个对象协作的可能性。例如，通过孤立和封装每一个操作，以消除对特定操作的依赖，可使在不同上下文中复用一个操作变得更简单。消除对算

28、法和表示的依赖可达到同样的效果。当设计模式被用来对系统分层和限制对平台的依赖性时，它们还会使一个应用更具可维护性。通过显示怎样扩展类层次结构和怎样使用对象复用，它们可增强系统的易扩充性。同时，耦合程度的降低也会增强可扩充性。如果一个类不过多地依赖其他类，扩充这个孤立的类还是很容易的。6.2：工具箱工具箱 一个应用经常会使用来自一个或多个被称为工具箱(Toolkit)的预定义类库中的类。工具箱是一组相关的、可复用的类的集合，这些类提供了通用的功能。工具箱的一个典型例子就是列表、关联表单、堆栈等类的集合，C+的I/O流库是另一个例子。工具箱并不强制应用采用某个特定的设计，它们只是为你的应用提供功能

29、上的帮助。工具箱强调的是代码复用，它们是面向对象环境下的“子程序库”。工具箱的设计比应用设计要难得多，因为它要求对许多应用是可用的和有效的。再者，工具箱的设计者并不知道什么应用使用该工具箱及它们有什么特殊需求。这样，避免假设和依赖就变得很重要，否则会限制工具箱的灵活性，进而影响它的适用性和效率。6.3：框架框架 框架(Framework)是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类。例如，一个框架能帮助建立适合不同领域的图形编辑器，像艺术绘画、音乐作曲和机械C A D。另一个框架也许能帮助你建立针对不同程序设计语言和目标机器的编译器。而再一个也许能帮助你建立财务建模应用。你可以定义框架抽象类

30、的应用相关的子类，从而将一个框架定制为特定应用。框架规定了你的应用的体系结构。它定义了整体结构，类和对象的分割，各部分的主要责任，类和对象怎么协作，以及控制流程。框架预定义了这些设计参数，以便于应用设计者或实现者能集中精力于应用本身的特定细节。框架记录了其应用领域的共同的设计决策。因而框架更强调设计复用，尽管框架常包括具体的立即可用的子类。这个层次的复用导致了应用和它所基于的软件之间的反向控制(inversion of control)。当你使用工具箱(或传统的子程序库)时，你需要写应用软件的主体并且调用你想复用的代码。而当你使用框架时，你应该复用应用的主体，写主体调用的代码。你不得不以特定的

31、名字和调用约定来写操作地实现，但这会减少你需要做出的设计决策。你不仅可以更快地建立应用，而且应用还具有相似的结构。它们很容易维护，且用户看来也更一致。另一方面，你也失去了一些表现创造性的自由，因为许多设计决策无须你来作出。如果说应用程序难以设计，那么工具箱就更难了，而框架则是最难的。框架设计者必须冒险决定一个要适应于该领域的所有应用的体系结构。任何对框架设计的实质性修改都会大大降低框架所带来的好处，因为框架对应用的最主要贡献在于它所定义的体系结构。因此设计的框架必须尽可能地灵活、可扩充。更进一步讲，因为应用的设计如此依赖于框架，所以应用对框架接口的变化是极其敏感的。当http:/ 咨询QQ：4

32、60190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 316 框架演化时，应用不得不随之演化。这使得松散耦合更加重要，否则框架的一个细微变化都将引起强烈反应。刚才讨论的主要设计问题对框架设计而言最具重要性。一个使用设计模式的框架比不用设计模式的框架更可能获得高层次的设计复用和代码复用。成熟的框架通常使用了多种设计模式。设计模式有助于获得无须重新设计就可适用于多种应用的框架体系结构。当框架和它所使用的设计模式一起写入文档时，我们可以得到另外一个好处。了解设计模式的人能较快地洞悉框架。甚至不了解设计模式的人也可以从产生框

33、架文档的结构中受益。加强文档工作对于所有软件而言都是重要的，但对于框架其重要性显得尤为突出。学会使用框架常常是一个必须克服很多困难的过程。设计模式虽然无法彻底克服这些困难，但它通过对框架设计的主要元素做更显式的说明可以降低框架学习的难度。因为模式和框架有些类似，人们常常对它们有怎样的区别和它们是否有区别感到疑惑。它们最主要的不同在于如下三个方面：1)设计模式比框架更抽象 框架能够用代码表示，而设计模式只有其实例才能表示为代码。框架的威力在于它们能够使用程序设计语言写出来，它们不仅能被学习，也能被直接执行和复用。2)设计模式是比框架更小的体系结构元素 一个典型的框架包括了多个设计模式，而反之决非

34、如此。3)框架比设计模式更加特例化 框架总是针对一个特定的应用领域。一个图形编辑器框架可能被用于一个工厂模拟，但它不会被错认为是一个模拟框架。框架变得越来越普遍和重要。它们是面向对象系统获得最大复用的方式。较大的面向对象应用将会由多层彼此合作的框架组成。应用的大部分设计和代码将来自于它所使用的框架或受其影响。http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 317 第二章 Java 程序设计中最基本的设计模式 教学目标：教学目标：i掌握单例模式掌握单例模式 i掌握工厂模式掌握工厂模式 i

35、掌握值对象模式掌握值对象模式 i掌握掌握DAO模式模式 http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 318 一：单例模式一：单例模式 1：环境：环境：几乎在每个应用程序中，都需要有一个从中进行全局访问和维护某种类型数据的区域。在面向对象的(OO)系统中也有这种情况，在此类系统中，在任何给定时间只应运行一个类或某个类的一组预定义数量的实例。例如，当使用某个类来维护增量计数器时，此简单的计数器类需要跟踪在多个应用程序领域中使用的整数值。此类需要能够增加该计数器并返回当前的值。对于这种情

36、况，所需的类行为应该仅使用一个类实例来维护该整数，而不是使用其它类实例来维护该整数。最初，人们可能会试图将计数器类实例只作为静态全局变量来创建。这是一种通用的方法，但实际上只解决一部分问题；它解决了全局可访问性问题，但没有采取任何措施来确保在任何给定的时间只运行一个类实例。应该由类本身来负责只使用一个类实例，而不是由类用户来负责。应该始终不要让类用户来监视和控制运行的类实例的数量。2：问题：问题：采用什么方法来控制创建类实例，然后确保在任何给定的时间只创建一个类实例。这会确切地给我们提供所需的行为，并使客户端不必了解任何类细节。3：解决方案：解决方案：Singleton 模式主要作用是保证在

37、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，Singleton 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

38、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。Singleton 的逻辑模型如下：我们看到的是一个简单的类图表，显示有一个 Singleton 对象的私有静态属性以及返回此相同属性的公共方法 Instance()。这实际上是 Singleton 的核心。还有其他一些属性和方法，用于说明在该类上允许执行的其他操作。为了便于此次讨论，让我们将重点放在实例属性和方法上。客户端仅通过实例方法来访问任何 Singleton 实例

39、。此处没有定义创建实例的方式。我们还希望能够控制如何以及何时创建实例。在 OO 开发中，通常可以在类的构造函数中最好地处理特殊对象的创建行为。这种情况也不例外。我们可以做的是，定义我们何时以及如何构造类实例，然后禁http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：13651249175 张老师 319 止任何客户端直接调用该构造函数。这是在 Singleton 构造中始终使用的方法。让我们看一下 Design Patterns 中的原始示例。通常，将下面所示的 C+Singleton 示例实现代码示例视为 Single

40、ton 的默认实现。本示例已移植到很多其他编程语言中，通常它在任何地方的形式与此几乎相同。4：使用示例：使用示例：一般 Singleton 模式通常有两种形式:第一种形式: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 Singleton();/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 i

41、nstance;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();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

42、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http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：136512491

43、75 张老师 320 研究。一般认为第一种形式要更加安全些。使用使用 Singleton 注意事项注意事项：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 Ser

44、viceLocator 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

45、等概念有相当的了解。二：工厂模式二：工厂模式 1：环境：环境 框架使用抽象类定义和维护对象之间的关系。这些对象的创建通常也由框架负责。考虑这样一个应用框架，它可以向用户显示多个文档。在这个框架中，两个主要的抽象是类Application 和 Document。这两个类都是抽象的，客户必须通过它们的子类来做与具体应用相关的实现。例如，为创建一个绘图应用，我们定义类 DrawingApplication 和 DrawingDocument。Application 类负责管理 Document 并根据需要创建它们例如，当用户从菜单中选择 Open 或 New的时候。因为被实例化的特定 Documen

46、t 子类是与特定应用相关的，所以 Application 类不可能预测到哪个 Document 子类将被实例化Application 类仅知道一个新的文档何时应被创建，而不知道哪一种Document 将被创建。这就产生了一个尴尬的局面：框架必须实例化类，但是它只知道不能被实例化的抽象类。2：问题：问题 定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。3：解决方案：解决方案 工厂模式是一种创建性模式,它定义了一个创建对象的接口,但是却让子类来决定具体实例化哪一个类.当一个类无法预料要创建哪种类的对象或是一个类需要由子类来指定创建的

47、对象时我们就需要用到工厂模式了.简单说来工厂模式可以根据不同的条件产生不同的实例,当然这些不同的实例通常是属于相同的类型。工厂模式把创建这些实例的具体过程封装起来了,简化了客户端的应用,也改善了程序的扩展性,使得将来可以做最小的改动就可以加入新的待创建的类.通常我们将工厂模式作为一种标准的创建对象的方法,当发现需要更多的灵活性的时候,就开始考虑向其它创建型模式转化。工厂模式是我们最常用的模式了,工厂模式在 Java 程序系统可以说是随处可见，结构如下：http:/ 咨询QQ：460190900 Java私塾跟我学系列JAVA篇 欢迎大家前来北京JAVA私塾报名学习 联系电话：136512491

48、75 张老师 321 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

49、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 Refactor 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

50、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:Sa