几种常用的设计模式介绍.doc

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1、几种常用的设计模式介绍尽管亚力山大的著作是针对建筑领域的，但他的观点实际上适用于所有的工程设计领域，其中也包括软件设计领域。“软件设计模式”，这个术语是在1990年代由Erich Gamma等人从建筑设计领域引入到计算机科学中来的。目前主要有23种。TAG: 设计模式 目录(?)-1 设计模式的起源软件设计模式的分类1 创建型1 结构型1 行为型常见设计模式介绍1 单例模式(singleton)1 简单工厂(StaticFactoryMethod)1 工厂方法(Factory Method)和抽象工厂(Abstract Factory)1 代理模式(Proxy)1 命令模式(Command)1

2、 策略模式(Strategy)1 门面模式(Facade)1 桥接模式(Bridge)1 观察者模式(Observer)1. 设计模式的起源最早提出“设计模式”概念的是建筑设计大师亚力山大Alexander。在1970年他的建筑的永恒之道里描述了投计模式的发现，因为它已经存在了千百年之久，而现代才被通过大量的研究而被发现。在建筑的永恒之道里这样描述：模式是一条由三个部分组成的通用规则：它表示了一个特定环境、一类问题和一个解决方案之间的关系。每一个模式描述了一个不断重复发生的问题，以及该问题解决方案的核心设计。 在他的另一本书建筑模式语言中提到了现在已经定义了253种模式。比如：说明城市主要的结

3、构：亚文化区的镶嵌、分散的工作点、城市的魅力、地方交通区住宅团组：户型混合、公共性的程度、住宅团组、联排式住宅、丘状住宅、老人天地室内环境和室外环境、阴和阳总是一气呵成针对住宅：夫妻的领域、儿童的领域、朝东的卧室、农家的厨房、私家的沿街露台、个人居室、起居空间的序列、多床卧室、浴室、大储藏室针对办公室、车间和公共建筑物：灵活办公空间、共同进餐、共同小组、宾至如归、等候场所、小会议室、半私密办公室尽管亚力山大的著作是针对建筑领域的，但他的观点实际上适用于所有的工程设计领域，其中也包括软件设计领域。“软件设计模式”，这个术语是在1990年代由Erich Gamma等人从建筑设计领域引入到计算机科学

4、中来的。目前主要有23种。2. 软件设计模式的分类2.1. 创建型创建对象时，不再由我们直接实例化对象；而是根据特定场景，由程序来确定创建对象的方式，从而保证更大的性能、更好的架构优势。创建型模式主要有简单工厂模式（并不是23种设计模式之一）、工厂方法、抽象工厂模式、单例模式、生成器模式和原型模式。2.2. 结构型用于帮助将多个对象组织成更大的结构。结构型模式主要有适配器模式、桥接模式、组合器模式、装饰器模式、门面模式、亨元模式和代理模式。2.3. 行为型用于帮助系统间各对象的通信，以及如何控制复杂系统中流程。行为型模式主要有命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式

5、、状态模式、策略模式、模板模式和访问者模式。3. 常见设计模式介绍3.1. 单例模式(singleton)有些时候，允许自由创建某个类的实例没有意义，还可能造成系统性能下降。如果一个类始终只能创建一个实例，则这个类被称为单例类，这种模式就被称为单例模式。publicclass Singleton publicstaticvoid main(String args) /创建Singleton对象不能通过构造器，只能通过getInstance方法 Singleton s1 = Singleton.getInstance(); Singleton s2 = Singleton.getInstance

6、(); /将输出true System.out.println(s1 = s2); /使用一个变量来缓存曾经创建的实例 privatestatic Singleton instance; /将构造器使用private修饰，隐藏该构造器 private Singleton() System.out.println(Singleton被构造！); /提供一个静态方法，用于返回Singleton实例 /该方法可以加入自定义的控制，保证只产生一个Singleton对象 publicstatic Singleton getInstance() /如果instance为null，表明还不曾创建Single

7、ton对象 /如果instance不为null，则表明已经创建了Singleton对象，将不会执行该方法 if (instance = null) /创建一个Singleton对象，并将其缓存起来 instance = new Singleton(); returninstance; 单例模式主要有如下两个优势：1) 减少创建Java实例所带来的系统开销2) 便于系统跟踪单个Java实例的生命周期、实例状态等。 3.2. 简单工厂(StaticFactoryMethod)简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式，可以理解为是不同工厂

8、模式的一个特殊实现。A实例调用B实例的方法，称为A依赖于B。如果使用new关键字来创建一个B实例（硬编码耦合），然后调用B实例的方法。一旦系统需要重构：需要使用C类来代替B类时，程序不得不改写A类代码。而用工厂模式则不需要关心B对象的实现、创建过程。Output，接口publicinterface Output /接口里定义的属性只能是常量 intMAX_CACHE_LINE = 50; /接口里定义的只能是public的抽象实例方法 void out(); void getData(String msg);Printer，Output的一个实现/让Printer类实现Outputpublic

9、class Printer implements Output private String printData = new StringMAX_CACHE_LINE; /用以记录当前需打印的作业数 privateintdataNum = 0; publicvoid out() /只要还有作业，继续打印 while(dataNum 0) System.out.println(打印机打印： + printData0); /把作业队列整体前移一位，并将剩下的作业数减1 System.arraycopy(printData , 1, printData, 0, -dataNum); publicvo

10、id getData(String msg) if (dataNum = MAX_CACHE_LINE) System.out.println(输出队列已满，添加失败); else /把打印数据添加到队列里，已保存数据的数量加1。 printDatadataNum+ = msg; BetterPrinter，Output的一个实现publicclass BetterPrinter implements Output private String printData = new StringMAX_CACHE_LINE * 2; /用以记录当前需打印的作业数 privateintdataNum

11、= 0; publicvoid out() /只要还有作业，继续打印 while(dataNum 0) System.out.println(高速打印机正在打印： + printData0); /把作业队列整体前移一位，并将剩下的作业数减1 System.arraycopy(printData , 1, printData, 0, -dataNum); publicvoid getData(String msg) if (dataNum = MAX_CACHE_LINE * 2) System.out.println(输出队列已满，添加失败); else /把打印数据添加到队列里，已保存数据的

12、数量加1。 printDatadataNum+ = msg; OutputFactory，简单工厂类 public Output getPrinterOutput(String type) if (type.equalsIgnoreCase(better) returnnew BetterPrinter(); else returnnew Printer(); Computerpublicclass Computer private Output out; public Computer(Output out) this.out = out; /定义一个模拟获取字符串输入的方法 publicv

13、oid keyIn(String msg) out.getData(msg); /定义一个模拟打印的方法 publicvoid print() out.out(); publicstaticvoid main(String args) /创建OutputFactory OutputFactory of = new OutputFactory(); /将Output对象传入，创建Computer对象 Computer c = new Computer(of.getPrinterOutput(normal); c.keyIn(建筑永恒之道); c.keyIn(建筑模式语言); c.print();

14、 c = new Computer(of.getPrinterOutput(better); c.keyIn(建筑永恒之道); c.keyIn(建筑模式语言); c.print(); 使用简单工厂模式的优势：让对象的调用者和对象创建过程分离，当对象调用者需要对象时，直接向工厂请求即可。从而避免了对象的调用者与对象的实现类以硬编码方式耦合，以提高系统的可维护性、可扩展性。工厂模式也有一个小小的缺陷：当产品修改时，工厂类也要做相应的修改。3.3. 工厂方法(Factory Method)和抽象工厂(Abstract Factory)如果我们不想在工厂类中进行逻辑判断，程序可以为不同产品类提供不同的

15、工厂，不同的工厂类和产不同的产品。当使用工厂方法设计模式时，对象调用者需要与具体的工厂类耦合，如：/工厂类的定义1publicclass BetterPrinterFactory implements OutputFactory public Output getOutput() /该工厂只负责产生BetterPrinter对象 returnnew BetterPrinter(); /工厂类的定义2publicclass PrinterFactory implements OutputFactory public Output getOutput() /该工厂只负责产生Printer对象 re

16、turnnew Printer(); /工厂类的调用/OutputFactory of = new BetterPrinterFactory();OutputFactory of = new PrinterFactory();Computer c = new Computer(of.getOutput(); 使用简单工厂类，需要在工厂类里做逻辑判断。而工厂类虽然不用在工厂类做判断。但是带来了另一种耦合：客户端代码与不同的工厂类耦合。 为了解决客户端代码与不同工厂类耦合的问题。在工厂类的基础上再增加一个工厂类，该工厂类不制造具体的被调用对象，而是制造不同工厂对象。如：/抽象工厂类的定义，在工厂类

17、的基础上再建一个工厂类publicclass OutputFactoryFactory /仅定义一个方法用于返回输出设备。 publicstatic OutputFactory getOutputFactory( String type) if (type.equalsIgnoreCase(better) returnnew BetterPrinterFactory(); else returnnew PrinterFactory(); /抽象工厂类的调用OutputFactory of = OutputFactoryFactory.getOutputFactory(better);Compu

18、ter c = new Computer(of.getOutput(); 3.4. 代理模式(Proxy)代理模式是一种应用非常广泛的设计模式，当客户端代码需要调用某个对象时，客户端实际上不关心是否准确得到该对象，它只要一个能提供该功能的对象即可，此时我们就可返回该对象的代理（Proxy）。代理就是一个Java对象代表另一个Java对象来采取行动。如：publicclass ImageProxy implements Image /组合一个image实例，作为被代理的对象 private Image image; /使用抽象实体来初始化代理对象 public ImageProxy(Image

19、image) this.image = image; /* * 重写Image接口的show()方法 * 该方法用于控制对被代理对象的访问， * 并根据需要负责创建和删除被代理对象 */ publicvoid show() /只有当真正需要调用image的show方法时才创建被代理对象 if (image = null) image = new BigImage(); image.show(); 调用时，先不创建：Image image = new ImageProxy(null); Hibernate默认启用延迟加载，当系统加载A实体时，A实体关联的B实体并未被加载出来，A实体所关联的B实体

20、全部是代理对象只有等到A实体真正需要访问B实体时，系统才会去数据库里抓取B实体所对应的记录。借助于Java提供的Proxy和InvocationHandler，可以实现在运行时生成动态代理的功能，而动态代理对象就可以作为目标对象使用，而且增强了目标对象的功能。如：Pantherpublicinterface Panther /info方法声明 publicvoid info(); /run方法声明 publicvoid run();GunPantherpublicclass GunPanther implements Panther /info方法实现，仅仅打印一个字符串 publicvoid

21、 info() System.out.println(我是一只猎豹！); /run方法实现，仅仅打印一个字符串 publicvoid run() System.out.println(我奔跑迅速); MyProxyFactory，创建代理对象publicclass MyProxyFactory /为指定target生成动态代理对象 publicstatic Object getProxy(Object target) throws Exception /创建一个MyInvokationHandler对象 MyInvokationHandler handler = new MyInvokatio

22、nHandler(); /为MyInvokationHandler设置target对象 handler.setTarget(target); /创建、并返回一个动态代理 return Proxy.newProxyInstance(target.getClass().getClassLoader() , target.getClass().getInterfaces(), handler); MyInvokationHandler，增强代理的功能publicclass MyInvokationHandler implements InvocationHandler /需要被代理的对象 priva

23、te Object target; publicvoid setTarget(Object target) this.target = target; /执行动态代理对象的所有方法时，都会被替换成执行如下的invoke方法 public Object invoke(Object proxy, Method method, Object args) throws Exception TxUtil tx = new TxUtil(); /执行TxUtil对象中的beginTx。 tx.beginTx(); /以target作为主调来执行method方法 Object result = method

24、.invoke(target , args); /执行TxUtil对象中的endTx。 tx.endTx(); return result; TxUtilpublicclass TxUtil /第一个拦截器方法:模拟事务开始 publicvoid beginTx() System.out.println(=模拟开始事务=); /第二个拦截器方法:模拟事务结束 publicvoid endTx() System.out.println(=模拟结束事务=); 测试 publicstaticvoid main(String args) throws Exception /创建一个原始的GunDog对

25、象，作为target Panther target = new GunPanther(); /以指定的target来创建动态代理 Panther panther = (Panther)MyProxyFactory.getProxy(target); /调用代理对象的info()和run()方法 panther.info(); panther.run(); Spring所创建的AOP代理就是这种动态代理。但是Spring AOP更灵活。3.5. 命令模式(Command)某个方法需要完成某一个功能，完成这个功能的大部分步骤已经确定了，但可能有少量具体步骤无法确定，必须等到执行该方法时才可以确定。

26、（在某些编程 语言如Ruby、Perl里，允许传入一个代码块作为参数。但Jara暂时还不支持代码块作为参数）。在Java中，传入该方法的是一个对象，该对象通常 是某个接口的匿名实现类的实例，该接口通常被称为命令接口，这种设计方式也被称为命令模式。如：Commandpublicinterface Command /接口里定义的process方法用于封装“处理行为” void process(int target);ProcessArraypublicclass ProcessArray /定义一个each()方法，用于处理数组， publicvoid each(int target , Comm

27、and cmd) cmd.process(target); TestCommandpublicclass TestCommand publicstaticvoid main(String args) ProcessArray pa = new ProcessArray(); int target = 3, -4, 6, 4; /第一次处理数组，具体处理行为取决于Command对象 pa.each(target , new Command() /重写process()方法，决定具体的处理行为 publicvoid process(int target) for (int tmp : target

28、 ) System.out.println(迭代输出目标数组的元素: + tmp); ); System.out.println(-); /第二次处理数组，具体处理行为取决于Command对象 pa.each(target , new Command() /重写process方法，决定具体的处理行为 publicvoid process(int target) int sum = 0; for (int tmp : target ) sum += tmp; System.out.println(数组元素的总和是: + sum); ); HibernateTemplate使用了executeXx

29、x()方法弥补了HibernateTemplate的不足，该方法需要接受一个HibernateCallback接口，该接口的代码如下：public interface HibernateCallback Object doInHibernate(Session session); 3.6. 策略模式(Strategy)策略模式用于封装系列的算法，这些算法通常被封装在一个被称为Context的类中，客户端程序可以自由选择其中一种算法，或让Context为客户端选择一种最佳算法使用策略模式的优势是为了支持算法的自由切换。DiscountStrategy，折扣方法接口publicinterface

30、DiscountStrategy /定义一个用于计算打折价的方法 double getDiscount(double originPrice);OldDiscount，旧书打折算法publicclass OldDiscount implements DiscountStrategy / 重写getDiscount()方法，提供旧书打折算法 publicdouble getDiscount(double originPrice) System.out.println(使用旧书折扣.); return originPrice * 0.7; VipDiscount，VIP打折算法/实现Discoun

31、tStrategy接口，实现对VIP打折的算法publicclass VipDiscount implements DiscountStrategy / 重写getDiscount()方法，提供VIP打折算法 publicdouble getDiscount(double originPrice) System.out.println(使用VIP折扣.); return originPrice * 0.5; 策略定义publicclass DiscountContext /组合一个DiscountStrategy对象 private DiscountStrategy strategy; /构造

32、器，传入一个DiscountStrategy对象 public DiscountContext(DiscountStrategy strategy) this.strategy = strategy; /根据实际所使用的DiscountStrategy对象得到折扣价 publicdouble getDiscountPrice(double price) /如果strategy为null，系统自动选择OldDiscount类 if (strategy = null) strategy = new OldDiscount(); returnthis.strategy.getDiscount(pri

33、ce); /提供切换算法的方法 publicvoid setDiscount(DiscountStrategy strategy) this.strategy = strategy; 测试 publicstaticvoid main(String args) /客户端没有选择打折策略类 DiscountContext dc = new DiscountContext(null); double price1 = 79; /使用默认的打折策略 System.out.println(79元的书默认打折后的价格是： + dc.getDiscountPrice(price1); /客户端选择合适的VI

34、P打折策略 dc.setDiscount(new VipDiscount(); double price2 = 89; /使用VIP打折得到打折价格 System.out.println(89元的书对VIP用户的价格是： + dc.getDiscountPrice(price2); 使用策略模式可以让客户端代码在不同的打折策略之间切换，但也有一个小小的遗憾：客户端代码需要和不同的策略耦合。为了弥补这个不足，我们可以考虑使用配置文件来指定DiscountContext使用哪种打折策略这就彻底分离客户端代码和具体打折策略类。3.7. 门面模式(Facade)随着系统的不断改进和开发，它们会变得越来

35、越复杂，系统会生成大量的类，这使得程序流程更难被理解。门面模式可为这些类提供一个简化的接口，从而简化访问这些类的复杂性。 门面模式（Facade）也被称为正面模式、外观模式，这种模式用于将一组复杂的类包装到一个简单的外部接口中。 原来的方式 / 依次创建三个部门实例 Payment pay = new PaymentImpl(); Cook cook = new CookImpl(); Waiter waiter = new WaiterImpl(); / 依次调用三个部门实例的方法来实现用餐功能 String food = pay.pay(); food = cook.cook(food);

36、 waiter.serve(food);门面模式publicclass Facade / 定义被Facade封装的三个部门 Payment pay; Cook cook; Waiter waiter; / 构造器 public Facade() this.pay = new PaymentImpl(); this.cook = new CookImpl(); this.waiter = new WaiterImpl(); publicvoid serveFood() / 依次调用三个部门的方法，封装成一个serveFood()方法 String food = pay.pay(); food =

37、 cook.cook(food); waiter.serve(food); 门面模式调用 Facade f = new Facade(); f.serveFood();3.8. 桥接模式(Bridge)由于实际的需要，某个类具有两个以上的维度变化，如果只是使用继承将无法实现这种需要，或者使得设计变得相当臃肿。而桥接模式的做法是把变化部分抽象出来，使变化部分与主类分离开来，从而将多个的变化彻底分离。最后提供一个管理类来组合不同维度上的变化，通过这种组合来满足业务的需要。Peppery口味风格接口：publicinterface Peppery String style();口味之一publicc

38、lass PepperySytle implements Peppery /实现辣味风格的方法 public String style() return辣味很重，很过瘾.; 口味之二publicclass PlainStyle implements Peppery /实现不辣风格的方法 public String style() return味道清淡，很养胃.; 口味的桥梁publicabstractclass AbstractNoodle /组合一个Peppery变量，用于将该维度的变化独立出来 protected Peppery style; /每份Noodle必须组合一个Peppery对象 public AbstractNoodle(Peppery