Java常见的设计模式

亦凉 2022-12-17 05:28 150阅读 0赞

**设计模式分为三个分类：**

1、创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式用于解耦对象的实例化过程。

2、结构型模式：把类和对象结合在一起形成一个更大的结构。

3、行为型模式：类和对象如何划分，及划分责任和算法。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xxcTQwNDI3MDIwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 这是几种常用的设计模式 ##

## 单例模式 ##

简单点说，就是一个应用程序中，某个类的实例对象只有一个，你没有办法去new，因为构造器是被private修饰的，一般通过getInstance()的方法来获取它们的实例。

getInstance()的返回值是一个对象的引用，并不是一个新的实例，所以不要错误的理解成多个对象。单例模式实现起来也很容易，直接看demo吧

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

上面的是最基本的写法，也叫懒汉写法（线程不安全）下面我再公布几种单例模式的写法：

**懒汉式写法（线程安全）**

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

**饿汉式写法**

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

**静态内部类**

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

**枚举**

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

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象，可谓是很坚强的壁垒啊，不过，个人认为由于1.5中才加入enum特性，用这种方式写不免让人感觉生疏。

**双重校验锁**

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;  
       }  
    }

## 观察者模式 ##

对象间一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

zookeeper的文件监听就是用的观察者模式

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xxcTQwNDI3MDIwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
观察者模式UML图

看不懂图的人端着小板凳到这里来，给你举个栗子：假设有三个人，小美（女，22），小王和小李。小美很漂亮，小王和小李是两个程序猿，时刻关注着小美的一举一动。有一天，小美说了一句：“谁来陪我打游戏啊。”这句话被小王和小李听到了，结果乐坏了，蹭蹭蹭，没一会儿，小王就冲到小美家门口了，在这里，小美是被观察者，小王和小李是观察者，被观察者发出一条信息，然后观察者们进行相应的处理，看代码：

public interface Person { 
       //小王和小李通过这个接口可以接收到小美发过来的消息
       void getMessage(String s);
    }

这个接口相当于小王和小李的电话号码，小美发送通知的时候就会拨打getMessage这个电话，拨打电话就是调用接口，看不懂没关系，先往下看

public class LaoWang implements Person { 
    
       private String name = "小王";
    
       public LaoWang() { 
       }
    
       @Override
       public void getMessage(String s) { 
           System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：" + s);
       }
    
    }
    
    public class LaoLi implements Person { 
    
       private String name = "小李";
    
       public LaoLi() { 
       }
    
       @Override
       public void getMessage(String s) { 
           System.out.println(name + "接到了小美打过来的电话，电话内容是：->" + s);
       }
    
    }

代码很简单，我们再看看小美的代码：

public class XiaoMei { 
       List<Person> list = new ArrayList<Person>();
        public XiaoMei(){ 
        }
    
        public void addPerson(Person person){ 
            list.add(person);
        }
    
        //遍历list，把自己的通知发送给所有暗恋自己的人
        public void notifyPerson() { 
            for(Person person:list){ 
                person.getMessage("你们过来吧，谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!");
            }
        }
    }

我们写一个测试类来看一下结果对不对

public class Test { 
       public static void main(String[] args) { 
    
           XiaoMei xiao_mei = new XiaoMei();
           LaoWang lao_wang = new LaoWang();
           LaoLi lao_li = new LaoLi();
    
           //小王和小李在小美那里都注册了一下
           xiao_mei.addPerson(lao_wang);
           xiao_mei.addPerson(lao_li);
    
           //小美向小王和小李发送通知
           xiao_mei.notifyPerson();
       }
    }

## 装饰者模式 ##

对已有的业务逻辑进一步的封装，使其增加额外的功能，如Java中的IO流就使用了装饰者模式，用户在使用的时候，可以任意组装，达到自己想要的效果。 举个栗子，我想吃三明治，首先我需要一根大大的香肠，我喜欢吃奶油，在香肠上面加一点奶油，再放一点蔬菜，最后再用两片面包夹一下，很丰盛的一顿午饭，营养又健康。（ps：不知道上海哪里有卖好吃的三明治的，求推荐～）那我们应该怎么来写代码呢？ 首先，我们需要写一个Food类，让其他所有食物都来继承这个类，看代码

public class Food { 
    
       private String food_name;
    
       public Food() { 
       }
    
       public Food(String food_name) { 
           this.food_name = food_name;
       }
    
       public String make() { 
           return food_name;
       };
    }

代码很简单，我就不解释了，然后我们写几个子类继承它：

//面包类
    public class Bread extends Food { 
    
       private Food basic_food;
    
       public Bread(Food basic_food) { 
           this.basic_food = basic_food;
       }
    
       public String make() { 
           return basic_food.make()+"+面包";
       }
    }
    
    //奶油类
    public class Cream extends Food { 
    
       private Food basic_food;
    
       public Cream(Food basic_food) { 
           this.basic_food = basic_food;
       }
    
       public String make() { 
           return basic_food.make()+"+奶油";
       }
    }
    
    //蔬菜类
    public class Vegetable extends Food { 
    
       private Food basic_food;
    
       public Vegetable(Food basic_food) { 
           this.basic_food = basic_food;
       }
    
       public String make() { 
           return basic_food.make()+"+蔬菜";
       }
    
    }

这几个类都是差不多的，构造方法传入一个Food类型的参数，然后在make方法中加入一些自己的逻辑，如果你还是看不懂为什么这么写，不急，你看看我的Test类是怎么写的，一看你就明白了

public class Test { 
       public static void main(String[] args) { 
           Food food = new Bread(new Vegetable(new Cream(new Food("香肠"))));
           System.out.println(food.make());
       }
    }

看到没有，一层一层封装，我们从里往外看：最里面我new了一个香肠，在香肠的外面我包裹了一层奶油，在奶油的外面我又加了一层蔬菜，最外面我放的是面包，是不是很形象，哈哈~ 这个设计模式简直跟现实生活中一摸一样，看懂了吗？ 我们看看运行结果吧

![在这里插入图片描述][20201022101030326.png_pic_center]

## 适配器模式 ##

将两种完全不同的事物联系到一起，就像现实生活中的变压器。假设一个手机充电器需要的电压是20V，但是正常的电压是220V，这时候就需要一个变压器，将220V的电压转换成20V的电压，这样，变压器就将20V的电压和手机联系起来了。

public class Test { 
       public static void main(String[] args) { 
           Phone phone = new Phone();
           VoltageAdapter adapter = new VoltageAdapter();
           phone.setAdapter(adapter);
           phone.charge();
       }
    }
    
    // 手机类
    class Phone { 
    
       public static final int V = 220;// 正常电压220v，是一个常量
    
       private VoltageAdapter adapter;
    
       // 充电
       public void charge() { 
           adapter.changeVoltage();
       }
    
       public void setAdapter(VoltageAdapter adapter) { 
           this.adapter = adapter;
       }
    }
    
    // 变压器
    class VoltageAdapter { 
       // 改变电压的功能
       public void changeVoltage() { 
           System.out.println("正在充电...");
           System.out.println("原始电压：" + Phone.V + "V");
           System.out.println("经过变压器转换之后的电压:" + (Phone.V - 200) + "V");
       }
    }

![在这里插入图片描述][20201022101055830.png_pic_center]

## 工厂模式 ##

简单工厂模式：一个抽象的接口，多个抽象接口的实现类，一个工厂类，用来实例化抽象的接口

// 抽象产品类
    abstract class Car { 
       public void run();
    
       public void stop();
    }
    
    // 具体实现类
    class Benz implements Car { 
       public void run() { 
           System.out.println("Benz开始启动了。。。。。");
       }
    
       public void stop() { 
           System.out.println("Benz停车了。。。。。");
       }
    }
    
    class Ford implements Car { 
       public void run() { 
           System.out.println("Ford开始启动了。。。");
       }
    
       public void stop() { 
           System.out.println("Ford停车了。。。。");
       }
    }
    
    // 工厂类
    class Factory { 
       public static Car getCarInstance(String type) { 
           Car c = null;
           if ("Benz".equals(type)) { 
               c = new Benz();
           }
           if ("Ford".equals(type)) { 
               c = new Ford();
           }
           return c;
       }
    }
    
    public class Test { 
    
       public static void main(String[] args) { 
           Car c = Factory.getCarInstance("Benz");
           if (c != null) { 
               c.run();
               c.stop();
           } else { 
               System.out.println("造不了这种汽车。。。");
           }
    
       }
    
    }
    
     
    
    工厂方法模式：有四个角色，抽象工厂模式，具体工厂模式，抽象产品模式，具体产品模式。不再是由一个工厂类去实例化具体的产品，而是由抽象工厂的子类去实例化产品
    
     
    
    // 抽象产品角色
    public interface Moveable { 
       void run();
    }
    
    // 具体产品角色
    public class Plane implements Moveable { 
       @Override
       public void run() { 
           System.out.println("plane....");
       }
    }
    
    public class Broom implements Moveable { 
       @Override
       public void run() { 
           System.out.println("broom.....");
       }
    }
    
    // 抽象工厂
    public abstract class VehicleFactory { 
       abstract Moveable create();
    }
    
    // 具体工厂
    public class PlaneFactory extends VehicleFactory { 
       public Moveable create() { 
           return new Plane();
       }
    }
    
    public class BroomFactory extends VehicleFactory { 
       public Moveable create() { 
           return new Broom();
       }
    }
    
    // 测试类
    public class Test { 
       public static void main(String[] args) { 
           VehicleFactory factory = new BroomFactory();
           Moveable m = factory.create();
           m.run();
       }
    }

抽象工厂模式：与工厂方法模式不同的是，工厂方法模式中的工厂只生产单一的产品，而抽象工厂模式中的工厂生产多个产品

/抽象工厂类
    public abstract class AbstractFactory { 
       public abstract Vehicle createVehicle();
       public abstract Weapon createWeapon();
       public abstract Food createFood();
    }
    //具体工厂类，其中Food,Vehicle，Weapon是抽象类，
    public class DefaultFactory extends AbstractFactory{ 
       @Override
       public Food createFood() { 
           return new Apple();
       }
       @Override
       public Vehicle createVehicle() { 
           return new Car();
       }
       @Override
       public Weapon createWeapon() { 
           return new AK47();
       }
    }
    //测试类
    public class Test { 
       public static void main(String[] args) { 
           AbstractFactory f = new DefaultFactory();
           Vehicle v = f.createVehicle();
           v.run();
           Weapon w = f.createWeapon();
           w.shoot();
           Food a = f.createFood();
           a.printName();
       }
    }

## 代理模式（proxy） ##

有两种，静态代理和动态代理。先说静态代理，很多理论性的东西我不讲，我就算讲了，你们也看不懂。什么真实角色，抽象角色，代理角色，委托角色。。。乱七八糟的，我是看不懂。之前学代理模式的时候，去网上翻一下，资料一大堆，打开链接一看，基本上都是给你分析有什么什么角色，理论一大堆，看起来很费劲，不信的话你们可以去看看，我是看不懂他们在说什么。咱不来虚的，直接用生活中的例子说话。（注意：我这里并不是否定理论知识，我只是觉得有时候理论知识晦涩难懂，喜欢挑刺的人一边去，你是来学习知识的，不是来挑刺的）  
到了一定的年龄，我们就要结婚，结婚是一件很麻烦的事情，（包括那些被父母催婚的）。有钱的家庭可能会找司仪来主持婚礼，显得热闹，洋气～好了，现在婚庆公司的生意来了，我们只需要给钱，婚庆公司就会帮我们安排一整套结婚的流程。整个流程大概是这样的：家里人催婚->男女双方家庭商定结婚的黄道即日->找一家靠谱的婚庆公司->在约定的时间举行结婚仪式->结婚完毕  
婚庆公司打算怎么安排婚礼的节目，在婚礼完毕以后婚庆公司会做什么，我们一概不知。。。别担心，不是黑中介，我们只要把钱给人家，人家会把事情给我们做好。所以，这里的婚庆公司相当于代理角色，现在明白什么是代理角色了吧。

代码实现请看：

//代理接口
    public interface ProxyInterface { 
    //需要代理的是结婚这件事，如果还有其他事情需要代理，比如吃饭睡觉上厕所，也可以写
    void marry();
    }

婚庆公司的代码:

public class WeddingCompany implements ProxyInterface { 
    
    private ProxyInterface proxyInterface;
    
    public WeddingCompany(ProxyInterface proxyInterface) { 
     this.proxyInterface = proxyInterface;
    }
    
    @Override
    public void marry() { 
     System.out.println("我们是婚庆公司的");
     System.out.println("我们在做结婚前的准备工作");
     System.out.println("节目彩排...");
     System.out.println("礼物购买...");
     System.out.println("工作人员分工...");
     System.out.println("可以开始结婚了");
     proxyInterface.marry();
     System.out.println("结婚完毕，我们需要做后续处理，你们可以回家了，其余的事情我们公司来做");
    }
    
    }

看到没有，婚庆公司需要做的事情很多，我们再看看结婚家庭的代码:

public class NormalHome implements ProxyInterface{ 
    
    @Override
    public void marry() { 
     System.out.println("我们结婚啦～");
    }
    
    }

这个已经很明显了，结婚家庭只需要结婚，而婚庆公司要包揽一切，前前后后的事情都是婚庆公司来做，听说现在婚庆公司很赚钱的，这就是原因，干的活多，能不赚钱吗？

来看看测试类代码：

public class Test { 
    public static void main(String[] args) { 
     ProxyInterface proxyInterface = new WeddingCompany(new NormalHome());
     proxyInterface.marry();
    }
    }

运行结果如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xxcTQwNDI3MDIwMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

## 生产者/消费者模式 ##

什么是生产者/消费者模式？

某个模块负责产生数据，这些数据由另一个模块来负责处理（此处的模块是广义的，可以是类、函数、线程、进程等）。产生数据的模块，就形象地称为生产者；而处理数据的模块，就称为消费者。在生产者与消费者之间在加个缓冲区，我们形象的称之为仓库，生产者负责往仓库了进商品，而消费者负责从仓库里拿商品，这就构成了生产者消费者模式。结构图如下：

![在这里插入图片描述][20201022101234723.png_pic_center]  
生产者消费者模式有如下几个优点：

1、解耦

由于有缓冲区的存在，生产者和消费者之间不直接依赖，耦合度降低。

2、支持并发

由于生产者与消费者是两个独立的并发体，他们之间是用缓冲区作为桥梁连接，生产者只需要往缓冲区里丢数据，就可以继续生产下一个数据，而消费者只需要从缓冲区了拿数据即可，这样就不会因为彼此的处理速度而发生阻塞。

3、支持忙闲不均

缓冲区还有另一个好处。如果制造数据的速度时快时慢，缓冲区的好处就体现出来 了。当数据制造快的时候，消费者来不及处理，未处理的数据可以暂时存在缓冲区中。 等生产者的制造速度慢下来，消费者再慢慢处理掉。

生产者-消费者模型准确说应该是“生产者-仓储-消费者”模型，这样的模型遵循如下的规则：

1、生产者仅仅在仓储未满时候生产，仓满则停止生产。  
2、消费者仅仅在仓储有产品时候才能消费，仓空则等待。  
3、当消费者发现仓储没产品可消费时候会通知生产者生产。  
4、生产者在生产出可消费产品时候，应该通知等待的消费者去消费

此模型将要结合java.lang.Object的wait与notify、notifyAll方法来实现以上的需求。实例代码如下：

创建所谓的“仓库”，此类是（本质上：共同访问的）共享数据区域

//此类是（本质上：共同访问的）共享数据区域
    public class SyncStack { 
        
        private String[]  str = new String[10];
        
        private int index;
        
        //供生产者调用
        public synchronized void push(String sst){ 
            if(index == sst.length()){ 
                try { 
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) { 
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            this.notify();//唤醒在此对象监视器上等待的单个线程 
            str[index] = sst;
            index++;
        }
        
        //供消费者调用  
        public synchronized String pop(){ 
            if(index == 0){ 
                try { 
                    wait();
                } catch (InterruptedException e) { 
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            this.notify();
            index--;
            String product = str[index];
            return product;
            
        }
        
        //就是定义一个返回值为数组的方法,返回的是一个String[]引用  
        public String[] pro(){ 
            return str;
        }
    }

创建生产者：

public class Producter implements Runnable { 
        
        private SyncStack stack;
        
        public Producter(SyncStack stack){ 
            this.stack = stack;
        }
        
        public void run(){ 
            for(int i = 0;i<stack.pro().length;i++){ 
                String producter = "产品" + i;
                stack.push(producter);
                System.out.println("生产了：" + producter);
                try { 
                    Thread.sleep(200);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
                
            }
        }
    }

创建消费者：

public class Consumer implements Runnable { 
        
        private SyncStack stack;
        
        public Consumer(SyncStack stack){ 
            this.stack = stack;
        }
        public void run(){ 
            for(int i=0;i<stack.pro().length;i++){ 
                String consumer = stack.pop();
                System.out.println("消费了：" + consumer );
                
                try { 
                    Thread.sleep(400);
                } catch (InterruptedException e) { 
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

测试类：

public class TestDeam { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            SyncStack stack = new SyncStack();  
            Consumer p = new Consumer(stack);  
            Producter c = new Producter(stack);  
                 
            new Thread(p).start();  
            new Thread(c).start(); 
    
        }
    }

测试结果：

生产了:产品0
    消费了：产品0
    生产了:产品1
    生产了:产品2
    消费了：产品2
    生产了:产品3
    消费了：产品3
    生产了:产品4
    生产了:产品5
    生产了:产品6
    消费了：产品5
    生产了:产品7
    消费了：产品6
    消费了：产品7
    生产了:产品8
    生产了:产品9
    消费了：产品8
    消费了：产品9
    消费了：产品4
    消费了：产品1

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