Java设计模式汇总详解

设计模式

设计模式是很多程序员总结出来的最佳实践。曾经在刚开始写项目的时候学习过设计模式，在开发过程中，也主动或者被动的使用过。现在写代码虽说不会特意明确在用哪种设计模式，但潜移默化的写出来公认的最佳实践代码，毕竟看的比较清爽。为什么再看一遍设计模式，主要有几个原因：第一，很多优秀的源码基本都使用了设计模式，明确设计模式能够更好的看源码。第二，很多中间件设计理念也是基于设计模式的，还有其他的语言，都有自己的设计最佳实践。对于我来说，设计模式始于java，不止于java。第三，有了这种规范，可以更好的和他人沟通，言简意赅

设计模式原则

1.单一职责原则，就是一个类只负责做一件事情。这样就可以做到解耦合的效果，让代码看起来比较清爽，也体现了java的封装性。还有个原则叫迪米特法则，就是一个对象对另一个对象有尽量少的了解，说的也是解耦合的事情。

2.里氏替换原则和依赖导致原则，说的是继承的事情。父类可以做的事情，子类都可以去做，子类可以尽量去依赖父类去做事情；但是反过来，父类不能依赖子类去做一些事情。体现了java的继承特性。

3.接口隔离原则，接口也应该尽可能的隔离开来。其实类写多了，的确耦合性低，为了让他们交流起来，用的最多的就是接口，毕竟只需要知道做什么，怎么做，去访问那个具体的类吧。

4.开闭原则，对修改关闭，对拓展开放。就是代码需要有很好的延展性，对原有代码结构不能破坏。

创建者模式

创建者模式就是为了用优雅的方式创建我们使用的类。

1.简单工厂模式
这个用的比较少，就是有个工厂，告诉你我要什么东西，你造好了给我就行。

示例

public interface Ball{public String create();}public class Soccer implements Ball{@Overridepublic String create(){return "give you a scoccer";}}public class Basketball implements Ball{@Overidepublic String create(){return "give you basketball";}}public class EasyBallFactory{public static Ball createBall(String name){if(name.equals("basketball")){return new BasketBall();}else if(name.equals("soccer")){return new Soccer();}else{return null;}}public static void main(String[] args){Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer");Ball basketball = EasyBallFactory.createBall("basketball");System.out.println(soccer.create());System.out.println(basketball.create());}}

2.工厂模式
这个其实和简单工厂模式差不太多，就是将工厂继续拆分，比如说刚刚EasyBallFactory是一个总工厂，我们现在拆分成SoccerFactory和BasketBallFactory分别生产足球和篮球。某个工厂内部可以根据需求生产不同的产品，比如说soccer可以生产不同大小的出来。

示例

public interface BallFactory{public Ball create();}public class SoccerFactory implements BallFactory{@Override public Ball create(){return null;}}public class BasketBallFactory implements BallFactory{@Overridepublic Ball create(){return null;}}

3.抽象工厂模式
抽象工厂模式主要设计产品组的概念，就是某一个工厂生产出配套的一系列产品。例如，在生产足球的同时，SoccerFactory还可以生产与之配套的足球杂志。

示例

public interface Journal{public String create();}public class SoccerJournal implements Journal{@Override public String create(){return "give you a Soccer Journal";}}public class SoccerFactory implements BallFactory{@Overridepublic Ball create(){return new Soccer;}public Journal createJournal(){return new SoccerJournal();}}

4.单例模式
单例模式有很多种形式，最佳实践应该是两重判断，保证只new出来一个。单例可以说是非常普遍的设计模式了。单例就是指在服务容器的生命周期中只能有这么一个。比如说Servlet、Spring中注入的Bean等等都是单例的。

示例

public class ShiroUtils{public static Session session;public static Session getSession(){if(session == null){synchronized(ShiroUtils.class){if(session == null){session = SecurityUtils.getSubject().getSession();}}}return session;}}

5.建造者模式
将一个复杂对象分布创建。如果一个超大的类的属性特别多，我们可以把属性分门别类，不同属性组成一个稍微小一点的类，再把好几个稍微小点的类窜起来。比方说一个电脑，可以分成不同的稍微小点的部分CPU、主板、显示器。CPU、主板、显示器分别有更多的组件，不再细分。

示例

@Datapublic class Computer{private CPU cpu; // cpu是一个接口，有不同实现如InterCPU AMDCPU等private MainBoard mainBoard; // mainBoard是个接口，有不同的实现private DisPlayer disPlayer; // diaPlay是一个接口，有不同的实现}public abstract class Builder{abstract void buildCPU();abstract void buildMainBoard();abstract void buildDisPlayer();abstract Computer createComputer();}public class ZhangBuilder extends Builder{private Computer computer = new Computer();@Overridevoid buildCPU(){computer.setCpu(new InterCPU());}@Overridevoid buildMainBoard(){computer.setMainBoard(new AMainBoard());}@Overridevoid buildDisPlayer(){computer.setDisPlayer(new ADisPlayer());}@OverrideComputer createComputer(){return computer;}}

SpringBoot几乎将所有的配置都写到了java代码中，大量的配置不得不让配置类采用建造者模式，这样层次比较清晰。

6.原型模式
原型模式用的比较少，用于创建重复对象。需要实现Cloneable 可以选择重写clone()方法。clone分为浅克隆和深克隆。浅克隆只是克隆引用，对象还是一个。深克隆是对象也新创建了一个。

示例

@Data@Builderpublic class User implements Cloneable{private String name;private int age;@Overrideprotected User clone() throws CloneNotSupportedException{return new User(this.name,this.age);}public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException{User user1 = new User("dksa",28);User user2 = user1.clone();user1.setAge(19);System.out.println(user2.getAge()); //28}}

结构型模式

上面的设计模式可以帮助我们轻松的创建出对象，下面看几个对象之间的模型。

7.代理模式
Spring的AOP用的是动态代理，何为动态不看了，用过Spring的小伙伴都知道吧。单纯看一下最基础代理模式是什么样的。代理就是，一个对象辅助另一个对象去做某件事，同时还可以增加一点辅助功能。例如，你买车，的确是你花钱把车买到了，但是你不可能直接去和厂家谈吧，你应该通过4S店购买，同时4S店帮助你入保险扣税等操作，最终你才得到了你想要的车。

示例

public interface Buy{public void buyCar();}public class People implements Buy{@Override public void buyCar(){System.out.println("we have a car");}}public class ProxyPeople implements Buy{private People people;public ProxyPeople(People people){this.people=people;}@Overridepublic void buyCar(){System.out.println("4s店帮你交税，上保险等");people.buyCar();}public static void main(String[] args){Buy buy = new ProxyPeople(new People);buy.buyCar();}}

8.适配器模式
适配器，顾名思义，是让两个不兼容的东西可以一起工作。例如插座的电源是220V，手机直接给他220V 50HZ的交流电我相信一般都会直接炸了（除了诺基亚…）手机充电器就进行了适配，将电压变小，交流电变成直流电。除了这种需要改变属性的操作（比较好说，不举例子了），适配器还用于在接口继承方面。假设一个顶级接口有一大堆方法需要实现类实现，我新写了个类只是想选择的实现一两个接口，那其他的方法我是不是都需要实现一下，即使是空实现（单纯实现，不进行任何逻辑操作），这是我们就需要一个适配器类，空实现那些方法，我的新类只需要继承这个适配器类就好了，要是想实现某个方法，只需要重写掉配置类中对应的方法就好。

示例

public interface ATopIntf{public void one();public void two();public void three();}public class Adapter implements ATopIntf{@Override public void one(){}@Override public void two(){}@Override public void three(){}}public class You extends Adapter{@Overridepublic void one(){super.one();System.out.println("one");}}

9.桥接模式
就是用于抽象化和实现化的解耦。又是解耦，貌似设计模式就是教我们如何优雅的解耦。提高了代码的拓展性，并且可以实现代码的动态切换。最开始的Ball、Soccer、BasketBall接着用，增加新的类。

示例

public class BallCut{private Ball ball;public Ball getBall(){return ball;}public void setBall(Ball ball){this.ball = ball;}public void create(){System.out.println(ball.create());}public static void main(String[] args) {BallCut ballCut = new BallCut();ballCut.setBall(new Soccer());ballCut.create();ballCut.setBall(new BasketBall());ballCut.create();}}

10.装饰模式
一个装饰类，在原来类的基础上增加一点功能。是不是和代理模式很像，我甚至可以将整个代码搬过来照样可以说的通的。这两个模式意思上有点差别，代理模式是原对象做不了那件事，必须让代理对象去做，主导侧重于代理对象，比如说买车。装饰模式是说，就是让原对象直接去做这件事，只是功能上增强一点，主导在于原对象。比如说炒菜的时候撒点盐。

11.外观模式
又称门面模式，就是一个门面，一个操作无需让对象知道其内部实现的复杂度，尽量让用户感知到是非常简单的。这就是为什么我们controller层尽量（或者说一定）少些业务逻辑，让controller层只是起到一个传参和通用性参数校验的功能，剩下的全交给service去做吧。我们还需要在代码中不断将“长得”特别长的代码封装成一个方法，“让处处都有好看的外观”。看一下我们曾写过的代码，这里只起到了传参的作用，究竟这个足球是怎么创建出来的，客户端不必担心。

示例

public static void main(String[] args) {Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer");System.out.println(soccer.create());}

12.组合模式
组合模式是将存在某种包含关系的数据组织在一起，典型的例子就是树状结构。例如菜单功能，一个菜单除了自己该有的属性，还可能包含子菜单，创建的时候可以使用递归的方法。

示例

@Datapublic class Menu{private String name;private int type;private List<Menu> childMenus;}

13.享元模式
享元模式尽可能的让用户复用已经有的对象，从而避免造成反复创建对象的资源浪费。首先就会想到数据库连接池还有String常量池，延伸一下，几乎所有和缓存有关的代码，多少都会用到享元模式。享元模式要求大部分的对象可以外部化。这边要说两个概念，享元模式对象的属性可以分为两个部分，内部状态和外部状态，内部状态是指不会随环境而改变的值，比如说个人信息，外部状态是指随环境改变的值，不能进行共享的信息，如某大学生选修的课程。

示例

public abstract class Flyweight{//内部信息private String name;private String age;//外部信息private final String subject;protected Flyweight(String subject){this.subject = subject;}//行为public abstract void exam();public String getSubject(){return subject;}}

public class RealFlyweight extends Flyweight{@Overridepublic void exam(){System.out.println(this.getSubject()+" is examing...");}public RealFlyweight(String subject){super(subject);}}

public class FlyweightFactory{private static HashMap<String,Flyweight> pool = new HashMap();public static Flyweight getFlyweight(String subject){Flyweight flyweight = null;if(pool.containsKey(subject)){flyweight=pool.get(subject);}else{flyweight = new RealFlyweight(subject);pool.put(subject, flyweight);}return flyweight;}public static void main(String[] args) {System.out.println(pool.size());getFlyweight("math");System.out.println(pool.size());getFlyweight("english");System.out.println(pool.size());getFlyweight("math");System.out.println(pool.size());}}

行为型模式

创建了对象，对象之间有了结构关系，就要看下如何相互作用了。

14.策略模式
定义一组算法, 将每个算法都封装起来, 并且使它们之间可以互换。可以说是一组算法的封装，根据客户端给出的不同要求，进行不同的运算。比如下面这个简易计算器。

示例

public interface Stategy{public int doOperation(int num1, int num2);}public class OperationAdd implements Stategy{@Overridepublic int doOperation(int num1, int num2){return num1 + num2;}}public class OperationSubstract implements Stategy{@Overridepublic int doOperation(int num1, int num2){return num1 - num2;}}public class Context{private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy){this.strategy = strategy;}public int executeStrategy(int num1, int num2){return strategy.doOperation(num1,num2);}}

public class StrategyPatternDemo{public static void main(String[] args){Context context = new Context(new OperationAdd());System.out.println("10 + 8 =" + context.executeStrategy(10,8));context = new Context(new OperationSubstract);System.out.println("10 - 8 = " + context.executeStrategy(10,8));}}

15.观察者模式
定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象（被观察者）状态改变的时候，所有依赖于该对象的观察者都会被通知，从而进行相关操作。很多中间件都依赖于观察者模式，例如RabbitMQ,还有那些事件驱动模型（好像node就是）。

示例

@Datapublic class Student{public String name;public Student(String name){this.name=name;}public void dosomething(){System.out.println(getName()+"交卷");}}

public class Teacher{private Set<Student> students = new HashSet<>();public void addStudent(Student student){student.add(student);}public void doNotify(){for(Student student:students){student.dosomething();}}public static void main(String[] args) {Teacher teacher = new Teacher();Student student = new Student("小明");Student student1 = new Student("小红");teacher.addStudent(student1);teacher.doNotify();}}

16.责任链模式
责任链模式为请求创建一个接收者对象的链，对发送者和接受者进行解耦合。filter链就是责任链模式。

示例

public abstract class Handler{private Handler nextHandler;public final Response handleMessage(Request request){Reponse reponse = null;if(this.getHandlerLevel().equals(request.getRequestLeval())){reponse = this.echo(request);}else{if(this.nextHandler != null){reponse = this.nextHandler.handleMessage(request);}else{reponse = new Reponse();}}return reponse;}public Handle getNextHandler(){return nextHandler;}public void setNextHandler(Handler nextHandler){this.nextHandler = nextHandler;}protected abstract Level getHandleLevel();protected abstract Response echo(Request request);}

17.模板方式模式
一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。

SpringBoot为用户封装了很多继承代码，都用到了模板方式。

示例

public abstract class DBTemplate{abstract void open();abstract void select();abstract void close();public final void selectTemplate(){open();select();close();}}

public class MysqlDB extends DBTemplate{@Overridevoid open(){System.out.println("MYsql open...");}@Overridevoid select(){System.out.println("MYsql select...");}@Overridevoid close(){System.out.println("MYsql close...");}public static void main(String[] args){DBTemplate mysql = new MysqlDB();mysql.selectTemplate();}}

18.状态模式
简单来说，就是一个对象有不同的状态，根据状态不同，可能有不同的行为。

示例

public interface State {public void doaction(Context context);}public class Startstate implements State {public void doaction(Context context) {System.out.println("Player is in start state");context.setstate(this);}public String tostring(){return"Start State"}}public class Stopstate implements State {public void doaction(Context context){System. out. println("Player is in stop state")context. setstate(this):}public String tostring() {return " stop state";}}public class Context{private State state;public Context(){state = null;}public void setState(State state){this.state = state;}public State getState(){return state;}}public class StatePatternDemo{public static void main(String[] args){Context context = new Context();StartState startState = new StartState();startState.doAction(context);System.out.println(context.getState().toString());StopState stopState = new Stop State();stopState.doAction(context);System.out.println(context.getState().toString());}}

19.迭代器模式
提供一个方法，可以顺序访问一个对象内部的各个元素，不需要知道内部构造。现在基本很少自己实现迭代器了，基本成熟的框架或者强大的JDK都会给出访问的方法，比如说java中iterator。这样做主要是进一步封装对象内部的结构，让行为和结构想耦合。

20.命令模式
命令模式是将请求以命令的形式包裹在对象中，并传递给对象，调用对象寻找到处理该命令的合适的对象，并将该命令传递给相应的对象，该对象执行。简单点说就是不同请求都封装成一个对象，不同的请求调用不同的执行者。

示例

//干活的对象public class Receiver{public void doSomething(){System.out.println("Receiver干活");}}//命令对象public abstract class Command{public abstract void exectue();}//命令实现public class ConcreateComand extends Command{//干活人private Receiver receiver;public ConcreateCommand(Receiver receiver){this.receiver = receiver;}@Overridepublic void exectue(){this.receiver.doSomething();}public static void main(String[] args) {Receiver receiver = new Receiver();Command command = new ConcreateCommand(receiver);command.exectue();}}

21.备忘录模式
相当于做一个快照，在不破坏对象本身结构的情况下，记录对象的一个状态，合适的时候可以恢复到这种状态。数据库做事务回滚的时候就用了这种方式。这里需要注意的是，对象不与备忘录本身耦合，而是跟备忘录管理类耦合（就是List<备忘录>）。

示例

@Data//备忘录public class Memento{private String state;}@Date//某对象public class Originator{private String state;public Memento saveStateToMemento(){return new Memento(state);}public void getStateFromMemento(Memento Menmento){state = Memento.getState();}}//备忘录管理public class CareTaker{private List<Memento> mementoList = new ArrayList<Memento>();public void add(Memento state){mementoList.add(state);}public Memento get(int index){return mementoList.get(index);}public static void main(String[] args) {Originator originator = new Originator();CareTaker careTaker = new CareTaker();originator.setState("State *1");originator.setState("State *2");careTaker.add(originator.saveStateToMemento());originator.setState("State *3");careTaker.add(originator.saveStateToMemento());originator.setState("State *4");System.out.println("Current State:" + originator.getState());originator.getStateFromMemento(careTaker.get(0));System.out.println("First saved State:" + originator.getState());originator.getStateFromMemento(careTaker.get(1));System.out.println("Second saved State:" + originator.getState());}}

22.访问者模式
当对特定角色进行访问的时候，需要通过访问者进行访问。一个对象不太方便被你直接访问的时候，你需要将自己的引用交给访问者，通过访问者去访问该对象。

23.中介者模式
降低对象或者说事物之间通讯的复杂性，降低耦合。比如说分布式系统中，不是需要实时反馈的操作，我们无需直接对接，只需将想做的事告诉中间件，中间件告诉另外一个系统。比如说，访问（用户点击）一条新闻操作，同时需要记录是谁访问了什么新闻，同时给新闻浏览次数加1，还要实时更新用户喜好…总之要更新n个数据库表，甚至还要操作像ES,Mongo等多个中间件数据。但是对于用户来说，我只是做了一个点击操作，希望得到的结果就是看条新闻啊，你这么多操作，搞这么慢，用户体验很差啊，而且并发量也很低，那不如做成两个小系统，A系统，拉取新闻，推送，并组装一个信息扔给MQ中间件，ok，结束，用户看到新闻。然后B系统监听，得到这个消息，进行各种更新，这里，这个中间件就是我们的中介。

示例

public class ChatRoom{public static void showMessage(User user, String message){System.out.println(new Date().toString() + "{" + user.getName() + "} :" + message);}}@Datapublic class User{private String name;public User(String name){this.name = name;}public void sendMessage(String message){ChatRoom.showMessage(this, message);}public static void main(String[] args) {User robert = new User("Robert");User tom = new User("Tom");robert.sendMessage("你好 tom")；tom.sendMessage("你好 robert")；}}