Java设计模式详解超详细（含示例代码）

发布时间：2024年01月09日

1. 什么是设计模式

设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性。

2. 设计模式分类

在这里插入图片描述

创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。
结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。
行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

3. 设计模式的六大原则

在这里插入图片描述

开放封闭原则（Open Close Principle）

原则思想：尽量通过扩展软件实体来解决需求变化，而不是通过修改已有的代码来完成变化

描述：一个软件产品在生命周期内，都会发生变化，既然变化是一个既定的事实，我们就应该在设计的时候尽量适应这些变化，以提高项目的稳定性和灵活性。

优点：单一原则告诉我们，每个类都有自己负责的职责，里氏替换原则不能破坏继承关系的体系。

里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

原则思想：使用的基类可以在任何地方使用继承的子类，完美的替换基类。

大概意思是：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。子类可以实现父类的抽象方法，但不能覆盖父类的非抽象方法，子类中可以增加自己特有的方法。

优点：增加程序的健壮性，即使增加了子类，原有的子类还可以继续运行，互不影响。

依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

依赖倒置原则的核心思想是面向接口编程

依赖倒转原则要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系中，尽量引用层次高的抽象层类，这个是开放封闭原则的基础，具体内容是：对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。

接口隔离原则（Interface Segregation Principle）

这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。

例如：支付类的接口和订单类的接口，需要把这俩个类别的接口变成俩个隔离的接口

迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）

原则思想：一个对象应当对其他对象有尽可能少地了解，简称类间解耦大概意思就是一个类尽量减少自己对其他对象的依赖，原则是低耦合，高内聚，只有使各个模块之间的耦合尽量的低，才能提高代码的复用率。

优点：低耦合，高内聚。

单一职责原则（Principle of single responsibility）

原则思想：一个方法只负责一件事情。

描述：单一职责原则很简单，一个方法一个类只负责一个职责，各个职责的程序改动，不影响其它程序。这是常识，几乎所有程序员都会遵循这个原则。

优点：降低类和类的耦合，提高可读性，增加可维护性和可拓展性，降低可变性的风险。

4. 单例模式

4.1 什么是单例

保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该全局访问点。

4.2 单例优缺点

优点：

在单例模式中，活动的单例只有一个实例，对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例
单例模式具有一定的伸缩性，类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
提供了对唯一实例的受控访问。
由于在系统内存中只存在一个对象，因此可以节约系统资源，当需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。
允许可变数目的实例。
避免对共享资源的多重占用。

缺点：

不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”。4. 滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而被回收，这将导致对象状态的丢失。

4.3 单例模式使用注意事项

使用时不能用反射模式创建单例，否则会实例化一个新的对象
使用懒单例模式时注意线程安全问题
饿单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的，因而是不能被继承的，有些单例模式可以被继承（如登记式模式）。

4.4 如何选择单例创建方式

如果不需要延迟加载单例，可以使用枚举或者饿汉式，相对来说枚举性好于饿汉式。如果需要延迟加载，可以使用静态内部类或者懒汉式，相对来说静态内部类好于懒韩式。最好使用饿汉式

4.5. 单例创建方式

（主要使用懒汉和懒汉式）

饿汉式:类初始化时,会立即加载该对象，线程天生安全,调用效率高。
懒汉式: 类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。
静态内部方式:结合了懒汉式和饿汉式各自的优点，真正需要对象的时候才会加载，加载类是线程安全的。
枚举单例: 使用枚举实现单例模式优点:实现简单、调用效率高，枚举本身就是单例，由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞，缺点没有延迟加载。
双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因，可能会初始化多次，不推荐使用)。

1. 饿汉式

类初始化时,会立即加载该对象，线程天生安全,调用效率高。

//饿汉式
public class Demo1 {
    // 类初始化时,会立即加载该对象，线程安全,调用效率高
    private static Demo1 demo1 = new Demo1();
    private Demo1() {
	    System.out.println("私有Demo1构造参数初始化");
    }
    
    public static Demo1 getInstance() {
    	return demo1;
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
	    Demo1 s1 = Demo1.getInstance();
    	Demo1 s2 = Demo1.getInstance();
	    System.out.println(s1 == s2);
    }
}

2. 懒汉式

类初始化时，不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。

//懒汉式
public class Demo2 {
    //类初始化时，不会初始化该对象，真正需要使用的时候才会创建该对象。
    private static Demo2 demo2;
    private Demo2() {
        System.out.println("私有Demo2构造参数初始化");
    }

    public synchronized static Demo2 getInstance() {
        if (demo2 == null) {
            demo2 = new Demo2();
        } 
        return demo2;
    } 

    public static void main(String[] args) {
        Demo2 s1 = Demo2.getInstance();
        Demo2 s2 = Demo2.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

3. 静态内部类

结合了懒汉式和饿汉式各自的优点，真正需要对象的时候才会加载，加载类是线程安全的。

// 静态内部类方式
public class Demo3 {
    private Demo3() {
        System.out.println("私有Demo3构造参数初始化");
    } 

    public static class SingletonClassInstance {
        private static final Demo3 DEMO_3 = new Demo3();
    } 

    // 方法没有同步
    public static Demo3 getInstance() {
        return SingletonClassInstance.DEMO_3;
    } 

    public static void main(String[] args) {
        Demo3 s1 = Demo3.getInstance();
        Demo3 s2 = Demo3.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

4. 枚举单例式

//使用枚举实现单例模式 优点:实现简单、枚举本身就是单例，由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞 缺点没有延迟加载
public class Demo4 {
    public static Demo4 getInstance() {
        return Demo.INSTANCE.getInstance();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Demo4 s1 = Demo4.getInstance();
        Demo4 s2 = Demo4.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }

    //定义枚举
    private static enum Demo {
        INSTANCE;
        // 枚举元素为单例
        private Demo4 demo4;
        private Demo() {
            System.out.println("枚举Demo私有构造参数");
            demo4 = new Demo4();
        }

        public Demo4 getInstance() {
            return demo4;
        }
    }
}

5. 双重检测锁方式

双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因，可能会初始化多次，不推荐使用)

//双重检测锁方式
public class Demo5 {
    private static Demo5 demo5;
    private Demo5() {
        System.out.println("私有Demo4构造参数初始化");
    } 
    
    public static Demo5 getInstance() {
        if (demo5 == null) {
            synchronized (Demo5.class) {
                if (demo5 == null) {
                    demo5 = new Demo5();
                }
            }
        } 
        
        return demo5;
    } 
    
    public static void main(String[] args) {
        Demo5 s1 = Demo5.getInstance();
        Demo5 s2 = Demo5.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

5. 工厂模式

5.1 什么是工厂模式

它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。实现了创建者和调用者分离，工厂模式分为简单工厂、工厂方法、抽象工厂模式。

5.2 工厂模式好处

工厂模式是我们最常用的实例化对象模式了，是用工厂方法代替new操作的一种模式。利用工厂模式可以降低程序的耦合性，为后期的维护修改提供了很大的便利。将选择实现类、创建对象统一管理和控制。从而将调用者跟我们的实现类解耦。

5.3 Spring开发中的工厂设计模式

1. Spring IOC

看过Spring源码就知道，在Spring IOC容器创建bean的过程是使用了工厂设计模式。

Spring中无论是通过xml配置还是通过配置类还是注解进行创建bean，大部分都是通过简单工厂来进行创建的。

当容器拿到了beanName和class类型后，动态的通过反射创建具体的某个对象，最后将创建的对象放到Map中。

2. 为什么Spring IOC要使用工厂设计模式创建Bean呢
在实际开发中，如果我们A对象调用B，B调用C，C调用D的话我们程序的耦合性就会变高。（耦合大致分为类与类之间的依赖，方法与方法之间的依赖。）

在很久以前的三层架构编程时，都是控制层调用业务层，业务层调用数据访问层时，都是是直接new对象，耦合性大大提升，代码重复量很高，对象满天飞。

为了避免这种情况，Spring使用工厂模式编程，写一个工厂，由工厂创建Bean，以后我们如果要对象就直接管工厂要就可以，剩下的事情不归我们管了。Spring IOC容器的工厂中有个静态的Map集合，是为了让工厂符合单例设计模式，即每个对象只生产一次，生产出对象后就存入到Map集合中，保证了实例不会重复影响程序效率。

5.4 工厂模式分类

工厂模式分为简单工厂、工厂方法、抽象工厂模式。

简单工厂：用来生产同一等级结构中的任意产品。（不支持拓展增加产品）

工厂方法：用来生产同一等级结构中的固定产品。（支持拓展增加产品）

抽象工厂：用来生产不同产品族的全部产品。（不支持拓展增加产品；支持增加产品族）

5.5 什么是简单工厂模式

简单工厂模式相当于是一个工厂中有各种产品，创建在一个类中，客户无需知道具体产品的名称，只需要知道产品类所对应的参数即可。但是工厂的职责过重，而且当类型过多时不利于系统的扩展维护。

5.6 简单工厂模式使用案例

1. 创建工厂

public interface Car {
	public void run();
}

2. 创建工厂的产品（宝马）

public class Bmw implements Car {
    public void run() {
    	System.out.println("我是宝马汽车...");
    }
}

3. 创建工另外一种产品（奥迪）

public class AoDi implements Car {
    public void run() {
    	System.out.println("我是奥迪汽车..");
    }
}

4. 创建核心工厂类

public class CarFactory {
    public static Car createCar(String name) {
        if ("".equals(name)) {
            return null;
        }
        if (name.equals("奥迪")) {
            return new AoDi();
        }
        if (name.equals("宝马")) {
            return new Bmw();
        }

        return null;
    }
}

**5. 创建工厂的具体实例 **

public class Client01 {
    public static void main(String[] args) {
        Car aodi =CarFactory.createCar("奥迪");
        Car bmw =CarFactory.createCar("宝马");
        aodi.run();
        bmw.run();
    }
}

5.6 简单工厂的优点/缺点

优点

简单工厂模式能够根据外界给定的信息，决定究竟应该创建哪个具体类的对象。明确区分了各自的职责和权力，有利于整个软件体系结构的优化。

缺点

很明显工厂类集中了所有实例的创建逻辑，容易违反GRASPR的高内聚的责任分配原则。

5.7 什么是工厂方法模式

工厂方法模式Factory Method，又称多态性工厂模式。在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有的产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做。该核心类成为一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。

5.8 工厂方法模式使用案例

1. 创建工厂

public interface Car {
	public void run();
}

2. 创建工厂方法调用接口（所有的产品需要new出来必须继承他来实现方法）

public interface CarFactory {
	Car createCar();
}

3. 创建工厂的产品（奥迪）

public class AoDi implements Car {
	public void run() {
		System.out.println("我是奥迪汽车..");
	}
}

4. 创建工厂另外一种产品（宝马）

public class Bmw implements Car {
	public void run() {
		System.out.println("我是宝马汽车...");
	}
}

5. 创建工厂方法调用接口的实例（奥迪）

public class AoDiFactory implements CarFactory {
    public Car createCar() {
	    return new AoDi();
    }
}

6. 创建工厂方法调用接口的实例（宝马）

public class BmwFactory implements CarFactory {
	public Car createCar() {
		return new Bmw();
	}
}

7. 创建工厂的具体实例

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
	    Car aodi = new AoDiFactory().createCar();
    	Car jili = new BmwFactory().createCar();
	    aodi.run();
    	jili.run();
    }
}

5.8 什么是抽象工厂模式

抽象工厂简单地说是工厂的工厂，抽象工厂可以创建具体工厂，由具体工厂来产生具体产品。

1. 创建第一个子工厂，及实现类

//汽车
public interface Car {
    void run();
}
class CarA implements Car{
    public void run() {
        System.out.println("宝马");
    }
}
class CarB implements Car {
    public void run() {
        System.out.println("摩拜");
    }
}

2. 创建第二个子工厂，及实现类

//发动机
public interface Engine {
    void run();
} 
class EngineA implements Engine {
    public void run() {
        System.out.println("转的快!");
    }
} 
class EngineB implements Engine {
    public void run() {
        System.out.println("转的慢!");
    }
}

3. 创建一个总工厂，及实现类（由总工厂的实现类决定调用那个工厂的那个实例）

public interface TotalFactory {
    // 创建汽车
    Car createChair();
    // 创建发动机
    Engine createEngine();
} 

//总工厂实现类，由他决定调用哪个工厂的那个实例
class TotalFactoryReally implements TotalFactory {
    public Engine createEngine() {
        return new EngineA();
    } 

    public Car createChair() {
        return new CarA();
    }
}

4. 运行测试

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TotalFactory totalFactory2 = new TotalFactoryReally();
        Car car = totalFactory2.createChair();
        car.run();
        TotalFactory totalFactory = new TotalFactoryReally();
        Engine engine = totalFactory.createEngine();
        engine.run();
    }
}

6. 代理模式

6.1 什么是代理模式

通过代理控制对象的访问，可以在这个对象调用方法之前、调用方法之后去处理/添加新的功能。(也就是AO的P微实现)代理在原有代码乃至原业务流程都不修改的情况下，直接在业务流程中切入新代码，增加新功能，这也和Spring的（面向切面编程）很相似。

6.2 代理模式应用场景

Spring AOP、日志打印、异常处理、事务控制、权限控制等

6.3 代理的分类

静态代理(静态定义代理类)
动态代理(动态生成代理类，也称为Jdk自带动态代理)
Cglib 、javaassist（字节码操作库）

6.4 三种代理的区别

静态代理：简单代理模式，是动态代理的理论基础。常见使用在代理模式
jdk动态代理：使用反射完成代理。需要有顶层接口才能使用，常见是mybatis的mapper文件是代理。
cglib动态代理：也是使用反射完成代理，可以直接代理类（jdk动态代理不行），使用字节码技术，不能对 final类进行继承。（需要导入jar包）

6.5 什么是静态代理

由程序员创建或工具生成代理类的源码，再编译代理类。所谓静态也就是在程序运行前就已经存在代理类的字节码文件，代理类和委托类的关系在运行前就确定了。

6.6 静态代理模式使用案例

1. 接口类

//接口类
public class UserDao{
    public void save() {
	    System.out.println("保存数据方法");
    }
}

2. 代理类

//代理类
public class UserDaoProxy extends UserDao {
    private UserDao userDao;
    public UserDaoProxy(UserDao userDao) {
        this.userDao = userDao;
    } 
    public void save() {
        System.out.println("开启事务...");
        userDao.save();
        System.out.println("关闭事务...");
    }
}

3. 添加完静态代理的测试类

//添加完静态代理的测试类
public class Test{
    public static void main(String[] args) {
        UserDao userDao = new UserDao();
        UserDaoProxy userDaoProxy = new UserDaoProxy(userDao);
        userDaoProxy.save();
    }
}

6.7 什么是动态代理

动态代理也叫做，JDK代理、接口代理。
动态代理的对象，是利用JDK的API，动态的在内存中构建代理对象（是根据被代理的接口来动态生成代理类的class文件，并加载运行的过程），这就叫动态代理。

缺点：必须是面向接口，目标业务类必须实现接口

优点：不用关心代理类，只需要在运行阶段才指定代理哪一个对象

6.8 动态代理模式使用案例

1. 接口

//接口
public interface UserDao {
	void save();
}

2. 接口实现类

//接口实现类
public class UserDaoImpl implements UserDao {
    public void save() {
	    System.out.println("保存数据方法");
    }
}

3. 代理类，可重复使用，不像静态代理那样要自己重复编写代理

import java.lang.reflect.InvocationHandler; 
import java.lang.reflect.Method;
// 每次生成动态代理类对象时,实现了InvocationHandler接口的调用处理器对象
public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {
    // 这其实业务实现类对象，用来调用具体的业务方法
    private Object target;

    // 通过构造函数传入目标对象
    public InvocationHandlerImpl(Object target) {
        this.target = target;
    } 
    
    //动态代理实际运行的代理方法
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        System.out.println("调用开始处理");
        //下面invoke()方法是以反射的方式来创建对象，第一个参数是要创建的对象，第二个是构成方法的参数，由第二个参数来决定创建对象使用哪个构造方法
        Object result = method.invoke(target, args);
        System.out.println("调用结束处理");
        return result;
    }
}

4. 利用动态代理使用代理方法


import java.lang.reflect.Proxy;
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 被代理对象
        UserDao userDaoImpl = new UserDaoImpl();
        InvocationHandlerImpl invocationHandlerImpl = new InvocationHandlerImpl(userDaoImpl);
        //类加载器
        ClassLoader loader = userDaoImpl.getClass().getClassLoader();
        Class<?>[] interfaces = userDaoImpl.getClass().getInterfaces();
        // 主要装载器、一组接口及调用处理动态代理实例
        UserDao newProxyInstance = (UserDao) Proxy.newProxyInstance(loader, interfaces, invocationHandlerImpl);
        newProxyInstance.save();
    }
}

6.9 CGLIB动态代理原理

利用asm开源包，对代理对象类的class文件加载进来，通过修改其字节码生成子类来处理。

CGLIB动态代理和jdk代理一样，使用反射完成代理，不同的是他可以直接代理类（jdk动态代理不行，他必须目标业务类必须实现接口），CGLIB动态代理底层使用字节码技术，CGLIB动态代理不能对 final类进行继承。（CGLIB动态代理需要导入jar包）

6.10 CGLIB动态代理使用案例

1. 接口

//接口
public interface UserDao {
	void save();
}

2. 接口实现类

public class UserDaoImpl implements UserDao {
    public void save() {
	    System.out.println("保存数据方法");
    }
}

3. 主要代理类


import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;

//代理主要类
public class CglibProxy implements MethodInterceptor {
    private Object targetObject;
    // 这里的目标类型为Object，则可以接受任意一种参数作为被代理类，实现了动态代理
    public Object getInstance(Object target) {
        // 设置需要创建子类的类
        this.targetObject = target;
        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(target.getClass());
        enhancer.setCallback(this);
        return enhancer.create();
    } 
    
    //代理实际方法
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy
            proxy) throws Throwable {
        System.out.println("开启事物");
        Object result = proxy.invoke(targetObject, args);
        System.out.println("关闭事物");
        // 返回代理对象
        return result;
    }
}

4. 测试CGLIB动态代理

//测试CGLIB动态代理
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    	CglibProxy cglibProxy = new CglibProxy();
	    UserDao userDao = (UserDao) cglibProxy.getInstance(new UserDaoImpl());
	    userDao.save();
    }
}

7. 建造者模式

7.1 什么是建造者模式

建造者模式：是将一个复杂的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方式进行创建。
工厂类模式是提供的是创建单个类的产品
而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来具有不同的属性的产品

建造者模式通常包括下面几个角色：

uilder：给出一个抽象接口，以规范产品对象的各个组成成分的建造。这个接口规定要实现复杂对象的哪些部分的创建，并不涉及具体的对象部件的创建。
ConcreteBuilder：实现Builder接口，针对不同的商业逻辑，具体化复杂对象的各部分的创建。在建造过程完成后，提供产品的实例。
Director：调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。
Product：要创建的复杂对象。

7.2 建造者模式的使用场景

使用场景：

需要生成的对象具有复杂的内部结构。
需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

与工厂模式的区别是：

建造者模式更加关注与零件装配的顺序。
JAVA 中的 StringBuilder就是建造者模式创建的，他把一个单个字符的char数组组合起来
Spring不是建造者模式，它提供的操作应该是对于字符串本身的一些操作，而不是创建或改变一个字符串。

7.3 使用案例

1. 建立一个装备对象Arms

//装备类
public class Arms {
    //头盔
    private String helmet;
    //铠甲
    private String armor;
    //武器
    private String weapon;
//省略Git和Set方法...........
}

2. 创建Builder接口（给出一个抽象接口，以规范产品对象的各个组成成分的建造，这个接口只是规范）

public interface PersonBuilder {
    void builderHelmetMurder();
    void builderArmorMurder();
    void builderWeaponMurder();
    void builderHelmetYanLong();
    void builderArmorYanLong();
    void builderWeaponYanLong();
    Arms BuilderArms(); //组装
}

3. 创建Builder实现类（这个类主要实现复杂对象创建的哪些部分需要什么属性）

public class ArmsBuilder implements PersonBuilder {
    private Arms arms;
    //创建一个Arms实例,用于调用set方法
    public ArmsBuilder() {
        arms = new Arms();
    } 
    public void builderHelmetMurder() {
        arms.setHelmet("夺命头盔");
    } 
    
    public void builderArmorMurder() {
        arms.setArmor("夺命铠甲");
    } 
    
    public void builderWeaponMurder() {
        arms.setWeapon("夺命宝刀");
    } 
    
    public void builderHelmetYanLong() {
        arms.setHelmet("炎龙头盔");
    } 
    
    public void builderArmorYanLong() {
        arms.setArmor("炎龙铠甲");
    } 
    
    public void builderWeaponYanLong() {
        arms.setWeapon("炎龙宝刀");
    } 
    
    public Arms BuilderArms() {
        return arms;
    }
}

4. Director（调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建）

public class PersonDirector {
    //组装
    public Arms constructPerson(PersonBuilder pb) {
        pb.builderHelmetYanLong();
        pb.builderArmorMurder();
        pb.builderWeaponMurder();
        return pb.BuilderArms();
    } 
    //这里进行测试
    public static void main(String[] args) {
        PersonDirector pb = new PersonDirector();
        Arms arms = pb.constructPerson(new ArmsBuilder());
        System.out.println(arms.getHelmet());
        System.out.println(arms.getArmor());
        System.out.println(arms.getWeapon());
    }
}

8. 模板方法模式

8.1 什么是模板方法

模板方法模式：定义一个操作中的算法骨架（父类），而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构来重定义该算法的。

8.2 什么时候使用模板方法

实现一些操作时，整体步骤很固定，但是呢。就是其中一小部分需要改变，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。

8.3 实际开发中应用场景哪里用到了模板方法

其实很多框架中都有用到了模板方法模式，例如：数据库访问的封装、Junit单元测试、servlet中关于doGet/doPost方法的调用等等。

8.4 使用案例

1. 先定义一个模板。把模板中的点菜和付款，让子类来实现。

//模板方法
public abstract class RestaurantTemplate {
    // 1.看菜单
    public void menu() {
        System.out.println("看菜单");
    } 
    // 2.点菜业务
    abstract void spotMenu();
    // 3.吃饭业务
    public void havingDinner(){ System.out.println("吃饭"); }
    // 3.付款业务
    abstract void payment();
    // 3.走人
    public void GoR() { System.out.println("走人"); }
    //模板通用结构
    public void process(){
        menu();
        spotMenu();
        havingDinner();
        payment();
        GoR();
    }
}

2. 具体的模板方法子类 1

public class RestaurantGinsengImpl extends RestaurantTemplate {
    void spotMenu() {
        System.out.println("人参");
    } 
    
    void payment() {
        System.out.println("5快");
    }
}

3. 具体的模板方法子类2

public class RestaurantLobsterImpl extends RestaurantTemplate {
    void spotMenu() {
        System.out.println("龙虾");
    } 
    
    void payment() {
        System.out.println("50块");
    }
}

4. 客户端测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //调用第一个模板实例
        RestaurantTemplate restaurantTemplate = new RestaurantGinsengImpl();
        restaurantTemplate.process();
    }
}

9. 外观模式

9.1 什么是外观模式

外观模式：也叫门面模式，隐藏系统的复杂性，并向客户端提供了一个客户端可以访问系统的接口。
它向现有的系统添加一个接口，用这一个接口来隐藏实际的系统的复杂性。
使用外观模式，他外部看起来就是一个接口，其实他的内部有很多复杂的接口已经被实现。

9.2 使用案例

用户注册完之后，需要调用阿里短信接口、邮件接口。

1. 阿里短信消息

//阿里短信消息
public interface AliSmsService {
	void sendSms();
}

public class AliSmsServiceImpl implements AliSmsService {
    public void sendSms() {
    	System.out.println("阿里短信消息");
    }
}

2. 邮件接口

//发送邮件消息
public interface EamilSmsService {
	void sendSms();
}

public class EamilSmsServiceImpl implements EamilSmsService{
	public void sendSms() {
		System.out.println("发送邮件消息");
	}
}

3. 创建门面（门面看起来很简单使用，复杂的东西以及被门面给封装好了）

public class Computer {
    AliSmsService aliSmsService;
    EamilSmsService eamilSmsService;
    WeiXinSmsService weiXinSmsService;
    public Computer() {
        aliSmsService = new AliSmsServiceImpl();
        eamilSmsService = new EamilSmsServiceImpl();
    }
    //只需要调用它
    public void sendMsg() {
        aliSmsService.sendSms();
        eamilSmsService.sendSms();
    }
}

4. 启动测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //普通模式需要这样
        AliSmsService aliSmsService = new AliSmsServiceImpl();
        EamilSmsService eamilSmsService = new EamilSmsServiceImpl();
        aliSmsService.sendSms();
        eamilSmsService.sendSms();
        //利用外观模式简化方法
        new Computer().sendMsg();
    }
}

10. 原型模式

10.1 什么是原型模式

原型设计模式简单来说就是克隆。

原型表明了有一个样板实例，这个原型是可定制的。原型模式多用于创建复杂的或者构造耗时的实例，因为这种情况下，复制一个已经存在的实例可使程序运行更高效。

10.2 原型模式的应用场景

类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。这时我们就可以通过原型拷贝避免这些消耗。
通过new产生的一个对象需要非常繁琐的数据准备或者权限，这时可以使用原型模式。
一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用，即保护性拷贝。

10.3 原型模式的使用方式

实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口，它的作用只有一个，就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中，只有实现了这个接口的类才可以被拷贝，否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。
重写Object类中的clone方法。Java中，所有类的父类都是Object类，Object类中有一个clone方
法，作用是返回对象的一个拷贝，但是其作用域protected类型的，一般的类无法调用，因此
Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

10.4 原型模式分为浅复制和深复制

（浅复制）只是拷贝了基本类型的数据，而引用类型数据，只是拷贝了一份引用地址。
（深复制）在计算机中开辟了一块新的内存地址用于存放复制的对象。

10.5 使用案例

1. 创建User类

import java.util.ArrayList;

public class User implements Cloneable {
    private String name;
    private String password;
    private ArrayList<String> phones;

    protected User clone() {
        try {
            User user = (User) super.clone();
            //重点，如果要连带引用类型一起复制，需要添加底下一条代码，如果不加就对于是复制了引用地址
            user.phones = (ArrayList<String>) this.phones.clone();//设置深复制
            return user;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        } 
        
        return null;
    }
    //省略所有属性Git Set方法......
}

2. 测试复制

import java.util.ArrayList;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建User原型对象
        User user = new User();
        user.setName("李三");
        user.setPassword("123456");
        ArrayList<String> phones = new ArrayList<>();
        phones.add("17674553302");
        user.setPhones(phones);
        //copy一个user对象,并且对象的属性
        User user2 = user.clone();
        user2.setPassword("654321");
        //查看俩个对象是否是一个
        System.out.println(user == user2);
        //查看属性内容
        System.out.println(user.getName() + " | " + user2.getName());
        System.out.println(user.getPassword() + " | " + user2.getPassword());
        //查看对于引用类型拷贝
        System.out.println(user.getPhones() == user2.getPhones());
    }
}

如果不需要深复制，需要删除User 中的一下代码

//默认引用类型为浅复制，这是设置了深复制
user.phones = (ArrayList<String>) this.phones.clone();

11. 策略模式

11.1 什么是策略模式

定义了一系列的算法或逻辑或相同意义的操作，并将每一个算法、逻辑、操作封装起来，而且使它们还可以相互替换。（其实策略模式Java中用的非常非常广泛）

11.2策略模式应用场景

策略模式的用意是针对一组算法或逻辑，将每一个算法或逻辑封装到具有共同接口的独立的类中，从而使得它们之间可以相互替换。

例如：我要做一个不同会员打折力度不同的三种策略，初级会员，中级会员，高级会员（三种不同的计算）。
例如：我要一个支付模块，我要有微信支付、支付宝支付、银联支付等

11.3 策略模式的优点和缺点

优点：

1、算法可以自由切换。

2、避免使用多重条件判断。

3、扩展性非常良好。

缺点：

1、策略类会增多。

2、所有策略类都需要对外暴露。

11.4 使用案例

模拟支付模块有微信支付、支付宝支付

1. 定义抽象的公共方法

//策略模式 定义抽象方法 所有支持公共接口
abstract class PayStrategy {
    // 支付逻辑方法
    abstract void algorithmInterface();
}

2. 定义实现微信支付

class PayStrategyA extends PayStrategy {
    void algorithmInterface() {
        System.out.println("微信支付");
    }
}

3. 定义实现支付宝支付

class PayStrategyB extends PayStrategy {
    void algorithmInterface() {
        System.out.println("支付宝支付");
    }
}

4. 定义下文维护算法策略

class Context {
    PayStrategy strategy;

    public Context(PayStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void algorithmInterface() {
        strategy.algorithmInterface();
    }
}

5. 运行测试

class ClientTestStrategy {
    public static void main(String[] args) {
        Context context;
        //使用支付逻辑A
        context = new Context(new PayStrategyA());
        context.algorithmInterface();
        //使用支付逻辑B
        context = new Context(new PayStrategyB());
        context.algorithmInterface();
    }
}

12. 观察者模式

12.1 什么是观察者模式

先讲什么是行为性模型，行为型模式关注的是系统中对象之间的相互交互，解决系统在运行时对象之间的相互通信和协作，进一步明确对象的职责。
观察者模式，是一种行为性模型，又叫发布-订阅模式，他定义对象之间一种一对多的依赖关系，使得当一个对象改变状态，则所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

12.2 模式的职责

观察者模式主要用于1对N的通知。当一个对象的状态变化时，他需要及时告知一系列对象，令他们做出相应。

实现有两种方式：

推：每次都会把通知以广播的方式发送给所有观察者，所有的观察者只能被动接收。
拉：观察者只要知道有情况即可，至于什么时候获取内容，获取什么内容，都可以自主决定。

12.3 观察者模式应用场景

关联行为场景，需要注意的是，关联行为是可拆分的，而不是“组合”关系。事件多级触发场景。
跨系统的消息交换场景，如消息队列、事件总线的处理机制。

12.4 使用案例

1. 定义抽象观察者，每一个实现该接口的实现类都是具体观察者。

//观察者的接口，用来存放观察者共有方法
public interface Observer {
    // 观察者方法
    void update(int state);
}

2.定义具体观察者

// 具体观察者
public class ObserverImpl implements Observer {
    // 具体观察者的属性
    private int myState;

    public void update(int state) {
        myState = state;
        System.out.println("收到消息,myState值改为：" + state);
    }

    public int getMyState() {
        return myState;
    }
}

3. 定义主题。主题定义观察者数组，并实现增、删及通知操作。

import java.util.Vector;

//定义主题，以及定义观察者数组，并实现增、删及通知操作。
public class Subjecct {
    //观察者的存储集合，不推荐ArrayList，线程不安全，
    private Vector<Observer> list = new Vector<>();

    // 注册观察者方法
    public void registerObserver(Observer obs) {
        list.add(obs);
    }

    // 删除观察者方法
    public void removeObserver(Observer obs) {
        list.remove(obs);
    }
    
    //通知所有的观察者更新
    public void notifyAllObserver(int state) {
        for (Observer observer : list) {
            observer.update(state);
        }
    }
}

4. 定义具体的，他继承继承Subject类，在这里实现具体业务，在具体项目中，该类会有很多。

//具体主题
public class RealObserver extends Subjecct {
    //被观察对象的属性
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
		//主题对象(目标对象)值发生改变
        this.notifyAllObserver(state);
    }
}

5. 运行测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 目标对象
        RealObserver subject = new RealObserver();
        // 创建多个观察者
        ObserverImpl obs1 = new ObserverImpl();
        ObserverImpl obs2 = new ObserverImpl();
        ObserverImpl obs3 = new ObserverImpl();
        // 注册到观察队列中
        subject.registerObserver(obs1);
        subject.registerObserver(obs2);
        subject.registerObserver(obs3);
        // 改变State状态
        subject.setState(300);
        System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为："+obs1.getMyState());
        System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为："+obs2.getMyState());
        System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为："+obs3.getMyState());
        // 改变State状态
        subject.setState(400);
        System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为："+obs1.getMyState());
        System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为："+obs2.getMyState());
        System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为："+obs3.getMyState());
    }
}

oid notifyAllObserver(int state) {
for (Observer observer : list) {
observer.update(state);
}
}
}




**4. 定义具体的，他继承继承Subject类，在这里实现具体业务，在具体项目中，该类会有很多。**  

```java
//具体主题
public class RealObserver extends Subjecct {
    //被观察对象的属性
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
		//主题对象(目标对象)值发生改变
        this.notifyAllObserver(state);
    }
}

5. 运行测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 目标对象
        RealObserver subject = new RealObserver();
        // 创建多个观察者
        ObserverImpl obs1 = new ObserverImpl();
        ObserverImpl obs2 = new ObserverImpl();
        ObserverImpl obs3 = new ObserverImpl();
        // 注册到观察队列中
        subject.registerObserver(obs1);
        subject.registerObserver(obs2);
        subject.registerObserver(obs3);
        // 改变State状态
        subject.setState(300);
        System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为："+obs1.getMyState());
        System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为："+obs2.getMyState());
        System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为："+obs3.getMyState());
        // 改变State状态
        subject.setState(400);
        System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为："+obs1.getMyState());
        System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为："+obs2.getMyState());
        System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为："+obs3.getMyState());
    }
}

文章来源:https://blog.csdn.net/a342874650/article/details/135489819
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