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今天起为大家带来Java的23种设计模型详解,共分为6篇教程,今天带来第1篇。
首先,了解23种设计模式的基本概念。
Java的设计模式三大类
创建型模式(5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(7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(11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。
设计模式遵循的原则有6个
1、开闭原则(Open Close Principle)对扩展开放,对修改关闭。
2、里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)只有当衍生类可以替换掉基类,软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。
3、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)这个是开闭原则的基础,对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。
4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle)使用多个隔离的接口来降低耦合度。
5、迪米特法则(最少知道原则)(Demeter Principle)一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。
6、合成复用原则(Composite Reuse Principle)原则是尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。继承实际上破坏了类的封装性,超类的方法可能会被子类修改。
接下来,23种设计模式详解开始。
1.策略模式(Strategy Pattern)
策略模式定义了一系列算法,并将每个算法封装起来,使他们可以相互替换,且算法的变化不会影响到使用算法的客户。
相互替换:也就是说它们具有共性,而它们的共性就体现在策略接口的行为上,另外为了达到最后一句话的目的,也就是说让算法独立于使用它的客户而独立变化,我们需要让客户端依赖于策略接口。
我们先定义一个场景:ˈ刘备去江东娶媳妇,走之前诸葛亮给赵云(伴郎)了一个锦囊,里面有三个妙计,这三个妙计能帮刘备顺利取上媳妇。
妙计模板:
public interface Strategy { public void operate(); }
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A妙计:
欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!public class AStrategy implements Strategy{ @Override public void operate() { System.out.println("找乔国老帮忙,让吴国太给孙权施加压力"); } }
B妙计:
public class BStrategy implements Strategy{ @Override public void operate() { System.out.println("求吴国太开个绿灯,放行"); } }
C妙计:
欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!public class CStrategy implements Strategy{ @Override public void operate() { System.out.println("孙夫人断后,挡住追兵"); } }
装妙计的锦囊即策略的应用场景:
public class Kit { private Strategy straegy; //构造函数,你要使用那个妙计 public Kit(Strategy straegy) { this.straegy = straegy; } //使用计谋 public void operate(){ this.straegy.operate(); } }
使用者赵云:
public class zhaoYun { public static void main(String[] args){ Kit kit; //使用第一个妙计 kit=new Kit(new AStrategy()); kit.operate(); //使用第二个妙计 kit=new Kit(new BStrategy()); kit.operate(); //使用第三个妙计 kit=new Kit(new CStrategy()); kit.operate(); } }
结果:
结论:
策略模式的第一个特点就是扩展性,即OCP,可以继续增加,只要修改应用场景即可;其次,策略模式决定权在用户,系统本身提供不同方法的实现,对各种方法做封装。因此,策略模式多用在算法决策系统中,外部用户只需要决定用哪个算法即可。
2.代理模式(Proxy Pattern)
代理模式就是多一个代理类出来,替原对象进行一些操作,比如我们在租房子的时候会去找中介,为什么呢?因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面,希望找一个更熟悉的人去帮你做,此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司,我们需要请律师,因为律师在法律方面有专长,可以替我们进行操作,表达我们的想法。
我们假设一个场景:梁山伯看上了祝英台,他就请媒婆去祝英台家提亲;前提是媒婆得知道梁山伯有什么没有什么吧,不然祝英台他们家要彩礼,梁山伯拿不出来咋整,所以梁山伯和媒婆要实现同一个接口(familyStatus);
public interface familyStatus { public void marriagePropose(); }
梁山伯:
public class liangShanBo implements familyStatus { @Override public void marriagePropose() { System.out.print("我想娶英台"); } }
媒婆:
public class Matchmaker implements familyStatus{ private familyStatus familyStatus; public Matchmaker() { //默认无参构造是梁山伯的代理 this.familyStatus = new liangShanBo(); } public Matchmaker(familyStatus familyStatus) { //也可以是任何人的代理 this.familyStatus = familyStatus; } @Override public void marriagePropose() { this.familyStatus.marriagePropose(); } }
祝英台:
public class zhuYingtai { public static void main(String[] args){ Matchmaker mm=new Matchmaker(); mm.marriagePropose(); } }
结果:
结论:看似媒人在做,其实是梁山伯的想法。
代理模式主要实现了Java的多态,干活的是被代理类,代理类主要是跑腿。那怎么能知道被代理类能不能干活,简单,同根就成,实现同一个接口,大家知根知底,你能做啥我清楚的很。
在开发过程中,如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进,此时有两种办法:
1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放,对修改关闭”的原则。
2、就是采用一个代理类调用原有的方法,且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。
使用代理模式,可以将功能划分的更加清晰,有助于后期维护!
3.单例模式(Singleton Pattern)
单例对象(Singleton)是一种常用的设计模式。在Java应用中,单例对象能保证在一个JVM中,该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处:
1、某些类创建比较频繁,对于一些大型的对象,这是一笔很大的系统开销。
2、省去了new操作符,降低了系统内存的使用频率,减轻GC压力。
3、有些类如交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,如果该类可以创建多个的话,系统完全乱了。(比如一个军队出现了多个司令员同时指挥,肯定会乱成一团),所以只有使用单例模式,才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。
我们假设一个场景:大臣参拜皇帝,今天肯定只有一个皇帝,明天也肯定只有一个皇帝,皇帝绝对不可能出现两个,这就是妥妥的单例模式。
皇帝:
public class Emperor { //先定义一个皇帝放在这儿 private static Emperor emperor=null; public Emperor() { //世俗和道德约束,不产生第二个皇帝 } public static Emperor getInstance(){ //如果没有定义皇帝,定义一个 if (emperor==null){ emperor=new Emperor(); } return emperor; } public static void EmperorInfo(){ //皇帝是谁 System.out.println("唐玄宗"); } }
大臣:
public class Minister { public static void main(String[] args){ Emperor emperor1= Emperor.getInstance(); //昨天的皇帝是谁 emperor1.EmperorInfo(); Emperor emperor2= Emperor.getInstance(); //今天的皇帝是谁 emperor2.EmperorInfo(); } }
结果:
像这样毫无线程安全保护的类,如果我们把它放入多线程的环境下,肯定就会出现问题了,如何解决?我们先写一个通用的单例程序分析一下:
public class Emperor { //先定义一个皇帝放在这儿 private static Emperor emperor=null; public Emperor() { //世俗和道德约束,不产生第二个皇帝 } public Emperor getInstance(){ //如果没有定义皇帝,定义一个 if (this.emperor==null){ this.emperor=new Emperor(); } return this.emperor; } public static void EmperorInfo(){ //皇帝是谁 System.out.println("唐玄宗"); } }
假如现在两个线程A.B,A执行到this.emperor=new Emperor()正在申请内存分配,这时候B执行到了if (this.emperor==null),这时候是true还是false?如果是true,线程往下走,是不是就出现两个实例了?如果在程序中出现这样的问题会如何呢?最可怕的是你觉得代码并没问题,这是最可怕的;怎么解决呢?最简单的一种解决方式:
直接new一个对象传递给类的成员变量,用的时候getInstance()直接给你返回来:
public class Emperor { //先定义一个皇帝放在这儿 private static final Emperor emperor=new Emperor(); public Emperor() { //世俗和道德约束,不产生第二个皇帝 } public synchronized static Emperor getInstance(){ return emperor; } public static void EmperorInfo(){ //皇帝是谁 System.out.println("唐玄宗"); } }
以上代码也可以这样实现:
public class Emperor { //先定义一个皇帝放在这儿 private static Emperor emperor=null; public Emperor() { //世俗和道德约束,不产生第二个皇帝 } private static synchronized void syncInit() { if(emperor ==null){ emperor=new Emperor(); } } public static Emperor getInstance(){ if(emperor==null){ syncInit(); } return emperor; } public static void EmperorInfo(){ //皇帝是谁 System.out.println("唐玄宗"); } }
通过单例模式的学习告诉我们:
1、单例模式理解起来简单,但是具体实现起来还是有一定的难度。
2、synchronized关键字锁定的是对象,在用的时候,一定要在恰当的地方使用(注意需要使用锁的对象和过程,可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁)。
4.多例模式(Multition Pattern)
没上限的多例模式太简单,和你随便new没差别,咱们来一个有上限的;历史上有没有两个皇帝过,有!明英宗朱祁镇和明景帝朱祁钰,大臣们都懵逼了。
皇帝:
public class Emperor { //最多两皇帝 private static int maxNumOfEmperor=2; //皇帝列表 private static ArrayList EmperorList=new ArrayList(maxNumOfEmperor); //皇帝叫什么名字 private static ArrayList EmperorInfoList=new ArrayList(maxNumOfEmperor); //那个皇帝掌着权 private static int countOfEmperor=0; //先把皇帝产出来 static{ for(int i = 0; i<maxNumOfEmperor; i++){ EmperorList.add(new Emperor("皇"+(i+1)+"帝")); } } private Emperor(){ //约束最多两个皇帝 } private Emperor(String info){ EmperorInfoList.add(info); } public static Emperor getInstance(){ Random random=new Random(); countOfEmperor=random.nextInt(maxNumOfEmperor); return (Emperor) EmperorList.get(countOfEmperor); } public static void EmperorInfo(){ //皇帝是谁 System.out.println(EmperorInfoList.get(countOfEmperor)); } }
大臣:
public class Minister { public static void main(String[] args){ //10个大臣 int ministerNum=10; for(int i=0;i<10;i++){ Emperor emperor= Emperor.getInstance(); System.out.print("第"+(i+1)+"个大臣参拜的是:"); emperor.EmperorInfo(); } } }
结果:
如果就只想拜哪一个皇帝,怎么办呢?
getInstance(param);
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