java设计模式(常用的Java设计模式)

java设计模式
你好,我是酱油君。
如果你在寻找优质的技术原创文章,请关注我。

本文总结了几个大家常用的Java设计模式,并给出代码示例。
1、单例模式单例(Singleton)模式的定义:指一个类只有一个实例,且该类能自行创建这个实例的一种模式。
单例模式有 3 个特点:单例类只有一个实例对象;
该单例对象必须由单例类自行创建;
单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点。
单例模式的优点和缺点单例模式的优点:
单例模式可以保证内存里只有一个实例,减少了内存的开销。
可以避免对资源的多重占用。
单例模式设置全局访问点,可以优化和共享资源的访问。
单例模式的缺点:
单例模式一般没有接口,扩展困难。如果要扩展,则除了修改原来的代码,没有第二种途径,违背开闭原则。
在并发测试中,单例模式不利于代码调试。在调试过程中,如果单例中的代码没有执行完,也不能模拟生成一个新的对象。
单例模式的功能代码通常写在一个类中,如果功能设计不合理,则很容易违背单一职责原则。
单例模式的实现单例模式的构造器是被private修饰的,一般通过getInstance()的方法来获取实例。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。
1、懒汉式单例
该模式的特点是类加载时没有生成单例,只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下:
非线程安全:
public class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton() {} //private 避免类在外部被实例化 public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; }}线程安全:
public class Singleton{ private static volatile Singleton instance=null; //保证 instance 在所有线程中同步 private Singleton(){} //private 避免类在外部被实例化 public static synchronized Singleton getInstance(){ //getInstance 方法前加同步 if(instance==null) { instance=new Singleton(); } return instance; }}2、饿汉式单例
public class Singleton { private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } }3、静态内部类实现单例
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } }4、枚举类实现单例
public enum Singleton { INSTANCE; public void anyMethod() { } }5、双重校验锁实现单例
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; } }
2、观察者模式观察者(Observer)模式的定义:指多个对象间存在一对多的依赖关系,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。这种模式有时又称作发布-订阅模式、模型-视图模式,它是对象行为型模式。
观察者模式的优点和缺点观察者模式的优点:
降低了目标与观察者之间的耦合关系,两者之间是抽象耦合关系。
目标与观察者之间建立了一套触发机制。
观察者模式的缺点:
目标与观察者之间的依赖关系并没有完全解除,而且有可能出现循环引用。
当观察者对象很多时,通知的发布会花费很多时间,影响程序的效率。
观察者模式的实现实现观察者模式时要注意具体目标对象和具体观察者对象之间不能直接调用,否则将使两者之间紧密耦合起来,这违反了面向对象的设计原则。
1、观察者模式的结构
观察者模式的主要角色如下:
抽象主题(Subject)角色:也叫抽象目标类,它提供了一个用于保存观察者对象的聚集类和增加、删除观察者对象的方法,以及通知所有观察者的抽象方法。
具体主题(Concrete Subject)角色:也叫具体目标类,它实现抽象目标中的通知方法,当具体主题的内部状态发生改变时,通知所有注册过的观察者对象。
抽象观察者(Observer)角色:它是一个抽象类或接口,它包含了一个更新自己的抽象方法,当接到具体主题的更改通知时被调用。
具体观察者(Concrete Observer)角色:实现抽象观察者中定义的抽象方法,以便在得到目标的更改通知时更新自身的状态。
结构图如图:

2、模式的实现
应用举例:
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,时刻关注着小美的朋友圈。有一天,小美朋友圈发了一句:“谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!”。这句话被小王和小李看到了,于是,两个人立刻出发去小美家争取这个机会。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。
应用代码:
先定义一个接口:
public interface Person { //小王和小李通过这个接口可以接收到小美的朋友圈消息,然后做出相应的处理 void getMessage(String s);}然后定义小王和小李:
public class XiaoWang implements Person {
private String name = “小王”;
public XiaoWang() { }
@Override public void getMessage(String s) { if(s.equals(“谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!”)){ System.out.println(name + “接到消息,立刻出发!”); } }
}
public class XiaoLi implements Person {
private String name = “小李”;
public XiaoLi() { }
@Override public void getMessage(String s) { if(s.equals(“谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!”)){ System.out.println(name + “接到消息,立刻出发!”); } }
}再来定义小美:
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(“谁先过来谁就能陪我一起玩儿游戏!”); } }}最后写个测试类执行代码:
public class Test { public static void main(String[] args) {
XiaoMei xiaoMei = new XiaoMei(); XiaoWang xiaoWang = new XiaoWang(); XiaoLi xiaoLi = new XiaoLi();
//小王和小李在小美那里都注册了一下 xiaoMei.addPerson(xiaoWang); xiaoMei.addPerson(xiaoLi);
//小美向小王和小李发送通知 xiaoMei.notifyPerson(); }}运行结果:
小王接到消息,立刻出发!小李接到消息,立刻出发!
3、装饰模式装饰(Decorator)模式的定义:指在不改变现有对象结构的情况下,动态地给该对象增加一些职责(即增加其额外功能)的模式,它属于对象结构型模式。
观察者模式的优点和缺点装饰(Decorator)模式的优点:
装饰器是继承的有力补充,比继承灵活,在不改变原有对象的情况下,动态的给一个对象扩展功能,即插即用
通过使用不用装饰类及这些装饰类的排列组合,可以实现不同效果
装饰器模式完全遵守开闭原则
装饰(Decorator)模式的缺点:
装饰模式会增加许多子类,过度使用会增加程序得复杂性。
装饰模式的实现通常情况下,扩展一个类的功能会使用继承方式来实现。但继承具有静态特征,耦合度高,并且随着扩展功能的增多,子类会很膨胀。如果使用组合关系来创建一个包装对象(即装饰对象)来包裹真实对象,并在保持真实对象的类结构不变的前提下,为其提供额外的功能,这就是装饰模式的目标。
1、装饰模式的结构
装饰模式主要包含以下角色:
抽象构件(Component)角色:定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
具体构件(ConcreteComponent)角色:实现抽象构件,通过装饰角色为其添加一些职责。
抽象装饰(Decorator)角色:继承抽象构件,并包含具体构件的实例,可以通过其子类扩展具体构件的功能。
具体装饰(ConcreteDecorator)角色:实现抽象装饰的相关方法,并给具体构件对象添加附加的责任。
结构图如图:

2、模式的实现
应用举例:
继续拿小美说事吧,假设小美爱玩cosplay,可以靠衣服装扮成女妖、少女两种不同的风格。不管小美怎么cosplay,她本人都是小美,但是在外人眼中,她增加了装饰(cosplay)。
应用代码:
先定义抽象构建角色——小美:
interface XiaoMei{ public void display();}具体构件角色——小美本人:
class Original implements XiaoMei{ public Original(){} public void display(){ System.out.println(“我的是小美本人”); }}抽象装饰角色——cosplay的小美
class CXiaoMei implements XiaoMei{ XiaoMei x; public CXiaoMei(XiaoMei x){ this.x=x; } public void display(){ x.display(); System.out.println(“我是开始cosplay的小美”); }}具体装饰角色——装扮成女妖cosplay的小美
class Succubus extends CXiaoMei{ public Succubus(XiaoMei x){ super(x); } public void display(){ super.display(); setCosplay(); } public void setCosplay(){ System.out.println(“我的今天扮演的角色是女妖”); }}具体装饰角色——装扮成少女cosplay的小美
class Girl extends CXiaoMei{ public Girl(XiaoMei x){ super(x); } public void display(){ super.display(); setCosplay(); } public void setCosplay(){ System.out.println(“我的今天扮演的角色是少女”); }}最后写个测试类执行代码:
public class Test { public static void main(String[] args) {
XiaoMei x0 = new Original(); x0.display(); System.out.println(“=============”); XiaoMei x1 = new Succubus(x0); x1.display(); System.out.println(“=============”); XiaoMei x2 = new Girl(x0); x2.display(); }}运行结果:
我的名字是小美=============我的名字是小美我是开始cosplay的小美我的今天扮演的角色是女妖=============我的名字是小美我是开始cosplay的小美我的今天扮演的角色是少女
4、适配器模式适配器模式(Adapter)的定义如下:将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口,使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。适配器模式分为类结构型模式和对象结构型模式两种,前者类之间的耦合度比后者高,且要求程序员了解现有组件库中的相关组件的内部结构,所以应用相对较少些。
适配器模式的优点和缺点适配器模式的优点:
客户端通过适配器可以透明地调用目标接口。
复用了现存的类,程序员不需要修改原有代码而重用现有的适配者类。
将目标类和适配者类解耦,解决了目标类和适配者类接口不一致的问题。
在很多业务场景中符合开闭原则。
适配器模式的缺点:
适配器编写过程需要结合业务场景全面考虑,可能会增加系统的复杂性。
增加代码阅读难度,降低代码可读性,过多使用适配器会使系统代码变得凌乱。
适配器模式的实现实现适配器模式通常定义一个适配器类来实现当前系统的业务接口,同时又继承现有组件库中已经存在的组件。对象适配器模式可釆用将现有组件库中已经实现的组件引入适配器类中,该类同时实现当前系统的业务接口。
1、适配器模式的结构
适配器模式(Adapter)包含以下主要角色。
目标(Target)接口:当前系统业务所期待的接口,它可以是抽象类或接口。
适配者(Adaptee)类:它是被访问和适配的现存组件库中的组件接口。
适配器(Adapter)类:它是一个转换器,通过继承或引用适配者的对象,把适配者接口转换成目标接口,让客户按目标接口的格式访问适配者。
类适配器模式的结构图如图:

对象适配器模式的结构图如图:

2、模式的实现
应用举例:
依然还是小美举例,假设小美现在获得一个语言翻译器,只要适配到英语,就能把小美说的话翻译成英语;适配到法语,就能把小美说的话翻译成法语。我们来感受一下适配的过程,要深刻理解,适配器B就是通过调用A中的function,最终执行C中function,B就是链接A和C的。
应用代码:
先定义目标——小美:
public interface XiaoMei { public void speak();}再定义适配者——法语适配者和英语适配者:
public class FrenchAdaptee { public void speakFrench() { System.out.println(“法语”); }}
public class EnglishAdaptee { public void speakEnglish() { System.out.println(“英语”); }}最终写适配器——法语和英语需要不同的适配器:
这里两种写法,先给出类适配器的代码:
public class FrechAdapter extends FrenchAdaptee implements XiaoMei{ @Override public void speak() { speakFrench(); }}
public class EnglishAdapter extends EnglishAdaptee implements XiaoMei{ @Override public void speak() { speakEnglish(); }}再给出对象适配器的代码:
public class FrenchObjectAdapter implements XiaoMei{ private FrenchAdaptee adaptee; public FrenchObjectAdapter(FrenchAdaptee adaptee){ this.adaptee=adaptee; } @Override public void speak(){ adaptee.speakFrench(); }}
public class EnglishObjectAdapter implements XiaoMei{ private EnglishAdaptee adaptee; public EnglishObjectAdapter(EnglishAdaptee adaptee){ this.adaptee=adaptee; } @Override public void speak(){ adaptee.speakEnglish(); }}最后写个测试类执行代码:
public class Test { public static void main(String[] args) { XiaoMei x0 = new FrechAdapter(); x0.speak(); System.out.println(“========”); XiaoMei x1 = new EnglishAdapter(); x1.speak(); System.out.println(“========”); FrenchAdaptee fa = new FrenchAdaptee(); XiaoMei x2 = new FrenchObjectAdapter(fa); x2.speak(); System.out.println(“========”); EnglishAdaptee ea = new EnglishAdaptee(); XiaoMei x3 = new EnglishObjectAdapter(ea); x3.speak(); }}运行结果:
法语========英语========法语========英语
5、工厂模式工厂模式的定义:定义一个创建产品对象的工厂接口,将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。
工厂模式有 3 种不同的实现方式,分别是简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。
5.1、简单工厂模式如果要创建的产品不多,只要一个工厂类就可以完成,这种模式叫“简单工厂模式”。
在简单工厂模式中创建实例的方法通常为静态(static)方法,因此简单工厂模式(Simple Factory Pattern)又叫作静态工厂方法模式(Static Factory Method Pattern)。
简单工厂模式的优点和缺点简单工厂模式的优点:
工厂类包含必要的逻辑判断,可以决定在什么时候创建哪一个产品的实例。客户端可以免除直接创建产品对象的职责,很方便的创建出相应的产品。工厂和产品的职责区分明确。
客户端无需知道所创建具体产品的类名,只需知道参数即可。
也可以引入配置文件,在不修改客户端代码的情况下更换和添加新的具体产品类。
简单工厂模式的缺点:
简单工厂模式的工厂类单一,负责所有产品的创建,职责过重,一旦异常,整个系统将受影响。且工厂类代码会非常臃肿,违背高聚合原则。
使用简单工厂模式会增加系统中类的个数(引入新的工厂类),增加系统的复杂度和理解难度
系统扩展困难,一旦增加新产品不得不修改工厂逻辑,在产品类型较多时,可能造成逻辑过于复杂
简单工厂模式使用了 static 工厂方法,造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。
简单工厂模式的实现1、简单工厂模式的结构
简单工厂模式的主要角色如下:
简单工厂(SimpleFactory):是简单工厂模式的核心,负责实现创建所有实例的内部逻辑。工厂类的创建产品类的方法可以被外界直接调用,创建所需的产品对象。
抽象产品(Product):是简单工厂创建的所有对象的父类,负责描述所有实例共有的公共接口。
具体产品(ConcreteProduct):是简单工厂模式的创建目标。
结构图如图:

2、简单工厂模式的实现
public class Client { public static void main(String[] args) { } //抽象产品 public interface Product { void show(); } //具体产品:ProductA static class ConcreteProduct1 implements Product { public void show() { System.out.println(“具体产品1显示…”); } } //具体产品:ProductB static class ConcreteProduct2 implements Product { public void show() { System.out.println(“具体产品2显示…”); } } final class Const { static final int PRODUCT_A = 0; static final int PRODUCT_B = 1; static final int PRODUCT_C = 2; } static class SimpleFactory { public static Product makeProduct(int kind) { switch (kind) { case Const.PRODUCT_A: return new ConcreteProduct1(); case Const.PRODUCT_B: return new ConcreteProduct2(); } return null; } }}5.2、工厂模式“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化,其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品,即满足开闭原则。
工厂模式的优点和缺点工厂模式的优点:
用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品,无须知道产品的具体创建过程。
灵活性增强,对于新产品的创建,只需多写一个相应的工厂类。
典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类,无须关心其他实现类,满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。
工厂模式的缺点:
类的个数容易过多,增加复杂度
增加了系统的抽象性和理解难度
抽象产品只能生产一种产品,此弊端可使用抽象工厂模式解决。
工厂模式的实现1、工厂模式的结构
工厂方法模式的主要角色如下。
抽象工厂(Abstract Factory):提供了创建产品的接口,调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
具体工厂(ConcreteFactory):主要是实现抽象工厂中的抽象方法,完成具体产品的创建。
抽象产品(Product):定义了产品的规范,描述了产品的主要特性和功能。
具体产品(ConcreteProduct):实现了抽象产品角色所定义的接口,由具体工厂来创建,它同具体工厂之间一一对应。

2、工厂模式的实现
public class AbstractFactoryTest { public static void main(String[] args) { try { Product a; AbstractFactory af; af = (AbstractFactory) new ConcreteFactory1(); a = af.newProduct(); a.show(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } }}//抽象产品:提供了产品的接口interface Product { public void show();}//具体产品1:实现抽象产品中的抽象方法class ConcreteProduct1 implements Product { public void show() { System.out.println(“具体产品1显示…”); }}//具体产品2:实现抽象产品中的抽象方法class ConcreteProduct2 implements Product { public void show() { System.out.println(“具体产品2显示…”); }}//抽象工厂:提供了厂品的生成方法interface AbstractFactory { public Product newProduct();}//具体工厂1:实现了厂品的生成方法class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory { public Product newProduct() { System.out.println(“具体工厂1生成–>具体产品1…”); return new ConcreteProduct1(); }}//具体工厂2:实现了厂品的生成方法class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory { public Product newProduct() { System.out.println(“具体工厂2生成–>具体产品2…”); return new ConcreteProduct2(); }}运行结果:
具体工厂1生成–>具体产品1…具体产品1显示…5.3、抽象工厂模式抽象工厂模式的优点和缺点抽象工厂模式的优点:
可以在类的内部对产品族中相关联的多等级产品共同管理,而不必专门引入多个新的类来进行管理。
当需要产品族时,抽象工厂可以保证客户端始终只使用同一个产品的产品组。
抽象工厂增强了程序的可扩展性,当增加一个新的产品族时,不需要修改原代码,满足开闭原则。
抽象工厂模式的缺点:
当产品族中需要增加一个新的产品时,所有的工厂类都需要进行修改。增加了系统的抽象性和理解难度。
抽象工厂模式的实现抽象工厂模式同工厂方法模式一样,也是由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等 4 个要素构成,但抽象工厂中方法个数不同,抽象产品的个数也不同。现在我们来分析其基本结构和实现方法。
1、抽象工厂模式的结构
抽象工厂模式的主要角色如下。
抽象工厂(Abstract Factory):提供了创建产品的接口,它包含多个创建产品的方法 newProduct(),可以创建多个不同等级的产品。
具体工厂(Concrete Factory):主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法,完成具体产品的创建。
抽象产品(Product):定义了产品的规范,描述了产品的主要特性和功能,抽象工厂模式有多个抽象产品。
具体产品(ConcreteProduct):实现了抽象产品角色所定义的接口,由具体工厂来创建,它同具体工厂之间是多对一的关系。
抽象工厂模式的结构图如图:

2、抽象工厂模式的实现
抽象工厂模式的结构同工厂方法模式的结构相似,不同的是其产品的种类不止一个,所以创建产品的方法也不止一个。下面给出抽象工厂和具体工厂的代码。
抽象工厂:
interface AbstractFactory { public Product1 newProduct1(); public Product2 newProduct2();}具体工厂:
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory { public Product1 newProduct1() { //具体工厂 1 生成–>具体产品 11… return new ConcreteProduct11(); } public Product2 newProduct2() { //具体工厂 1 生成–>具体产品 21… return new ConcreteProduct21(); }}
6、代理模式代理(proxy)模式的定义:由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时,访问对象不适合或者不能直接引用目标对象,代理对象作为访问对象和目标对象之间的中介。。
代理模式的优点和缺点代理模式的优点:
代理模式在客户端与目标对象之间起到一个中介作用和保护目标对象的作用;
代理对象可以扩展目标对象的功能;
代理模式能将客户端与目标对象分离,在一定程度上降低了系统的耦合度,增加了程序的可扩展性
代理模式的缺点:
代理模式会造成系统设计中类的数量增加
在客户端和目标对象之间增加一个代理对象,会造成请求处理速度变慢;
增加了系统的复杂度;
代理模式的实现代理模式的结构比较简单,主要是通过定义一个继承抽象主题的代理来包含真实主题,从而实现对真实主题的访问,下面来分析其基本结构和实现方法。
1、代理模式的结构
代理模式的主要角色如下。
抽象主题(Subject)类:通过接口或抽象类声明真实主题和代理对象实现的业务方法。
真实主题(Real Subject)类:实现了抽象主题中的具体业务,是代理对象所代表的真实对象,是最终要引用的对象。
代理(Proxy)类:提供了与真实主题相同的接口,其内部含有对真实主题的引用,它可以访问、控制或扩展真实主题的功能。
代理模式的结构图如图:

根据代理的创建时期,代理模式分为静态代理和动态代理。
静态:由程序员创建代理类或特定工具自动生成源代码再对其编译,在程序运行前代理类的 .class 文件就已经存在了。
动态:在程序运行时,运用反射机制动态创建而成
2、模式的实现
应用举例:
小美同学又来了。最近小美代理了一批化妆品在做微商,王姐是化妆品供货商,她每天只发一些商品信息和原始价格,小美要美化这个商品信息并且在原始价格加价之后发布到朋友圈里。毫无疑问,小美作为代理,是不希望客户知道王姐的,否则她的产品价格就没有优势了。
应用代码:
抽象主题——化妆品:
public interface MakeUp { int getPrice(); String getDescription();}真实主题——王姐:
public class WangJie implements MakeUp{ @Override public int getPrice() { //化妆品100块一个 return 100; }
@Override public String getDescription() { return “化妆品很好用”; }}代理——小美:
public class XiaoMeiProxy implements MakeUp{ private WangJie wangjie = new WangJie();
@Override public int getPrice() { //每个化妆品多赚100块 return wangjie.getPrice()+100; }
@Override public String getDescription() { StringBuilder d = new StringBuilder(); d.append(“我最近发现了一款新的化妆品n”); d.append(wangjie.getDescription()); d.append(“n用了感觉美美哒n”); return d.toString(); }}最后写个测试类执行代码:
public class Test { public static void main(String[] args) { XiaoMeiProxy x = new XiaoMeiProxy(); int price = x.getPrice(); String d = x.getDescription(); System.out.println(price); System.out.println(d); }}运行结果:
200我最近发现了一款新的化妆品化妆品很好用用了感觉美美哒动态代理的例子就不给出了。

 互联网“零”计划已经启动
原阿里P9组建核心主讲团队
提供1对1面向工作的 “技术/产品” 辅导
扫描下方二维码,加我微信,
可免费领取简历模板,可免费获得面试诊断。

java设计模式相关文章

赞 (0)