设计模式——行为型模式

设计模式——行为型模式
行为型模式
汇总篇

 一、模板模式

 1、基本介绍

在模板模式（Template Pattern）中，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。

该模式比较简单且常用，就是将公共的，一样的代码封装起来。调用的时候来调用封装方法减少写重复代码。

意图： 定义一个操作中的算法的骨架，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即可重定义该算法的某些特定步骤。

主要解决： 一些方法通用，却在每一个子类都重新写了这一方法。

何时使用： 有一些通用的方法。

如何解决： 将这些通用算法抽象出来。

关键代码： 在抽象类实现，其他步骤在子类实现。

应用实例： 1、在造房子的时候，地基、走线、水管都一样，只有在建筑的后期才有加壁橱加栅栏等差异。 2、西游记里面菩萨定好的 81 难，这就是一个顶层的逻辑骨架。 3、spring 中对 Hibernate 的支持，将一些已经定好的方法封装起来，比如开启事务、获取 Session、关闭 Session 等，程序员不重复写那些已经规范好的代码，直接丢一个实体就可以保存。

优点： 1、封装不变部分，扩展可变部分。 2、提取公共代码，便于维护。 3、行为由父类控制，子类实现。

缺点： 每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。

使用场景： 1、有多个子类共有的方法，且逻辑相同。 2、重要的、复杂的方法，可以考虑作为模板方法。

注意事项： 为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词。

2、代码示例

实现

我们将创建一个定义操作的 Game 抽象类，其中，模板方法设置为 final，这样它就不会被重写。Cricket 和 Football 是扩展了 Game 的实体类，它们重写了抽象类的方法。

TemplatePatternDemo，我们的演示类使用 Game 来演示模板模式的用法。

步骤 1

创建一个抽象类，它的模板方法被设置为 final。
```
public abstract class Game {
   abstract void initialize();
   abstract void startPlay();
   abstract void endPlay();
 
   //模板
   public final void play(){
 
      //初始化游戏
      initialize();
 
      //开始游戏
      startPlay();
 
      //结束游戏
      endPlay();
   }
}
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```
步骤 2

创建扩展了上述类的实体类。
```
public class Cricket extends Game {
 
   @Override
   void endPlay() {
      System.out.println("Cricket Game Finished!");
   }
 
   @Override
   void initialize() {
      System.out.println("Cricket Game Initialized! Start playing.");
   }
 
   @Override
   void startPlay() {
      System.out.println("Cricket Game Started. Enjoy the game!");
   }
}
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```
public class Football extends Game {
 
   @Override
   void endPlay() {
      System.out.println("Football Game Finished!");
   }
 
   @Override
   void initialize() {
      System.out.println("Football Game Initialized! Start playing.");
   }
 
   @Override
   void startPlay() {
      System.out.println("Football Game Started. Enjoy the game!");
   }
}
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```
步骤 3

使用 Game 的模板方法 play() 来演示游戏的定义方式。
```
public class TemplatePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      Game game = new Cricket();
      game.play();
      System.out.println();
      game = new Football();
      game.play();      
   }
}
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```
步骤 4

执行程序，输出结果：
```
Cricket Game Initialized! Start playing.
Cricket Game Started. Enjoy the game!
Cricket Game Finished!

Football Game Initialized! Start playing.
Football Game Started. Enjoy the game!
Football Game Finished!
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```
3、模板模式在Spring框架中的使用

Spring中的IOC 就有使用到模板模式

 二、命令模式

 1、基本介绍
1. 命令模式（Command Pattern），在软件设计中，我们经常需要向某些对象发送请求，但是并不知道请求的接收者是谁，也不知道被请求的操作是哪个，我们只需在程序运行时指定集体的请求接收者即可，此时我们可以使用命令模式来设计。
2. 命令模式使得请求发送与请求接收者消除彼此之间的耦合，让对象之间的调用关系更加灵活，实现解耦。
3. 在命令模式中，会将一个请求封装成一个对象，以便使用不同参数来表示不同的参数（即命令），同时命令模式也支持可撤销的操作。
4. 通俗易懂的理解：将军发布命令、士兵去执行。其中有几个角色：将军（命令发布者）、士兵（命令执行者）、命令（连接将军和士兵）。
意图： 将一个请求封装成一个对象，从而使您可以用不同的请求对客户进行参数化。

主要解决： 在软件系统中，行为请求者与行为实现者通常是一种紧耦合的关系，但某些场合，比如需要对行为进行记录、撤销或重做、事务等处理时，这种无法抵御变化的紧耦合的设计就不太合适。

何时使用： 在某些场合，比如要对行为进行"记录、撤销/重做、事务"等处理，这种无法抵御变化的紧耦合是不合适的。在这种情况下，如何将"行为请求者"与"行为实现者"解耦？将一组行为抽象为对象，可以实现二者之间的松耦合。

如何解决： 通过调用者调用接受者执行命令，顺序：调用者→命令→接受者。

关键代码： 定义三个角色：1、received 真正的命令执行对象 2、Command 3、invoker 使用命令对象的入口

应用实例： struts 1 中的 action 核心控制器 ActionServlet 只有一个，相当于 Invoker，而模型层的类会随着不同的应用有不同的模型类，相当于具体的 Command。

优点： 1、降低了系统耦合度。 2、新的命令可以很容易添加到系统中去。

缺点： 使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。

使用场景： 认为是命令的地方都可以使用命令模式，比如： 1、GUI 中每一个按钮都是一条命令。 2、模拟 CMD。

注意事项： 系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作，也可以考虑使用命令模式，见命令模式的扩展。

2、代码示例

实现

下面我们模拟一下智能音响的场景：

步骤1
先创建一个空调对象，也就是Receiver(接受者)，它才是真正的操作对象：
```
public class AirConditionerReceiver {
    public void turnOn(){
        System.out.println("打开空调...");
    }

    public void turnOff(){
        System.out.println("关闭空调...");
    }
}
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步骤2

接口命令类
```
public interface Command {
    void execute();
}
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```
步骤3

打开TurnOnCommand以及关闭TurnOffCommand空调的具体实现类：
```
public class TurnOnCommand implements Command{
    private AirConditionerReceiver airConditionerReceiver;

    public TurnOnCommand(AirConditionerReceiver airConditionerReceiver) {
        super();
        this.airConditionerReceiver = airConditionerReceiver;
    }


    @Override
    public void execute() {
        airConditionerReceiver.turnOn();
    }
}
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```
public class TurnOffCommand implements Command{
    private AirConditionerReceiver airConditionerReceiver;

    public TurnOffCommand(AirConditionerReceiver airConditionerReceiver) {
        super();
        this.airConditionerReceiver = airConditionerReceiver;
    }


    @Override
    public void execute() {
        airConditionerReceiver.turnOff();
    }
}
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步骤4

Invoker调用者，/请求者（智能音响）命令类
```
public class Invoker {
    private Command command;

    public Invoker(Command command) {
        this.command = command;
    }

    public void action(){
        System.out.print("小度智能家居为你服务 --> ");
        command.execute();
    }
}
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```
步骤5

测试用例
```
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Command command = new TurnOnCommand(new AirConditionerReceiver());
        Invoker invoker = new Invoker(command);
        invoker.action();

        Command turnOffCommand = new TurnOffCommand(new AirConditionerReceiver());
        Invoker turnOff = new Invoker(turnOffCommand);
        turnOff.action();
    }
}
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```
小度智能家居为你服务 --> 打开空调...
小度智能家居为你服务 --> 关闭空调...
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3、命令模式在Spring框架源码中的使用

spring源码中的 jdbcTemplate就用到了命令模式

 三、访问者模式

 1、基本介绍

在访问者模式（Visitor Pattern）中，我们使用了一个访问者类，它改变了元素类的执行算法。通过这种方式，元素的执行算法可以随着访问者改变而改变。

访问者模式是：把不变的固定起来，变化的开放出去。

意图： 主要将数据结构与数据操作分离。

主要解决： 稳定的数据结构和易变的操作耦合问题。

何时使用： 需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作"污染"这些对象的类，使用访问者模式将这些封装到类中。

如何解决： 在被访问的类里面加一个对外提供接待访问者的接口。

关键代码： 在数据基础类里面有一个方法接受访问者，将自身引用传入访问者。

应用实例： 您在朋友家做客，您是访问者，朋友接受您的访问，您通过朋友的描述，然后对朋友的描述做出一个判断，这就是访问者模式。

优点： 1、符合单一职责原则。 2、优秀的扩展性。 3、灵活性。

缺点： 1、具体元素对访问者公布细节，违反了迪米特原则。 2、具体元素变更比较困难。 3、违反了依赖倒置原则，依赖了具体类，没有依赖抽象。

使用场景： 1、对象结构中对象对应的类很少改变，但经常需要在此对象结构上定义新的操作。 2、需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作"污染"这些对象的类，也不希望在增加新操作时修改这些类。

注意事项： 访问者可以对功能进行统一，可以做报表、UI、拦截器与过滤器。

2、代码示例

我们举生活中一个例子来聊聊：某科学家接受记着访谈。我们都知道科学家接受访问，肯定是有流程上的限制的，不可能让你随便问。我们假设这个过程是：先问科学家的学校经历，再聊你的工作经历，最后聊你的科研成果。那么在这个过程中，固定的是什么东西呢？固定的是接受采访的流程。变化的是什么呢？变化的是不同的记者，针对学校经历，可能会提不同的问题。

根据我们之前的理解，访问者模式其实就是要把不变的东西固定起来，变化的开放出去。那么对于科学家接受访谈这个事情，我们可以这么将其抽象化。

首先，我们需要有一个 Visitor 类，这里定义了一些外部（记者）可以做的事情（提学校经历、工作经历、科研成就的问题）。
```
public interface Visitor {
    public void askSchoolExperience(String name); // 询问学校
    public void askWorkExperience(String name);
    public void askScienceAchievement(String name);
}
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```
接着声明一个 XinhuaVisitor 类去实现 Visitor 类，这表示是新华社的一个记者（访问者）想去访问科学家。
```
public class XinhuaVisitor implements Visitor{
    @Override
    public void askSchoolExperience(String name) {
        System.out.printf("请问%s：在学校取得的最大成就是什么？\n", name);
    }

    @Override
    public void askWorkExperience(String name) {
        System.out.printf("请问%s：工作上最难忘的事情是什么？\n", name);
    }

    @Override
    public void askScienceAchievement(String name) {
        System.out.printf("请问%s：最大的科研成果是什么？", name);
    }
}
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接着声明一个 Scientist 类，表明是一个科学家。科学家通过一个 accept () 方法接收记者（访问者）的访问申请，将其存储起来。科学家定义了一个 interview 方法，将访问的流程固定死了，只有教你问什么的时候，我才会让你（记者）提问。
```
public class Scientist {

    private Visitor visitor;

    private String name;

    private Scientist(){}

    public Scientist(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void accept(Visitor visitor) {
        this.visitor = visitor;
    }

    public void interview(){
        System.out.println("------------访问开始------------");
        System.out.println("---开始聊学校经历---");
        visitor.askSchoolExperience(name);
        System.out.println("---开始聊工作经历---");
        visitor.askWorkExperience(name);
        System.out.println("---开始聊科研成果---");
        visitor.askScienceAchievement(name);
    }
}
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```
最后我们声明一个场景类 Client，来模拟访谈这一过程。
```
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Scientist yang = new Scientist("杨振宁");
        yang.accept(new XinhuaVisitor());
        yang.interview();
    }
}
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运行结果：
```
------------访问开始------------
---开始聊学校经历---
请问杨振宁：在学校取得的最大成就是什么？
---开始聊工作经历---
请问杨振宁：工作上最难忘的意见事情是什么？
---开始聊科研成果---
请问杨振宁：最大的科研成果是什么？
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```
看到这里，大家对于访问者模式的本质有了更感性的认识（把不变的固定起来，变化的开放出去）。

四、迭代器模式

 1、基本介绍

迭代器模式（Iterator Pattern）是 Java 和 .Net 编程环境中非常常用的设计模式。这种模式用于顺序访问集合对象的元素，不需要知道集合对象的底层表示。

意图： 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又无须暴露该对象的内部表示。

主要解决： 不同的方式来遍历整个整合对象。

何时使用： 遍历一个聚合对象。

如何解决： 把在元素之间游走的责任交给迭代器，而不是聚合对象。

关键代码： 定义接口：hasNext, next。

应用实例： JAVA 中的 iterator。

优点： 1、它支持以不同的方式遍历一个聚合对象。 2、迭代器简化了聚合类。 3、在同一个聚合上可以有多个遍历。 4、在迭代器模式中，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码。

缺点： 由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加新的聚合类需要对应增加新的迭代器类，类的个数成对增加，这在一定程度上增加了系统的复杂性。

使用场景： 1、访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。 2、需要为聚合对象提供多种遍历方式。 3、为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

注意事项： 迭代器模式就是分离了集合对象的遍历行为，抽象出一个迭代器类来负责，这样既可以做到不暴露集合的内部结构，又可让外部代码透明地访问集合内部的数据。

2、代码示例

实现

我们将创建一个叙述导航方法的 Iterator 接口和一个返回迭代器的 Container 接口。实现了 Container 接口的实体类将负责实现 Iterator 接口。

IteratorPatternDemo，我们的演示类使用实体类 NamesRepository 来打印 NamesRepository 中存储为集合的 Names。

步骤 1

创建接口:
```
public interface Iterator {
   public boolean hasNext();
   public Object next();
}
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```
public interface Container {
   public Iterator getIterator();
}
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```
步骤 2

创建实现了 Container 接口的实体类。该类有实现了 Iterator 接口的内部类 NameIterator。
```
public class NameRepository implements Container {
   public String[] names = {"Robert" , "John" ,"Julie" , "Lora"};
 
   @Override
   public Iterator getIterator() {
      return new NameIterator();
   }
 
   private class NameIterator implements Iterator {
 
      int index;
 
      @Override
      public boolean hasNext() {
         if(index < names.length){
            return true;
         }
         return false;
      }
 
      @Override
      public Object next() {
         if(this.hasNext()){
            return names[index++];
         }
         return null;
      }     
   }
}
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步骤 3

使用 NameRepository 来获取迭代器，并打印名字。
```
public class IteratorPatternDemo {
   
   public static void main(String[] args) {
      NameRepository namesRepository = new NameRepository();
 
      for(Iterator iter = namesRepository.getIterator(); iter.hasNext();){
         String name = (String)iter.next();
         System.out.println("Name : " + name);
      }  
   }
}
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输出结果
```
Name : Robert
Name : John
Name : Julie
Name : Lora
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3、迭代器模式在JDK集合的源码

jdk中的ArrayList集合就用到迭代器

 五、观察者模式

当对象间存在一对多关系时，则使用观察者模式（Observer Pattern）。比如，当一个对象被修改时，则会自动通知依赖它的对象。

意图： 定义对象间的一种一对多的依赖关系，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。

主要解决： 一个对象状态改变给其他对象通知的问题，而且要考虑到易用和低耦合，保证高度的协作。

何时使用： 一个对象（目标对象）的状态发生改变，所有的依赖对象（观察者对象）都将得到通知，进行广播通知。

如何解决： 使用面向对象技术，可以将这种依赖关系弱化。

关键代码： 在抽象类里有一个 ArrayList 存放观察者们。

应用实例： 1、拍卖的时候，拍卖师观察最高标价，然后通知给其他竞价者竞价。 2、西游记里面悟空请求菩萨降服红孩儿，菩萨洒了一地水招来一个老乌龟，这个乌龟就是观察者，他观察菩萨洒水这个动作。

优点： 1、观察者和被观察者是抽象耦合的。 2、建立一套触发机制。

缺点： 1、如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间。 2、如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃。 3、观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

使用场景：
- 一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面。将这些方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用。
- 一个对象的改变将导致其他一个或多个对象也发生改变，而不知道具体有多少对象将发生改变，可以降低对象之间的耦合度。
- 一个对象必须通知其他对象，而并不知道这些对象是谁。
- 需要在系统中创建一个触发链，A对象的行为将影响B对象，B对象的行为将影响C对象……，可以使用观察者模式创建一种链式触发机制。
注意事项： 1、JAVA 中已经有了对观察者模式的支持类。 2、避免循环引用。 3、如果顺序执行，某一观察者错误会导致系统卡壳，一般采用异步方式。

2、代码示例

实现

观察者模式使用三个类 Subject、Observer 和 Client。Subject 对象带有绑定观察者到 Client 对象和从 Client 对象解绑观察者的方法。我们创建 Subject 类、Observer 抽象类和扩展了抽象类 Observer 的实体类。

ObserverPatternDemo，我们的演示类使用 Subject 和实体类对象来演示观察者模式。

步骤 1

创建 Subject 类。类里有个List集合存放Observer,当改变的时候，循环去更新Observer
```
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Subject {
   
   private List<Observer> observers 
      = new ArrayList<Observer>();
   private int state;
 
   public int getState() {
      return state;
   }
 
   public void setState(int state) {
      this.state = state;
      notifyAllObservers();
   }
 
   public void attach(Observer observer){
      observers.add(observer);      
   }
 
   public void notifyAllObservers(){
      for (Observer observer : observers) {
         observer.update();
      }
   }  
}
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步骤 2

创建 Observer 抽象类，用于被观察者来继承
```
public abstract class Observer {
   protected Subject subject;
   public abstract void update();
}
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```
步骤 3

创建实体观察者类。
```
public class BinaryObserver extends Observer{
 
   public BinaryObserver(Subject subject){
      this.subject = subject;
      this.subject.attach(this);
   }
 
   @Override
   public void update() {
      System.out.println( "Binary String: " 
      + Integer.toBinaryString( subject.getState() ) ); 
   }
}
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```
public class OctalObserver extends Observer{
 
   public OctalObserver(Subject subject){
      this.subject = subject;
      this.subject.attach(this);
   }
 
   @Override
   public void update() {
     System.out.println( "Octal String: " 
     + Integer.toOctalString( subject.getState() ) ); 
   }
}
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```
```
public class HexaObserver extends Observer{
 
   public HexaObserver(Subject subject){
      this.subject = subject;
      this.subject.attach(this);
   }
 
   @Override
   public void update() {
      System.out.println( "Hex String: " 
      + Integer.toHexString( subject.getState() ).toUpperCase() ); 
   }
}
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```
步骤 4

使用 Subject 和实体观察者对象。
```
public class ObserverPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Subject subject = new Subject();
 
      new HexaObserver(subject);
      new OctalObserver(subject);
      new BinaryObserver(subject);
 
      System.out.println("First state change: 15");   
      subject.setState(15);
      System.out.println("Second state change: 10");  
      subject.setState(10);
   }
}
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步骤 5

执行程序，输出结果：
```
First state change: 15
Hex String: F
Octal String: 17
Binary String: 1111

Second state change: 10
Hex String: A
Octal String: 12
Binary String: 1010
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3、观察者模式在JDK源码中的使用

JDK中的Observable 类就使用了观察者模式

 六、中介者模式

 1、基本介绍

中介者模式（Mediator Pattern）是用来降低多个对象和类之间的通信复杂性。这种模式提供了一个中介类，该类通常处理不同类之间的通信，并支持松耦合，使代码易于维护。

用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各个对象不需要显示地互相引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变他们之间的交互。

意图： 用一个中介对象来封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

主要解决： 对象与对象之间存在大量的关联关系，这样势必会导致系统的结构变得很复杂，同时若一个对象发生改变，我们也需要跟踪与之相关联的对象，同时做出相应的处理。

何时使用： 多个类相互耦合，形成了网状结构。

如何解决： 将上述网状结构分离为星型结构。

关键代码： 对象 Colleague 之间的通信封装到一个类中单独处理。

应用实例： 1、中国加入 WTO 之前是各个国家相互贸易，结构复杂，现在是各个国家通过 WTO 来互相贸易。 2、机场调度系统。 3、MVC 框架，其中C（控制器）就是 M（模型）和 V（视图）的中介者。

优点： 1、降低了类的复杂度，将一对多转化成了一对一。 2、各个类之间的解耦。 3、符合迪米特原则。

缺点： 中介者会庞大，变得复杂难以维护。

使用场景： 1、系统中对象之间存在比较复杂的引用关系，导致它们之间的依赖关系结构混乱而且难以复用该对象。 2、想通过一个中间类来封装多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。

注意事项： 不应当在职责混乱的时候使用。

2、代码示例

实现

我们通过聊天室实例来演示中介者模式。实例中，多个用户可以向聊天室发送消息，聊天室向所有的用户显示消息。我们将创建两个类 ChatRoom 和 User。User 对象使用 ChatRoom 方法来分享他们的消息。

MediatorPatternDemo，我们的演示类使用 User 对象来显示他们之间的通信。

步骤 1

创建中介类。用户发消息，都直接通过中介，中介将最终结果反馈。
```
import java.util.Date;
 
public class ChatRoom {
   public static void showMessage(User user, String message){
      System.out.println(new Date().toString()
         + " [" + user.getName() +"] : " + message);
   }
}
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```
步骤 2

创建 user 类。
```
public class User {
   private String name;
 
   public String getName() {
      return name;
   }
 
   public void setName(String name) {
      this.name = name;
   }
 
   public User(String name){
      this.name  = name;
   }
 
   public void sendMessage(String message){
      ChatRoom.showMessage(this,message);
   }
}
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```
步骤 3

使用 User 对象来显示他们之间的通信。
```
public class MediatorPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      User robert = new User("Robert");
      User john = new User("John");
 
      robert.sendMessage("Hi! John!");
      john.sendMessage("Hello! Robert!");
   }
}
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```
步骤 4

执行程序，输出结果：
```
Thu Jan 31 16:05:46 IST 2013 [Robert] : Hi! John!
Thu Jan 31 16:05:46 IST 2013 [John] : Hello! Robert!
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```
七、备忘录模式

 1、基本介绍

备忘录模式（Memento Pattern）保存一个对象的某个状态，以便在适当的时候恢复对象。

意图： 在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。

主要解决： 所谓备忘录模式就是在不破坏封装的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，这样可以在以后将对象恢复到原先保存的状态。

何时使用： 很多时候我们总是需要记录一个对象的内部状态，这样做的目的就是为了允许用户取消不确定或者错误的操作，能够恢复到他原先的状态，使得他有"后悔药"可吃。

如何解决： 通过一个备忘录类专门存储对象状态。

关键代码： 客户不与备忘录类耦合，与备忘录管理类耦合。

应用实例： 1、后悔药。 2、打游戏时的存档。 3、Windows 里的 ctrl + z。 4、IE 中的后退。 5、数据库的事务管理。

优点： 1、给用户提供了一种可以恢复状态的机制，可以使用户能够比较方便地回到某个历史的状态。 2、实现了信息的封装，使得用户不需要关心状态的保存细节。

缺点： 消耗资源。如果类的成员变量过多，势必会占用比较大的资源，而且每一次保存都会消耗一定的内存。

使用场景： 1、需要保存/恢复数据的相关状态场景。 2、提供一个可回滚的操作。

注意事项： 1、为了符合迪米特原则，还要增加一个管理备忘录的类。 2、为了节约内存，可使用原型模式+备忘录模式。

2、代码示例

实现

备忘录模式使用三个类 Memento、Originator 和 CareTaker。Memento 包含了要被恢复的对象的状态。Originator 创建并在 Memento 对象中存储状态。Caretaker 对象负责从 Memento 中恢复对象的状态。

MementoPatternDemo，我们的演示类使用 CareTaker 和 Originator 对象来显示对象的状态恢复。

步骤 1

创建 Memento类。充当备忘录对象，主要是用来存状态的类。
```
public class Memento {
   private String state;
 
   public Memento(String state){
      this.state = state;
   }
 
   public String getState(){
      return state;
   }  
}
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```
步骤 2

创建 Originator 发起类。主要是用来给上面那个类赋值和取值
```
public class Originator {
   private String state;
 
   public void setState(String state){
      this.state = state;
   }
 
   public String getState(){
      return state;
   }
 
   public Memento saveStateToMemento(){
      return new Memento(state);
   }
 
   public void getStateFromMemento(Memento Memento){
      state = Memento.getState();
   }
}
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```
步骤 3

创建 CareTaker 类。主要用里面的集合存所有的状态记录，集合管理，方便获取
```
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
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);
   }
}
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```
步骤 4

使用 CareTaker 和 Originator 对象。
```
public class MementoPatternDemo {
   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());
   }
}
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```
输出
```
Current State: State #4
First saved State: State #2
Second saved State: State #3
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```
八、解释器模式

 1、基本介绍

解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

解释器可以理解为对上下文（Context）或者说是最终输入的内容的解释。

比如在 java 中String 类型内写运算公式(如：“12 + 3 + 4”)，它是不能直接运算的，需要我们对他解析才能得到结果，这就需要我们对它进行解释，算出最后结果；

意图： 给定一个语言，定义它的文法表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该标识来解释语言中的句子。

主要解决： 对于一些固定文法构建一个解释句子的解释器。

何时使用： 如果一种特定类型的问题发生的频率足够高，那么可能就值得将该问题的各个实例表述为一个简单语言中的句子。这样就可以构建一个解释器，该解释器通过解释这些句子来解决该问题。

如何解决： 构建语法树，定义终结符与非终结符。

关键代码： 构建环境类，包含解释器之外的一些全局信息，一般是 HashMap。

应用实例： 编译器、运算表达式计算。

优点： 1、可扩展性比较好，灵活。 2、增加了新的解释表达式的方式。 3、易于实现简单文法。

缺点： 1、可利用场景比较少。 2、对于复杂的文法比较难维护。 3、解释器模式会引起类膨胀。 4、解释器模式采用递归调用方法。

使用场景： 1、可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。 2、一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。 3、一个简单语法需要解释的场景。

注意事项： 可利用场景比较少，JAVA 中如果碰到可以用 expression4J 代替。

2、代码示例

实现

我们将创建一个接口 Expression 和实现了 Expression 接口的实体类。定义作为上下文中主要解释器的 TerminalExpression 类。其他的类 OrExpression、AndExpression 用于创建组合式表达式。

InterpreterPatternDemo，我们的演示类使用 Expression 类创建规则和演示表达式的解析。

步骤 1

创建一个表达式接口。
```
public interface Expression {
   public boolean interpret(String context);
}
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```
步骤 2

创建实现了上述接口的实体类。
```
public class TerminalExpression implements Expression {
   
   private String data;
 
   public TerminalExpression(String data){
      this.data = data; 
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {
      if(context.contains(data)){
         return true;
      }
      return false;
   }
}
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```
public class OrExpression implements Expression {
    
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;
 
   public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {      
      return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
   }
}
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```
```
public class AndExpression implements Expression {
    
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;
 
   public AndExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {      
      return expr1.interpret(context) && expr2.interpret(context);
   }
}
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```
步骤 3

InterpreterPatternDemo 使用 Expression 类来创建规则，并解析它们。
```
public class InterpreterPatternDemo {
 
   //规则：Robert 和 John 是男性
   public static Expression getMaleExpression(){
      Expression robert = new TerminalExpression("Robert");
      Expression john = new TerminalExpression("John");
      return new OrExpression(robert, john);    
   }
 
   //规则：Julie 是一个已婚的女性
   public static Expression getMarriedWomanExpression(){
      Expression julie = new TerminalExpression("Julie");
      Expression married = new TerminalExpression("Married");
      return new AndExpression(julie, married);    
   }
 
   public static void main(String[] args) {
      Expression isMale = getMaleExpression();
      Expression isMarriedWoman = getMarriedWomanExpression();
 
      System.out.println("John is male? " + isMale.interpret("John"));
      System.out.println("Julie is a married women? " 
      + isMarriedWoman.interpret("Married Julie"));
   }
}
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```
执行程序，输出结果：
```
John is male? true
Julie is a married women? true
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```
3、解释器模式在Spring框架中的使用

Spring框架中 SpelExpressionParser就使用到了解释器

 九、状态模式

 1、基本介绍

在状态模式（State Pattern）中，类的行为是基于它的状态改变的。

在状态模式中，我们创建表示各种状态的对象和一个行为随着状态对象改变而改变的 context 对象。

就是状态变了，行为也变了，可以用来消除代码里有很多的if else条件。

意图： 允许对象在内部状态发生改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它的类。

主要解决： 对象的行为依赖于它的状态（属性），并且可以根据它的状态改变而改变它的相关行为。

何时使用： 代码中包含大量与对象状态有关的条件语句。你发现你的代码里面存在一个很长的if else列表，而这些分支都是因为不同状态下执行的操作不一样时考虑使用此模式

如何解决： 将各种具体的状态类抽象出来。

关键代码： 通常命令模式的接口中只有一个方法。而状态模式的接口中有一个或者多个方法。而且，状态模式的实现类的方法，一般返回值，或者是改变实例变量的值。也就是说，状态模式一般和对象的状态有关。实现类的方法有不同的功能，覆盖接口中的方法。状态模式和命令模式一样，也可以用于消除 if…else 等条件选择语句。

应用实例： 1、打篮球的时候运动员可以有正常状态、不正常状态和超常状态。 2、曾侯乙编钟中，‘钟是抽象接口’,'钟A’等是具体状态，'曾侯乙编钟’是具体环境（Context）。

优点： 1、封装了转换规则。 2、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。 3、将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。 4、允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。 5、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

缺点： 1、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。 2、状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。 3、状态模式对"开闭原则"的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

使用场景： 1、行为随状态改变而改变的场景。 2、条件、分支语句的代替者。

注意事项： 在行为受状态约束的时候使用状态模式，而且状态不超过 5 个。

消除这种很多if else逻辑的，且行为跟随状态变化的

 2、代码示例

实现

物流系统就很适合使用状态模式来开发，因为此过程存在很多不同的状态，例如接单，出库，运输，送货，收货，评价等等。而订单在每个不同的状态下的操作可能都不一样，例如在接单状态下，商家就需要通知仓库拣货，通知用户等等操作，其他状态类似

步骤1 ：定义一个状态接口

此接口定义各个状态的统一操作接口
```
public interface LogisticsState {
    void doAction(JdLogistics context);
}
1
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```
步骤2：定义一个物流Context类

此类持有一个LogisticsState 的引用，负责在流程中保持并切换状态
```
public class JdLogistics {
    private LogisticsState logisticsState;

    public void setLogisticsState(LogisticsState logisticsState) {
        this.logisticsState = logisticsState;
    }

    public LogisticsState getLogisticsState() {
        return logisticsState;
    }

    public void doAction(){
        Objects.requireNonNull(logisticsState);
        logisticsState.doAction(this);
    }
}
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```
步骤3 ：实现各种状态类

接单状态类，其需要实现LogisticsState接口
```
public class OrderState implements LogisticsState {
    @Override
    public void doAction(JdLogistics context) {
        System.out.println("商家已经接单，正在处理中...");
    }
}
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```
出库状态类
```
public class ProductOutState implements LogisticsState {
    @Override
    public void doAction(JdLogistics context) {
        System.out.println("商品已经出库...");
    }
}
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5
6
```
依次类推，可以建立任意多个状态类

步骤4 客户端使用
```
public class StateClient {

    public void buyKeyboard() {
        //状态的保持与切换者
        JdLogistics jdLogistics = new JdLogistics();

        //接单状态
        OrderState orderState = new OrderState();
        jdLogistics.setLogisticsState(orderState);
        jdLogistics.doAction();

        //出库状态
        ProductOutState productOutState = new ProductOutState();
        jdLogistics.setLogisticsState(productOutState);
        jdLogistics.doAction();

        //运输状态
        TransportState transportState = new TransportState();
        jdLogistics.setLogisticsState(transportState);
        jdLogistics.doAction();
    }
}
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```
输出结果
```
商家已经接单，正在处理中...
商品已经出库...
商品正在运往天津分发中心
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```
可见，我们将每个状态下要做的具体动作封装到了每个状态类中，我们只需要切换不同的状态即可。如果不使用状态模式，我们的代码中可能会出现很长的if else列表，这样就不便于扩展和修改了。

十、策略模式

 1、基本介绍

在策略模式（Strategy Pattern）中，一个类的行为或其算法可以在运行时更改。

在策略模式中，我们创建表示各种策略的对象和一个行为随着策略对象改变而改变的 context 对象。策略对象改变 context 对象的执行算法。

意图： 定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。

主要解决： 在有多种算法相似的情况下，使用 if…else 所带来的复杂和难以维护。

何时使用： 一个系统有许多许多类，而区分它们的只是他们直接的行为。

如何解决： 将这些算法封装成一个一个的类，任意地替换。

关键代码： 实现同一个接口。

应用实例： 1、诸葛亮的锦囊妙计，每一个锦囊就是一个策略。 2、旅行的出游方式，选择骑自行车、坐汽车，每一种旅行方式都是一个策略。 3、JAVA AWT 中的 LayoutManager。

优点： 1、算法可以自由切换。 2、避免使用多重条件判断。 3、扩展性良好。

缺点： 1、策略类会增多。 2、所有策略类都需要对外暴露。

使用场景： 1、如果在一个系统里面有许多类，它们之间的区别仅在于它们的行为，那么使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为。 2、一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。 3、如果一个对象有很多的行为，如果不用恰当的模式，这些行为就只好使用多重的条件选择语句来实现。

注意事项： 如果一个系统的策略多于四个，就需要考虑使用混合模式，解决策略类膨胀的问题。

策略模式与状态模式有点类似，都是避免太多的if else，主要不同点是意图完全不一样，策略模式是让用户指定更换的策略算法，而状态模式是状态在满足一定条件下的自动更换，用户无法指定状态，最多只能设置初始状态。

例如示例：

状态模式：网购的商品订单，处于不同的状态，但是是针对同一订单的不同的状态。同一处理方法，状态切换了做的事情就不同。

策略模式：聚合支付平台，有支付宝、微信支付、银联支付等，可以使用不同的支付策略。

2、代码示例

实现

我们将创建一个定义活动的 Strategy 接口和实现了 Strategy 接口的实体策略类。Context 是一个使用了某种策略的类。

StrategyPatternDemo，我们的演示类使用 Context 和策略对象来演示 Context 在它所配置或使用的策略改变时的行为变化。

步骤 1

创建一个接口。做操作的接口
```
public interface Strategy {
   public int doOperation(int num1, int num2);
}
1
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3
```
步骤 2

创建实现操作接口的实体类。不同的操作，实现同一个接口

相加操作
```
public class OperationAdd implements Strategy{
   @Override
   public int doOperation(int num1, int num2) {
      return num1 + num2;
   }
}
1
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```
相减操作
```
public class OperationSubtract implements Strategy{
   @Override
   public int doOperation(int num1, int num2) {
      return num1 - num2;
   }
}
1
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3
4
5
6
```
相乘操作
```
public class OperationMultiply implements Strategy{
   @Override
   public int doOperation(int num1, int num2) {
      return num1 * num2;
   }
}
1
2
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4
5
6
```
步骤 3

创建 Context 类。Context 是一个决定使用某种策略的类
```
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);
   }
}
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```
步骤 4

使用 Context 来查看当它改变策略 Strategy 时的行为变化。
```
public class StrategyPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Context context = new Context(new OperationAdd());    
      System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
 
      context = new Context(new OperationSubtract());      
      System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
 
      context = new Context(new OperationMultiply());    
      System.out.println("10 * 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
   }
}
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```
输出结果
```
10 + 5 = 15
10 - 5 = 5
10 * 5 = 50
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3
```
3、策略模式在JDK源码中的使用

在JDK中的 Arrays 的Comparator就使用到了策略模式

 十一、职责链模式

 1、基本介绍

责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）为请求创建了一个接收者对象的链。这种模式给予请求的类型，对请求的发送者和接收者进行解耦。

在这种模式中，通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用。如果一个对象不能处理该请求，那么它会把相同的请求传给下一个接收者，依此类推。

意图： 避免请求发送者与接收者耦合在一起，让多个对象都有可能接收请求，将这些对象连接成一条链，并且沿着这条链传递请求，直到有对象处理它为止。

主要解决： 职责链上的处理者负责处理请求，客户只需要将请求发送到职责链上即可，无须关心请求的处理细节和请求的传递，所以职责链将请求的发送者和请求的处理者解耦了。

何时使用： 在处理消息的时候以过滤很多道。

如何解决： 拦截的类都实现统一接口。

关键代码： Handler 里面聚合它自己，在 HandlerRequest 里判断是否合适，如果没达到条件则向下传递，向谁传递之前 set 进去。

应用实例： 1、红楼梦中的"击鼓传花"。 2、JS 中的事件冒泡。 3、JAVA WEB 中 Apache Tomcat 对 Encoding 的处理，Struts2 的拦截器，jsp servlet 的 Filter。

优点： 1、降低耦合度。它将请求的发送者和接收者解耦。 2、简化了对象。使得对象不需要知道链的结构。 3、增强给对象指派职责的灵活性。通过改变链内的成员或者调动它们的次序，允许动态地新增或者删除责任。 4、增加新的请求处理类很方便。

缺点： 1、不能保证请求一定被接收。 2、系统性能将受到一定影响，而且在进行代码调试时不太方便，可能会造成循环调用。 3、可能不容易观察运行时的特征，有碍于除错。

使用场景： 1、有多个对象可以处理同一个请求，具体哪个对象处理该请求由运行时刻自动确定。 2、在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求。 3、可动态指定一组对象处理请求。

注意事项： 在 JAVA WEB 中遇到很多应用。

2、代码示例

实现

我们创建抽象类 AbstractLogger，带有详细的日志记录级别。然后我们创建三种类型的记录器，都扩展了 AbstractLogger。每个记录器消息的级别是否属于自己的级别，如果是则相应地打印出来，否则将不打印并把消息传给下一个记录器。

步骤 1

创建抽象的记录器类。
```
public abstract class AbstractLogger {
   public static int INFO = 1;
   public static int DEBUG = 2;
   public static int ERROR = 3;
 
   protected int level;
 
   //责任链中的下一个元素
   protected AbstractLogger nextLogger;
 
   public void setNextLogger(AbstractLogger nextLogger){
      this.nextLogger = nextLogger;
   }
 
   public void logMessage(int level, String message){
      if(this.level <= level){
         write(message);
      }
      if(nextLogger !=null){
         nextLogger.logMessage(level, message);
      }
   }
 
   abstract protected void write(String message);
   
}
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步骤 2

创建扩展了该记录器类的实体类。
```
public class ConsoleLogger extends AbstractLogger {
 
   public ConsoleLogger(int level){
      this.level = level;
   }
 
   @Override
   protected void write(String message) {    
      System.out.println("Standard Console::Logger: " + message);
   }
}
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```
public class ErrorLogger extends AbstractLogger {
 
   public ErrorLogger(int level){
      this.level = level;
   }
 
   @Override
   protected void write(String message) {    
      System.out.println("Error Console::Logger: " + message);
   }
}
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```
public class FileLogger extends AbstractLogger {
 
   public FileLogger(int level){
      this.level = level;
   }
 
   @Override
   protected void write(String message) {    
      System.out.println("File::Logger: " + message);
   }
}
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步骤 3

创建不同类型的记录器。赋予它们不同的错误级别，并在每个记录器中设置下一个记录器。每个记录器中的下一个记录器代表的是链的一部分。
```
public class ChainPatternDemo {
   
   private static AbstractLogger getChainOfLoggers(){
 
      AbstractLogger errorLogger = new ErrorLogger(AbstractLogger.ERROR);
      AbstractLogger fileLogger = new FileLogger(AbstractLogger.DEBUG);
      AbstractLogger consoleLogger = new ConsoleLogger(AbstractLogger.INFO);
 
      errorLogger.setNextLogger(fileLogger);
      fileLogger.setNextLogger(consoleLogger);
 
      return errorLogger;  
   }
 
   public static void main(String[] args) {
      AbstractLogger loggerChain = getChainOfLoggers();
 
      loggerChain.logMessage(AbstractLogger.INFO, "This is an information.");
 
      loggerChain.logMessage(AbstractLogger.DEBUG, 
         "This is a debug level information.");
 
      loggerChain.logMessage(AbstractLogger.ERROR, 
         "This is an error information.");
   }
}
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输出结果
```
Standard Console::Logger: This is an information.
File::Logger: This is a debug level information.
Standard Console::Logger: This is a debug level information.
Error Console::Logger: This is an error information.
File::Logger: This is an error information.
Standard Console::Logger: This is an error information.
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3、职责链模式在SpringMVC框架中的使用

SpringMVC中的 HandlerExecutionChain类就使用了职责链模式

获取拦截器，执行preHandle方法
在applyPreHandle方法中，执行triggerAfterCompletion方法
获取拦截器，执行applyPostHandle方法
相关阅读:
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 89-Spring Cloud 微服务详解
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原文地址：https://blog.csdn.net/qq_48721706/article/details/127778852

行为型模式

汇总篇

一、模板模式

1、基本介绍

2、代码示例

3、模板模式在Spring框架中的使用

二、命令模式

1、基本介绍

2、代码示例

3、命令模式在Spring框架源码中的使用

三、访问者模式

1、基本介绍

2、代码示例

四、迭代器模式

1、基本介绍

2、代码示例

3、迭代器模式在JDK集合的源码

五、观察者模式

2、代码示例

3、观察者模式在JDK源码中的使用

六、中介者模式

1、基本介绍

2、代码示例

七、备忘录模式

1、基本介绍

2、代码示例

八、解释器模式

1、基本介绍

2、代码示例

3、解释器模式在Spring框架中的使用

九、状态模式

1、基本介绍

2、代码示例

十、策略模式

1、基本介绍

2、代码示例

3、策略模式在JDK源码中的使用

十一、职责链模式

1、基本介绍

2、代码示例

3、职责链模式在SpringMVC框架中的使用