java 设计模式

设计模式原则

开闭原则的意思是：对扩展开放，对修改封闭。在程序需要进行扩展的时候，不能去修改或影响原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性更好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。里氏代换原则是继承复用的基石，只有当子类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而且子类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化，而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）

这个原则是开闭原则的基础，核心内容：针对接口编程，高层模块不应该依赖底层模块，二者都应该依赖抽象而不依赖于具体。

4、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，比使用单个庞大的接口要好。其目的在于降低耦合度。由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发，便于升级和维护软件的设计思想。它强调低依赖、低耦合。

5、单一职责原则（Single Responsibility Principle）

类的职责要单一，不能将太多的职责放在一个类中。

可能有的人会觉得单一职责原则和前面的接口隔离原则很相似，其实不然。其一，单一职责原则原注重的是职责；而接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。其二，单一职责原则主要约束的是类，其次才是接口和方法，它针对的是程序中的实现和细节；而接口隔离原则主要约束接口，主要针对抽象，针对程序整体框架的构建。

6、最少知道原则（Demeter Principle）

最少知道原则也叫迪米特法则，就是说：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。

一个对象应该对其他对象保持最少的了解。类与类之间的关系越密切，耦合度越大，当一个类发生改变时，对另一个类的影响也越大。如果两个类不必彼此直接通信，那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法的话，可以通过第三者转发这个调用。所以在类的设计上，每一个类都应当尽量降低成员的访问权限。

7、合成复用原则（Composite Reuse Principle）

合成复用原则就是在一个新的对象里通过关联关系（组合关系、聚合关系）来使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分；新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用功能的目的。简而言之，尽量多使用组合/聚合的方式，尽量少使用甚至不使用继承关系。

设计模式分类

通常来说设计模式分为三大类：

• 创建型模式，共 5 种：工厂模式、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 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，共 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。

下面用图片来整体描述一下设计模式之间的关系：

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常用设计模式

常用的设计模式，包括 工厂模式、单例模式、适配器模式、观察者模式等等。

工厂模式

什么是工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）的意义就跟它的名字一样，在面向对象程序设计中，工厂通常是一个用来创建其他对象的对象。工厂模式根据不同的参数来实现不同的分配方案和创建对象。

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。例如用工厂来创建 人 这个对象，如果我们需要一个男人对象，工厂就会为我们创建一个男人；如果我们需要一个女人，工厂就会为我们生产一个女人。

工厂模式通常分为：

• 普通工厂模式
• 多个工厂方法模式
• 静态工厂方法模式

普通工厂模式

刚刚我们说到，用工厂模式来创建人。先创建一个男人，他每天都“吃饭、睡觉、打豆豆”，然后我们再创建一个女人，她每天也“吃饭、睡觉、打豆豆”。

我们以普通工厂模式为例，在 project 目录下新建一个FactoryTest.java。

示例代码如下(下面的代码块中是全部的代码，实际操作中应当按注释创建相应的类再将方法写入对应的类中)：

// 二者共同的接口
interface Human{
    public void eat();
    public void sleep();
    public void beat();
}

// 创建实现类 Male
class Male implements Human{
    public void eat(){
        System.out.println("Male can eat.");
    }
    public void sleep(){
        System.out.println("Male can sleep.");
    }
    public void beat(){
        System.out.println("Male can beat.");
    }
}
//创建实现类 Female
class Female implements Human{
    public void eat(){
        System.out.println("Female can eat.");
    }
    public void sleep(){
        System.out.println("Female can sleep.");
    }
    public void beat(){
        System.out.println("Female can beat.");
    }
}

// 创建普通工厂类
class HumanFactory{
    public Human createHuman(String gender){
        if( gender.equals("male") ){
           return new Male();
        }else if( gender.equals("female")){
           return new Female();
        }else {
            System.out.println("请输入正确的类型！");
            return null;
        }
    }
}

// 工厂测试类
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){
        HumanFactory factory = new HumanFactory();
        Human male = factory.createHuman("male");
        male.eat();
        male.sleep();
        male.beat();
    }
}
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打开 terminal，输入命令编译并运行：

javac FactoryTest.java
java FactoryTest
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运行结果：

多个工厂方法模式

普通工厂模式就是上面那样子了，那么多个工厂方法模式又有什么不同呢？在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象。多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

部分示例代码，其他与上面普通工厂模式示例代码一样：

// 多个工厂方法
public class HumanFactory{
    public Male createMale() {
        return new Male();
    }
    public Female createFemale() {
        return new Female();
    }
}

// 工厂测试类
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){
        HumanFactory factory = new HumanFactory();
        Human male = factory.createMale();
        male.eat();
        male.sleep();
        male.beat();
    }
}
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运行结果与普通工厂模式的示例一样。

静态工厂方法模式

将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

部分示例代码：

// 多个工厂方法
public class HumanFactory{
    public static Male createMale() {
        return new Male();
    }
    public static Female createFemale() {
        return new Female();
    }
}

// 工厂测试类
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){
        Human male = HumanFactory.createMale();
        male.eat();
        male.sleep();
        male.beat();
    }
}
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总结：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类，所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

工厂模式应用

你可能就问了，工厂模式工厂模式的，我咋没见过哪儿用过啊？这这这儿，在 Java 库里面。根据不同的参数，getInstance() 方法会返回不同的 Calendar 对象。

java.util.Calendar - getInstance()
java.util.Calendar - getInstance(TimeZone zone)
java.util.Calendar - getInstance(Locale aLocale)
java.util.Calendar - getInstance(TimeZone zone, Locale aLocale)
java.text.NumberFormat - getInstance()
java.text.NumberFormat - getInstance(Locale inLocale)
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写 过Android 的应该还知道 BitmapFactory, 这也是工厂模式的一种应用。

抽象工厂模式

什么是抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是一种软件开发设计模式。抽象工厂模式提供了一种方式，可以将一组具有同一主题的单独的工厂封装起来。如果比较抽象工厂模式和工厂模式，我们不难发现前者只是在工厂模式之上增加了一层抽象的概念。抽象工厂是一个父类工厂，可以创建其它工厂类。所以我们也叫它 “工厂的工厂”。

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在 project 中新建Foodaholic.java

// 抽象食物
interface Food {
    public String getFoodName();
}

// 抽象餐具
interface TableWare {
    public String getToolName();
}

// 抽象工厂
interface KitchenFactory {
    public Food getFood();
    public TableWare getTableWare();
}

// 具体食物 Apple 的定义如下
class Apple implements Food{
    public String getFoodName() {
        return "apple";
    }
}

// 具体餐具 Knife 的定义如下
class Knife implements TableWare {
    public String getToolName() {
        return "knife";
    }
}

// 以具体工厂 AKitchen 为例
class AKitchen implements KitchenFactory {

    public Food getFood() {
       return new Apple();
    }

    public TableWare getTableWare() {
       return new Knife();
    }
}

// 吃货要开吃了
public class Foodaholic {

    public void eat(KitchenFactory k) {
       System.out.println("A foodaholic is eating "+ k.getFood().getFoodName()
              + " with " + k.getTableWare().getToolName() );
    }

    public static void main(String[] args) {
       Foodaholic fh = new Foodaholic();
       KitchenFactory kf = new AKitchen();
       fh.eat(kf);
    }
}
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打开 terminal，输入命令编译并运行：

javac Foodaholic.java
java Foodaholic
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运行结果：

抽象工厂模式应用

抽象工厂模式特别适合于这样的一种产品结构：产品分为几个系列，在每个系列中，产品的布局都是类似的，在一个系列中某个位置的产品，在另一个系列中一定有一个对应的产品。这样的产品结构是存在的，这几个系列中同一位置的产品可能是互斥的，它们是针对不同客户的解决方案，每个客户都只选择其一。

工厂方法模式、抽象工厂模式区别

工厂方法模式、抽象工厂模式，傻傻分不清楚。

为了解释得更清楚，先介绍两个概念：

• 产品等级结构：比如一个抽象类是食物，其子类有苹果、牛奶等等，则抽象食物与具体食物名称之间构成了一个产品等级结构。食物是抽象的父类，而具体的食物名称是其子类。
• 产品族：在抽象工厂模式中，产品族是指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。如 AKitchen 生产的苹果、刀子，苹果属于食物产品等级结构中，而刀子则属于餐具产品等级结构中。而 BKitchen 可能生成另一组产品，如牛奶、杯子。

因此工厂方法模式、抽象工厂模式最大的区别在于：

工厂方法模式：针对的是 一个产品等级结构。

抽象工厂模式：针对 多个产品等级结构。

适配器模式

什么是适配器模式

顾名思义，适配器模式（Adapter Pattern）当然是用来适配的啦。当你想使用一个已有的类，但是这个类的接口跟你的又不一样，不能拿来直接用，这个时候你就需要一个适配器来帮你了。

这就好像你兴冲冲地跑去香港，买了个港版的 iPhone6，充电器插头拿回家一看，不能用啊。这时候你多么需要买一个转接头适配器…

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适配器模式类图

你去香港旅游，买的 iPhone6 的充电器插头是英标的，它是那种三脚是方形的插头。

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而咱们国标的插头是两只脚，即使是三只脚的插头也和英标不一样。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TyEfJ41m-1660551023984)(https://doc.shiyanlou.com/userid46108labid868time1429155880264)]

为了方便，这里我们就假设国标插头就只是两只脚的插头吧。（其实我是懒。。）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jQ6VLBNX-1660551023986)(https://doc.shiyanlou.com/userid46108labid868time1429155891679)]

好的，目标明确，英标三只脚插头充电，国标两只脚插头充电。你家很富，有很多插座可以充电。

适配器模式示例代码

在国内的家中只能用国标接口进行充电。

// 国标插头
public interface CnPluginInterface {
    void chargeWith2Pins();
}

// 实现国标插座的充电方法
public class CnPlugin implements CnPluginInterface {
    public void chargeWith2Pins() {
        System.out.println("charge with CnPlugin");
    }
}

// 在国内家中充电
public class Home {
    private CnPluginInterface cnPlugin;

    public Home() { }

    public Home(CnPluginInterface cnPlugin) {
        this.cnPlugin = cnPlugin;
    }

    public void setPlugin(CnPluginInterface cnPlugin) {
        this.cnPlugin = cnPlugin;
    }

    // 充电
    public void charge() {
        // 国标充电
        cnPlugin.chargeWith2Pins();
    }
}

// 国标测试类
public class CnTest {
    public static void main(String[] args) {
        CnPluginInterface cnPlugin = new CnPlugin();
        Home home = new Home(cnPlugin);
        // 会输出 “charge with CnPlugin”
        home.charge();
    }
}
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然而，当把 iPhone6 带回来时，因为与家里的插座不匹配，所以需要一个适配器。这个适配器必须满足以下条件：

1. 插头必须符合国内标准的接口，否则的话还是没办法插到国内插座中。
2. 在调用上面实现的国标接口进行充电时，提供一种机制，将这个调用转到对英标接口的调用 。

这就要求：

1. 适配器必须实现原有的旧的接口。
2. 适配器对象中持有对新接口的引用，当调用旧接口时，将这个调用委托给实现新接口的对象来处理，也就是在适配器对象中组合一个新接口。

// 英标插头
public interface EnPluginInterface {
    void chargeWith3Pins();
}

// 实现英标插座的充电方法
public class EnPlugin implements EnPluginInterface {
    public void chargeWith3Pins() {
        System.out.println("charge with EnPlugin");
    }
}

//适配器
public class PluginAdapter implements CnPluginInterface {
     private EnPluginInterface enPlugin;

     public PluginAdapter(EnPluginInterface enPlugin) {
         this.enPlugin = enPlugin;
 }

 // 这是重点，适配器实现了国标的插头，然后重写国标的充电方法，在国标的充电方法中调用英标的充电方法
 @Override
public void chargeWith2Pins() {
    enPlugin.chargeWith3Pins();
     }
}

// 适配器测试类
public class AdapterTest {
    public static void main(String[] args) {
        EnPluginInterface enPlugin = new EnPlugin();
        Home home = new Home();
        PluginAdapter pluginAdapter = new PluginAdapter(enPlugin);
        home.setPlugin(pluginAdapter);
        // 会输出 “charge with EnPlugin”
        home.charge();
    }
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这样就实现了对 iphone6 进行充电。

适配器模式的应用

前面已经说了，当你想使用一个已有的类，但是这个类的接口跟你的又不一样，不能拿来直接用，这个时候你就需要一个适配器来帮你了，其主要作用就是在旧的接口、新的接口之间完成适配。

比如说，做过 Android 的同学肯定写 ListView 的适配器都写吐了吧…

适配器模式的三个特点：

• 适配器对象实现原有接口
• 适配器对象组合一个实现新接口的对象（这个对象也可以不实现一个接口，只是一个单纯的对象）
• 对适配器原有接口方法的调用被委托给新接口的实例的特定方法

参考链接

• 一个示例让你明白适配器模式