java 设计模式

引子

设计模式是很多程序员总结出来的最佳实践。曾经在刚开始写项目的时候学习过设计模式，在开发过程中，也主动或者被动的使用过。现在写代码虽说不会特意明确在用哪种设计模式，但潜移默化的写出来公认的最佳实践代码，毕竟看的比较清爽。为什么再看一遍设计模式，主要有几个原因：第一，很多优秀的源码基本都使用了设计模式，明确设计模式能够更好的看源码。第二，很多中间件设计理念也是基于设计模式的，还有其他的语言，都有自己的设计最佳实践。对于我来说，设计模式始于 java，不止于 java。第三，有了这种规范，可以更好的和他人沟通，言简意赅。

设计模式原则

很多优秀的文章和书籍都讲的很明白了，我说下自己的体会。
1.单一职责原则，就是一个类只负责做一件事情。这样就可以做到解耦合的效果，让代码看起来比较清爽，也体现了 java 的封装性。还有个原则叫迪米特法则，就是一个对象对另一个对象有尽量少的了解，说的也是解耦合的事情。
2.里氏替换原则和依赖导致原则，说的是继承的事情。父类可以做的事情，子类都可以去做，子类可以尽量去依赖父类去做事情；但是反过来，父类不能依赖子类去做一些事情。体现了 java 的继承特性。
3.接口隔离原则，接口也应该尽可能的隔离开来。其实类写多了，的确耦合性低，为了让他们交流起来，用的最多的就是接口，毕竟只需要知道做什么，怎么做，去访问那个具体的类吧。
4.开闭原则，对修改关闭，对拓展开放。就是代码需要有很好的延展性，对原有代码结构不能破坏。

创建者模式

创建者模式就是为了用优雅的方式创建我们使用的类。

1.简单工厂模式

这个用的比较少，就是有个工厂，告诉你我要什么东西，你造好了给我就行。比如说：

public interface Ball {
    public String create();
}

public class Soccer implements Ball {
    @Override
    public String create() {
        return "give you a soccer";
    }
}

public class BasketBall implements Ball {
    @Override
    public String create() {
        return "give you a basketBall";
    }
}

public class EasyBallFactory  {
    public static Ball createBall(String name){
        if (name.equals("basketball")){
            return new BasketBall();
        }else if(name.equals("soccer")){
            return new Soccer();
        }else {
            return null;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer");
        Ball basketBall = EasyBallFactory.createBall("basketball");
        System.out.println(soccer.create()); //give you a soccer
        System.out.println(basketBall.create()); //give you a basketBall
    }
}

2.工厂模式

这个其实和简单工厂模式差不太多，就是将工厂继续拆分，比如说刚刚 EasyBallFactory 是一个总工厂，我们现在拆分成 SoccerFactory 和 BasketBallFactory 分别生产足球和篮球。某个工厂内部可以根据需求生产不同的产品，比如说 soccer 可以生产不同大小的出来。

public interface BallFactory {
    public Ball create();
}

public class SoccerFactory implements BallFactory {
    @Override
    public Ball create() {
        //do something
        return null;
    }
}
public class BasketBallFactory implements BallFactory {
    @Override
    public Ball create() {
        //do something
        return null;
    }
}

3.抽象工厂模式

抽象工厂模式主要设计产品组的概念，就是某一个工厂生产出配套的一系列产品。例如，在生产足球的同时，SoccerFactory 还可以生产与之配套的足球杂志。

public interface Journal {
    public String create();
}
public class SoccerJournal implements Journal{
    @Override
    public String create() {
        return "give you a Soccer Journal...";
    }
}
public class SoccerFactory implements BallFactory {
    @Override
    public Ball create() {
        return new Soccer();
    }
    public Journal createJournal(){
        return new SoccerJournal();
    }
}

4.单例模式

单例模式有很多种形式，最佳实践应该是两重判断，保证只 new 出来一个。单例可以说是非常普遍的设计模式了。单例就是指在服务容器的生命周期中只能有这么一个。比如说 Servlet、Spring 中注入的 Bean 等等都是单例的。

public class ShiroUtils {
    public  static Session session;
    public static Session getSession() {
        if (session == null){
            synchronized(ShiroUtils.class){
                if (session == null){
                    session = SecurityUtils.getSubject().getSession();
                }
            }
        }
        return session;
    }
}

5.建造者模式

将一个复杂对象分布创建。如果一个超大的类的属性特别多，我们可以把属性分门别类，不同属性组成一个稍微小一点的类，再把好几个稍微小点的类窜起来。比方说一个电脑，可以分成不同的稍微小点的部分 CPU、主板、显示器。CPU、主板、显示器分别有更多的组件，不再细分。

@Data
public class Computer{
    private CPU cpu;//cpu 是个接口，有不同实现如InterCPU AMDCPU 等等
    private MainBoard mainBoard;//mainBoard 是个接口，有不同的实现
    private DisPlayer disPlayer;//disPlayer 是个接口，有不同的实现
}

public abstract class Builder { 
    abstract void buildCPU(); 
    abstract void buildMainBoard(); 
    abstract void buildDisPlayer(); 
    abstract Computer createComputer(); 
}

public class XiaoMiBuilder extends Builder{
    private Computer computer = new Computer();
    @Override
    void buildCPU() {
        computer.setCpu(new InterCPU());
    }
    @Override
    void buildMainBoard() {
        computer.setMainBoard(new AMainBoard());
    }
    @Override
    void buildDisPlayer() {
        computer.setDisPlayer(new ADisPlayer());
    }
    @Override
    Computer createComputer() {
        return computer;
    }
}

SpringBoot 实现了 0 配置，几乎所有的配置都写到了 java 代码中，大量的配置不得不让配置类采用建造者模式，这样层次比较清晰。

6.原型模式

原型模式用的比较少，用于创建重复对象。需要实现 Cloneable 可以选择重写 clone()方法。clone 分为浅克隆和深克隆。浅克隆只是克隆引用，对象还是一个。深克隆是对象也新创建了一个，如下：

@Data
@Builder
public class User implements Cloneable{
    private String name;
    private int age;
    @Override
    protected User clone() throws CloneNotSupportedException {
        return new User(this.name,this.age);
    }
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        User user1 = new User("pjjlt",25);
        User user2 = user1.clone();
        user1.setAge(18);
        System.out.println(user2.getAge()); //25
    }
}

结构型模式

上面的设计模式可以帮助我们非常优雅的创建出来对象，下面看几个对象关系之间的模型。

7.代理模式

Spring 的 AOP 用的是动态代理，何为动态不看了，用过 Spring 的小伙伴都知道吧。单纯看一下最基础代理模式是什么样的。代理就是，一个对象辅助另一个对象去做某件事，同时还可以增加一点辅助功能。例如，你买车，的确是你花钱把车买到了，但是你不可能直接去和厂家谈吧，你应该通过 4S 店购买，同时 4S 店帮助你入保险扣税等操作，最终你才得到了你想要的车。

public interface Buy {
    public void buyCar();
}

public class People implements Buy {
    @Override
    public void buyCar() {
        System.out.println("you get a car");
    }
}

public class ProxyPeople implements Buy{
    private People people;
    public ProxyPeople(People people){
        this.people=people;
    }
    @Override
    public void buyCar() {
        System.out.println("4s店帮你纳税、上保险...");
        people.buyCar();
    }
    public static void main(String[] args) {
        Buy buy = new ProxyPeople(new People());
        buy.buyCar();
    }
}
//输出：
4s店帮你纳税、上保险...
you get a car

8.适配器模式

适配器，顾名思义，是让两个不兼容的东西可以一起工作。例如插座的电源是 220V，手机直接给他 220V 50HZ 的交流电我相信一般都会直接炸了（除了诺基亚...）手机充电器就进行了适配，将电压变小，交流电变成直流电。除了这种需要改变属性的操作（比较好说，不举例子了），适配器还用于在接口继承方面。假设一个顶级接口有一大堆方法需要实现类实现，我新写了个类只是想选择的实现一两个接口，那其他的方法我是不是都需要实现一下，即使是空实现（单纯实现，不进行任何逻辑操作），这是我们就需要一个适配器类，空实现那些方法，我的新类只需要继承这个适配器类就好了，要是想实现某个方法，只需要重写掉配置类中对应的方法就好。这种模式基本都会用到，毕竟谁的代码还没个顶级接口啊。

public interface ATopIntf {
    public void one();
    public void two();
    public void three();
}

public class Adapter implements ATopIntf {
    @Override
    public void one() { }
    @Override
    public void two() { }
    @Override
    public void three() { }
}

public class You extends Adapter {
    @Override
    public void one() {
        super.one();
        System.out.println("one");
    }
}

9.桥接模式

就是用于抽象化和实现化的解耦。又是解耦，貌似设计模式就是教我们如何优雅的解耦。提高了代码的拓展性，并且可以实现代码的动态切换。
最开始的 Ball、Soccer、BasketBall 接着用，增加新的类

public  class BallCut {
    private Ball ball;
    public Ball getBall() {
        return ball;
    }
    public void setBall(Ball ball) {
        this.ball = ball;
    }
    public void create(){
         System.out.println(ball.create());
    }
    public static void main(String[] args) {
        BallCut ballCut = new BallCut();
        ballCut.setBall(new Soccer());
        ballCut.create(); //give you a soccer
        ballCut.setBall(new BasketBall());
        ballCut.create(); //give you a basketBall
    }
}

10.装饰模式

一个装饰类，在原来类的基础上增加一点功能。是不是和代理模式很像，我甚至可以将整个代码搬过来照样可以说的通的。这两个模式意思上有点差别，代理模式是原对象做不了那件事，必须让代理对象去做，主导侧重于代理对象，比如说买车。装饰模式是说，就是让原对象直接去做这件事，只是功能上增强一点，主导在于原对象。比如说炒菜的时候撒点盐。

11.外观模式

又称门面模式，就是一个门面，一个操作无需让对象知道其内部实现的复杂度，尽量让用户感知到是非常简单的。这就是为什么我们 controller 层尽量（或者说一定）少些业务逻辑，让 controller 层只是起到一个传参和通用性参数校验的功能，剩下的全交给 service 去做吧。我们还需要在代码中不断将“长得”特别长的代码封装成一个方法，“让处处都有好看的外观”。看一下我们曾写过的代码，这里只起到了传参的作用，究竟这个足球是怎么创建出来的，客户端不必担心。

public static void main(String[] args) {
        Ball soccer = EasyBallFactory.createBall("soccer");
        System.out.println(soccer.create()); //give you a soccer
    }

12.组合模式

组合模式是将存在某种包含关系的数据组织在一起，典型的例子就是树状结构。例如菜单功能，一个菜单除了自己该有的属性，还可能包含子菜单，创建的时候可以使用递归的方法。

@Data
public class Menu{
    private String name;
    private int type;
    private List<Menu> childMenus;
}

13.享元模式

享元模式尽可能的让用户复用已经有的对象，从而避免造成反复创建对象的资源浪费。首先就会想到数据库连接池还有 String 常量池，延伸一下，几乎所有和缓存有关的代码，多少都会用到享元模式。享元模式要求大部分的对象可以外部化。这边要说两个概念，享元模式对象的属性可以分为两个部分，内部状态和外部状态，内部状态是指不会随环境而改变的值，比如说个人信息，外部状态是指随环境改变的值，不能进行共享的信息，如某大学生选修的课程。

public abstract class Flyweight {
    //内部状态
    private String name;
    private String age;
    //外部状态
    private final String subject;
    protected Flyweight(String subject) {
        this.subject = subject;
    }
    //行为
    public abstract void exam();
    public String getSubject() {
        return subject;
    }
}

public class RealFlyweight extends Flyweight {
    @Override
    public void exam() {
        System.out.println(this.getSubject()+" is examing...");
    }
    public RealFlyweight(String subject){
        super(subject);
    }
}

public class FlyweightFactory {
    //定义一个池子
    private static HashMap<String,Flyweight> pool= new HashMap();
    public static Flyweight getFlyweight(String subject){
        Flyweight flyweight =null;
        if (pool.containsKey(subject)){
            flyweight=pool.get(subject);
        }else {
            flyweight = new RealFlyweight(subject);
            pool.put(subject,flyweight);
        }
        return flyweight;
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(pool.size());//0
        getFlyweight("math");
        System.out.println(pool.size());//1
        getFlyweight("english");
        System.out.println(pool.size());//2
        getFlyweight("math");
        System.out.println(pool.size());//2
    }
}

行为型模式

创建了对象，对象之间有了结构关系，就要看下怎么更加优雅的相互作用了。

14.策略模式

定义一组算法, 将每个算法都封装起来, 并且使它们之间可以互换。可以说是一组算法的封装，根据客户端给出的不同要求，进行不同的运算。比如下面这个简易计算器。

public interface Strategy {
   public int doOperation(int num1, int num2);
}
public class OperationAdd implements Strategy{
   @Override
   public int doOperation(int num1, int num2) {
      return num1 + num2;
   }
}
public class OperationSubstract implements Strategy{
   @Override
   public int doOperation(int num1, int num2) {
      return num1 - num2;
   }
}
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);
   }
}

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 OperationSubstract());  
      System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
   }
}

15.观察者模式

定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象（被观察者）状态改变的时候，所有依赖于该对象的观察者都会被通知，从而进行相关操作。很多中间件都依赖于观察者模式，例如 RabbitMQ,还有那些事件驱动模型（好像 node 就是）。下面举个例子，被观察者是监考老师，考试时间结束，通知所有观察者学生上交试卷。

@Data
public class Student {
    private String name;
    public Student(String name){
        this.name=name;
    }
    public void dosomething(){
        System.out.println(getName()+"交卷了");
    }
}

public class Teacher {
    private Set<Student> students = new HashSet<>();
    public void addStudent(Student student){
        students.add(student);
    }
    public void removeStudent(Student student){
        students.remove(student);
    }
    public void doNotify(){
        for(Student student:students){
            student.dosomething();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Teacher teacher = new Teacher();
        Student student = new Student("张三");
        Student student1 = new Student("李四");
        teacher.addStudent(student);
        teacher.addStudent(student1);
        teacher.doNotify();
    }
}

16.责任链模式

责任链模式为请求创建一个接收者对象的链，对发送者和接受者进行解耦合。filter 链就是责任链模式。

public abstract class Handler {
    //下一个处理者
    private Handler nextHandler;
    public final Response handleMessage(Request request){
        Response response =null;
        if (this.getHandlerLevel().equals(request.getRequestLevel())){
            response = this.echo(request);
        }else {
            if (this.nextHandler!=null){
                //传递给下一个
                response = this.nextHandler.handleMessage(request);
            }else {
                response =new Response()
            }
        }
        return response;
    }
    public Handler getNextHandler() {
        return nextHandler;
    }
    public void setNextHandler(Handler nextHandler) {
        this.nextHandler = nextHandler;
    }
    protected abstract Level getHandlerLevel();
    protected abstract Response echo(Request request);
}

17.模板方式模式

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。SpringBoot 为用户封装了很多继承代码，都用到了模板方式，例如那一堆 XXXtemplate。

public abstract class DBTemplate {
    abstract void open();
    abstract void select();
    abstract void close();
    //一个搜索模板
    public final void selectTemplate(){
        open();
        select();
        close();
    }
}

public class MysqlDB extends DBTemplate {
    @Override
    void open() {
        System.out.println("Mysql open...");
    }
    @Override
    void select() {
        System.out.println("Mysql select...");
    }
    @Override
    void close() {
        System.out.println("Mysql close...");
    }

    public static void main(String[] args) {
        DBTemplate mysql = new MysqlDB();
        mysql.selectTemplate();
    }
}

18.状态模式

简单来说，就是一个对象有不同的状态，根据状态不同，可能有不同的行为。

public interface State {
   public void doAction(Context context);
}
public class StartState implements State {
   public void doAction(Context context) {
      System.out.println("Player is in start state");
      context.setState(this); 
   }
   public String toString(){
      return "Start State";
   }
}
public class StopState implements State {
   public void doAction(Context context) {
      System.out.println("Player is in stop state");
      context.setState(this); 
   }
   public String toString(){
      return "Stop State";
   }
}
public class Context {
   private State state;
   public Context(){
      state = null;
   }
   public void setState(State state){
      this.state = state;   
   }
   public State getState(){
      return state;
   }
}
public class StatePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      Context context = new Context();
      StartState startState = new StartState();
      startState.doAction(context);
      System.out.println(context.getState().toString());
      StopState stopState = new StopState();
      stopState.doAction(context);
      System.out.println(context.getState().toString());
   }
}

19.迭代器模式

提供一个方法，可以顺序访问一个对象内部的各个元素，不需要知道内部构造。现在基本很少自己实现迭代器了，基本成熟的框架或者强大的 JDK 都会给出访问的方法，比如说 java 中 iterator。这样做主要是进一步封装对象内部的结构，让行为和结构想耦合。这个不举例子了，用过 iterator 这个的小伙伴应该都清楚，就是不停的 next，去访问下一个元素。

20.命令模式

命令模式是将请求以命令的形式包裹在对象中，并传递给对象，调用对象寻找到处理该命令的合适的对象，并将该命令传递给相应的对象，该对象执行。简单点说就是不同请求都封装成一个对象，不同的请求调用不同的执行者。

//真正干活的对象
public class Receiver {
    public void doSomething(){
        System.out.println("Receiver干活");
    }
}

//命令对象
public abstract class Command {
    public abstract void exectue();
}

//命令实现类
public class ConcreteComand extends Command{
    //干活那个
    private Receiver receiver;
    public ConcreteComand(Receiver receiver) {
        this.receiver = receiver;
    }
    @Override
    public void exectue() {
        this.receiver.doSomething();
    }

    public static void main(String[] args) {
        Receiver receiver = new Receiver();
        Command command =new ConcreteComand(receiver);
        command.exectue();//Receiver干活
    }
}

21.备忘录模式

相当于做一个快照，在不破坏对象本身结构的情况下，记录对象的一个状态，合适的时候可以恢复到这种状态。数据库做事务回滚的时候就用了这种方式。这里需要注意的是，对象不与备忘录本身耦合，而是跟备忘录管理类耦合（就是 List< 备忘录 >），这个好理解，毕竟快照不止一个嘛。

@Data//备忘录
public class Memento {
   private String state; 
}
@Data //某对象
public class Originator {
   private String state;
   public Memento saveStateToMemento(){
      return new Memento(state);
   }
   public void getStateFromMemento(Memento Memento){
      state = Memento.getState();
   }
}
//备忘录管理类
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);
   }
   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());
   }
}

22.访问者模式

当对特定角色进行访问的时候，需要通过访问者进行访问。一个对象不太方便被你直接访问的时候，你需要将自己的引用交给访问者，通过访问者去访问该对象。比如说，化学课，想看一个细胞结构，由于肉眼无法直接看到微观世界的玩意，需要通过显微镜间接访问。

23.中介者模式

降低对象或者说事物之间通讯的复杂性，降低耦合。比如说分布式系统中，不是需要实时反馈的操作，我们无需直接对接，只需将想做的事告诉中间件，中间件告诉另外一个系统。比如说，访问（用户点击）一条新闻操作，同时需要记录是谁访问了什么新闻，同时给新闻浏览次数加 1，还要实时更新用户喜好...总之要更新 n 个数据库表，甚至还要操作像 ES,Mongo 等多个中间件数据。但是对于用户来说，我只是做了一个点击操作，希望得到的结果就是看条新闻啊，你这么多操作，搞这么慢，用户体验很差啊，而且并发量也很低，那不如做成两个小系统，A 系统，拉取新闻，推送，并组装一个信息扔给 MQ 中间件，ok，结束，用户看到新闻。然后 B 系统监听，得到这个消息，进行各种更新，这里，这个中间件就是我们的中介。再比如说，MVC 中的控制层就是展示层和模型层的中介。再比如说，下面这个聊天室：

public class ChatRoom {
   public static void showMessage(User user, String message){
      System.out.println(new Date().toString()
         + " [" + user.getName() +"] : " + message);
   }
}
@Data
public class User {
   private String name;
   public User(String name){
      this.name  = name;
   }
   public void sendMessage(String message){
      ChatRoom.showMessage(this,message);
   }
   public static void main(String[] args) {
      User robert = new User("Robert");
      User john = new User("John");
 
      robert.sendMessage("Hi! John!");
      john.sendMessage("Hello! Robert!");
   }
}

24.解释器模式

构建一种翻译方式，将某种语言或描述翻译成我们很好理解的语言或者描述。这里很好理解的意思是看得懂，看的快。本来我也想举什么编译器这种高大上的，将底层语言甚至机械语言和我们使用的高级编程语言。其实 Map 就可以看作一个很好的编译器，key 你可以存放一个非常小的字符串，value 理论上你可以存放任何东西.