JAVA设计模式

设计模式
设计模式分类：
设计模式分为三类，创建型模式，结构型模式，行为型模式


创建型模式：
1、工厂方法模式
2、抽象工厂模式
3、单例模式
4、建造者模式
5、原型模式


结构型模式：
1、适配器模式
2、装饰器模式
3、代理模式
4、外观模式
5、桥接模式
6、组合模式
7、享元模式


行为型模式：
1、策略模式
2、模板方法模式
3、观察者模式
4、迭代子模式
5、责任链模式
6、命令模式
7、备忘录模式
8、状态模式
9、访问者模式
10、中介者模式
11、解释器模式


并发型模式和线程池模式

设计模式的六大原则
1、开闭原则(open close principle) 对扩展开放，对修改关闭
在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，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，后面的具体设计中我们会提到这点。
2、里氏代换原则(liskov substitution principle)
里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)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。 LSP是继承复用的基石，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。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(deoendence inversion principle)
这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
4、接口隔离原则(interface segregation principle)
这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。
5、迪米特法则(demeter principle) 最少知道法则
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

1、工厂方法模式(factory method)
1)普通工厂方法模式建立一个工厂类，对实现同一接口的一些类进行实例的创建

例子：发送邮件和短信
创建两者的共同接口:

public interface Sender{
	public void Send();
}

创建实现类：

public class MailSender implements Sender
{
	public void Send(){
	System.out.println("this is mailsender!");
	}
}
public class SmsSender implements Sender
{
	public void Send(){
		System.out.println("this is sms sender!");
	}
}

建工厂类：

public class SendFactory
{
	public Sender produce(String type){
		if("mail".equals(type)){
			return new MailSender();
		}else if("sms".equals(type)){
			return new SmsSender();
		}else{
			System.out.println("please enter the rigth type!");
			return null;
		}
	}
}

测试代码：

public class FactoryTest
{
	public void main(String[] args){
		SendFactory factory = new SendFactory();
		Sender sender = factory.produce("sms");
		sender.Send();
	}
}

2)多个工厂方法模式
是对普通工厂方法模式的改进，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，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

public class SendFctory
{
	public Sender produceMail(){
		return new MailSender();
	}

	public Sender produceSms(){
		return new SmsSender();
	}
}

测试类：

public class FactoryTest
{
	public void main(String[] args){
		SendFactory factory = new SendFactory();
		Sender sender = factory.produceSms();
		sender.Send();
	}
}

3)静态工厂模式
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。

public class SendFctory
{
	public static Sender produceMail(){
		return new MailSender();
	}

	public static Sender produceSms(){
		return new SmsSender();
	}
}

测试类

public class FactoryTest
{
	public void main(String[] args){
		Sender sender = SendFactory.produceSms();
		sender.Send();
	}
}

工厂模式适合：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。

2、抽象工厂模式(abstract factory)
工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。

public interface Sender
{
	public void send();
}

实现类：

public class MailSender implements Sender
{
	public void Send(){
		System.out.println("this is a mailsender!")
	}
}

public class SmsSender implements Sender
{
	public void Send(){
		System.out.println("this is a smsSender!")
	}
}

两个工厂类：

public class SendMailFactory implements Provider
{
	public Sender produce(){
		return new Mailsender();
	}
}

public class SendSmsFactory implements Provider
{
	public Sender produce(){
		return new SmsSender();
	}
}

再提供一个接口

public interface Provider
{
	public Sender produce();
}

测试类：

public class Test
{
	public static void main(String[] args){
		Provider provide = new SendMailFactory();
		Sender sender = provide.produce();
		sender.Send();
	}
}

其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能：发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

3、单例模式(singleton)
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。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。


单例类的创建：

public class  Singleton
{
	//持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载
	public static Singleton instance = null;
	//私有构造方法，防止被实例化
	private Singleton(){
	}

	//静态工程方法，创建实例
	public static Singleton getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}

	//如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
}

这个类可以满足基本要求，但是，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？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

public static synchronized Singleton getInstance(){
	if(instance == null){
		instance = new Singleton();
	}
	return instance;
}

但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

public static Singleton getInstance(){
	if(instance == null){
		synchronized(instance){
			if(instance == null){
				instance = new Singleton();
			}
		}
	}
	return instance;
}

将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，
也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：
1 A,B 线程同时进入第一个if判断
2 A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以执行instance = new Singleton()
3 由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员，此时JVM没有开始初始化这个实例，然后A离开了synchronized块。
4 B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此马上离开synchronized块，并将结果返回给调用该方法的程序
5 此时B线程打算使用Singleton实例，却发现没有初始化，于是错误发生


所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

private static class SingletonFactory
{
	private static Singleton instance = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance(){
	return SingletonFactory.instance;
}

</pre><pre code_snippet_id="631177" snippet_file_name="blog_20150330_18_6878749" name="code" class="html"><span style="font-family:SimHei;color:#009900;"><strong><em style="background-color: rgb(255, 204, 102);">实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。
同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式：</em></strong></span>

public class Singleton
{
	//私有构造方法，防止被实例化
	private Singleton(){

	}

	//使用一个内部类维护单例
	private static class SingletonFactory
	{
		private static Singleton instance = new Singleton();
	}

	// 获取实例
	public static Singleton getInstance(){
		return SingletonFactory.instance;
		}
	
	public Object readResolve(){
		return getInstance();
	}
}

也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建加synchronized关键字，也是可以的：

public class SingletonTest
{
	private static SingletonTest instance = null;

	private SingletonTest(){

	}


	private static synchronized void syncInit(){
		if(instance == null){
			instance = new SingletonTest();
		}
	}

	public static SingletonTest getInstance(){
		if(instance == null){
			syncInit();
		}
		return instance;
	}
}

考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。

采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

public class SingletonTest
{
	private static SingletonTest instance = null;
	private Vector properties = null;

	public Vector getProperties(){
		return properties;
	}

	private SingletonTest(){

	}
		private static synchronized void syncInit(){
		if(instance == null){
			instance = new SingletonTest();
		}
	}
		public static SingletonTest getInstance(){
		if(instance == null){
			syncInit();
		}
		return instance;
	}

	public void uodateProperties(){
		SingletonTest shadow = new SingletonTest(0;
		properties = shadow.getProperties();
	}

}

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）。
单例模式基本已经讲完了，采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？
首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）
其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。
再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。




4、建造者模式：
工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来得到的。我们看一下代码：

public class Builder
{
	private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();

	public void produceMailSender(int count){
		for(int i = 0;i < count ;i++ )
		{
			list.add(new MailSender());
		}
	}

	public void produceSmsSender(int count){
		for(int i = 0;i < count;i++){
			list.add(new SmsSender());
		}
	}
}

测试类：

public class Test
{
	public static void main(String[] args){
		Builder builder = new Builder();
		builder.produceMailSender(10);
	}
}

工厂模式关注的是创建单个产品，而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。因此，是选择工厂模式还是建造者模式，依实际情况而定。

5、原型模式(prototype)
原型模式虽然是创建型的模式，但是与工程模式没有关系，从名字即可看出，该模式的思想就是将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的新对象。

public class Prototype implements Cloneable
{
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
		Prototype proto = (Prototype)super.clone();
		return proto;
	}
}

一个原型类，只需要实现Cloneable接口，覆写clone方法，此处clone方法可以改成任意的名称，因为Cloneable接口是个空接口，你可以任意定义实现类的方法名，如cloneA或者cloneB，
因为此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法，而在Object类中，clone()是native的
浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。
深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。

public class Prototype implements Cloneable,Serializable
{
	private static final long serialVersionUID = 1L;
	private String str;

	private SerializableObject obj;

	//浅复制
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
		Prototype proto = (Prototype)super.clone();
		return proto;
	}

	//深复制
	public Object deepClone() throws IOException,ClassNotFoundException{
		//写入当前对象的二进制流
		ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
		ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
		oos.writeObject(this);
	
	//读出二进制流产生的新对象
	ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream();
	ObjectOutputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
	return ois.readObject();
}

public void setString(String str){
	this.str = str;
}

public SerializableObject getObj(){
	return obj;
}

public void setObj(SerializableObject obj){
	this.obj = obj;
}

}

class SerializableObject implements Serializable
{
	private static final long serialVersionUID = 1L
}

要实现深复制，需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入，再写出二进制数据对应的对象。

创建型模式：


适配器模式

适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。首先，我们来看看类的适配器模式，先看类图：


核心思想就是：有一个Source类，拥有一个方法，待适配，目标接口时Targetable，通过Adapter类，将Source的功能扩展到Targetable里，看代码：

public class Source
{
	public void method1(){
		System.out.println("This is original method!")
	}
}

public interface Targetable
{
	//与原类中的方法相同
	public void method1();

	//新类的方法
	public void method2();
}



public class Adapter extends Source implements Targetable
{
	public void method2(){
		System.out.println("this is the targetable method!")
	}
}

Adapter类继承Source类，实现Targetable接口，下面是测试类：

public class AdapterTest
{
	public static void main(String[] args){
		Targetable target = new  Adapter();
		target.method1();
		target.method2();

	}
}

Targetable接口的实现类就具有了Source类的功能


对象的适配器模式
基本思路和类的适配器模式相同，只是将Adapter类作修改，这次不继承Source类，而是持有Source类的实例，以达到解决兼容性的问题