【设计模式】从女娲娘娘到取媳妇

简介: 💫你好,我是小航,一个正在变秃、变强的准大三党 💫本文主要讲解设计模式,示例Demo采用Java语言演示💫欢迎大家的关注!
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💫欢迎大家的关注!

一、设计模式简介

1、什么是设计模式?

在软件工程中,设计模式是对软件设计中普遍存在的各种问题,所提出的解决方案。
换句话说,设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计的经验总结。使用设计模式是为了可重用代码,让代码更容易被他人理解,保证代码可靠性。

2、设计模式原则

1、开闭原则(Open Close Principle)
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。里氏替换原则通俗来讲就是:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能。
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。

3、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:
在这里插入图片描述

二、常用设计模式

1、工厂模式

1.1 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。例如将工厂比作女娲娘娘,用女娲娘娘来创建 人 这个对象,如果我们需要一个男人对象,女娲娘娘就会为我们创建一个男人;如果我们需要一个女人,女娲娘娘就会为我们生产一个女人。

1.2 工厂模式分类

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

1.2.1 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”。

工厂模式类图
在这里插入图片描述
我们以普通工厂模式为例,在 project 目录下新建一个 FactoryTest.java 。示例代码文末会以gitee地址给出。

示例代码如下:

// 定义 Female 和 Male 共同的接口
interface Human {
    public void eat(); // 吃饭
    public void sleep(); // 睡觉
    public void beat(); // 打豆豆
}
// 创建实现类 Male
class Male implements Human {
    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("Male can eat.");
    }

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("Male can sleep.");
    }

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

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("Female can sleep.");
    }

    @Override
    public void beat() {
        System.out.println("Female can beat.");
    }
}
// 创建普通工厂类
class HumanFactory {
    public Human createHuman(String gender) {
        if("male".equals(gender)) {
            return new Male();
        }else if( "female".equals(gender)) {
            return new Female();
        }else {
            System.out.println("请输入正确的类型!");
            return null;
        }
    }
}
// 工厂测试类
class FactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        HumanFactory humanFactory = new HumanFactory();
        Human female = humanFactory.createHuman("female");
        female.eat();
        female.sleep();
        female.beat();
    }
}

运行结果:

Female can eat.
Female can sleep.
Female can beat.

1.2.2 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
将上面的普通工厂模式的 HumanFactory.java 和 FactoryTest.java 修改如下即可:

// 多个工厂方法
class HumanFactory1 {
    public Male creatMale() {
        return new Male();
    }

    public Female createFemale() {
        return new Female();
    }
}

// 工厂测试类
class FactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        HumanFactory1 humanFactory1 = new HumanFactory1();
        Male male = humanFactory1.creatMale();
        male.eat();
        male.sleep();
        male.sleep();
    }
}

运行结果:

Male can eat.
Male can sleep.
Male can sleep.

1.2.3 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。

// 多个工厂方法
class HumanFactory2 {
    public static Male creatMale() {
        return new Male();
    }

    public static Female createFemale() {
        return new Female();
    }
}

// 工厂测试类
class FactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        Female female = HumanFactory2.createFemale();
        female.eat();
        female.sleep();
        female.beat();
    }
}

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。

1.2.4 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)

写 Android 的童鞋们,应该还知道 BitmapFactory , 这也是工厂模式的一种应用。

以上的示例代码整体一览:

/**
 * @author xh
 */

// 定义 Female 和 Male 共同的接口
interface Human {
    public void eat(); // 吃饭

    public void sleep(); // 睡觉

    public void beat(); // 打豆豆
}

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

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("Male can sleep.");
    }

    @Override
    public void beat() {
        System.out.println("Male can beat.");
    }
}

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

    @Override
    public void sleep() {
        System.out.println("Female can sleep.");
    }

    @Override
    public void beat() {
        System.out.println("Female can beat.");
    }
}

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

// 多个工厂方法
class HumanFactory1 {
    public Male creatMale() {
        return new Male();
    }

    public Female createFemale() {
        return new Female();
    }
}

// 多个工厂方法
class HumanFactory2 {
    public static Male creatMale() {
        return new Male();
    }

    public static Female createFemale() {
        return new Female();
    }
}

// 工厂测试类
class FactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
//        HumanFactory humanFactory = new HumanFactory();
//        Human female = humanFactory.createHuman("female");
//        female.eat();
//        female.sleep();
//        female.beat();

//        HumanFactory1 humanFactory1 = new HumanFactory1();
//        Male male = humanFactory1.creatMale();
//        male.eat();
//        male.sleep();
//        male.sleep();

        Female female = HumanFactory2.createFemale();
        female.eat();
        female.sleep();
        female.beat();
    }
}

2、抽象工厂模式

2.1 抽象工厂模式定义

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”。(想想上节课的 “女娲娘娘”,这简直就是 “女娲娘娘的亲娘” 啊...)

2.2 抽象工厂模式类图

“女娲娘娘”只有一个,而我们的工厂却可以有多个,因此在这里用作例子就不合适了。作为“女娲娘娘”生产出来的男人女人们,那就让我们来当一次吃货吧。(吃的东西总可以任性多来一点)
现在,假设我们有 A、B 两个厨房。每个厨房拥有的餐具和食品都不一样,但是用户搭配使用的方式,比如刀子和苹果、杯子和牛奶等等,我们假设是一致的。
在这里插入图片描述
抽象工厂模式示例

在 project 中新建 Foodaholic.java

/**
 * @author xh
 */
// 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{
    @Override
    public String getFoodName() {
        return "apple";
    }
}
// 具体餐具 Knife 的定义如下
class Knife implements TableWare {
    @Override
    public String getToolName() {
        return "knife";
    }
}
// 以具体工厂 AKitchen 为例
class AKitchen implements KitchenFactory {
    @Override
    public Food getFood() {
        return new Apple();
    }
    @Override
    public TableWare getTableWare() {
        return new Knife();
    }
}
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);
    }
}

运行结果:

A foodaholic is eating apple with knife

2.3 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。

吃货们,懂了吧?

3、适配器模式

3.1 适配器模式的定义

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...
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。。)
在这里插入图片描述
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

3.2 适配器模式类图

在这里插入图片描述
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。

/**
 * @author xh
 * 国标插头
 */
public interface CnPluginInterface {
    void chargeWith2Pins();
}


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


/**
 * @author xh
 * 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();
    }
}


/**
 * @author xh
 */
public class CnTest {
    public static void main(String[] args) {
        CnPlugin cnPlugin = new CnPlugin();
        Home home = new Home(cnPlugin);
        home.charge();
    }
}

运行结果:

charge with CnPlugin

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。

示例代码:

/**
 * @author xh
 * 英标插头
 */
public interface EnPluginInterface {
    void chargeWith3Pins();
}

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

/**
 * @author xh
 * 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();
    }
}


/**
 * @author xh
 * 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);
        home.charge();
    }
}

运行结果:

charge with EnPlugin

这样就实现了对 iphone6 进行充电。

3.3 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

4、装饰者模式

4.1 装饰者模式定义

装饰者模式(Decorator Pattern,有的也用 Wrapper Pattern)就是动态地把职责附加到已有对象上去,实现功能扩展。这种特性,使得装饰者模式提供了比继承更具有弹性的解决方案。
提到装饰者模式,总让我想起卞之琳的《断章》来:

你站在桥上看风景, 看风景的人在楼上看你。 明月装饰了你的窗子, 你装饰了别人的梦。

多么有意境啊,单身狗读完会不会觉得心好累,没关系,我来拯救你!

4.2 装饰者模式类图

送你一个女朋友怎么样!想她是美国Girl?法国Girl?中国Girl?OK,没问题!你想她是哪个国家的就是哪个国家的。她们有不同的爱好或者习惯,每一个这样的女孩,都可以看作是一个 Java 类。我知道此刻你一定在想,这一个、那一个...那岂不是有很多类?这种方式没有扩展性,每当有一个新类型的女孩,就得又新建一个类,这简直就是类爆炸啊!

在这里插入图片描述
装饰者模式示例:

/**
 * @author xh
 * 抽象类 Girl
 */
abstract class Girl {
    String description = "no particular";

    public String getDescription() {
        return description;
    }
}


/**
 * @author xh
 * 中国Girl
 */
public class ChineseGirl extends Girl {
    public ChineseGirl() {
        description = "+ChineseGirl";
    }
}

/**
 * @author xh
 * 美国Girl
 */
public class AmericanGirl extends Girl {
    public AmericanGirl() {
        description = "+AmericanGirl";
    }
}

#############

/**
 * @author xh
 * 装饰者
 */
abstract class GirlDecorator extends Girl {
    @Override
    public abstract String getDescription();
}

/**
 * @author xh
 * 给美国Girl加上金发
 */
public class GoldenHair extends GirlDecorator {
    private Girl girl;

    public GoldenHair(Girl g) {
        girl = g;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return girl.getDescription() + "+with golden hair";
    }
}

/**
 * @author xh
 * 加上身材高大的特性
 */
public class Tall extends GirlDecorator {
    private Girl girl;

    public Tall(Girl g) {
        girl = g;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return girl.getDescription() + "+is very tall";
    }
}

###########

/**
 * @author xh
 * 测试
 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Girl g1 = new AmericanGirl();
        System.out.println(g1.getDescription());
        GoldenHair g2 = new GoldenHair(g1);
        System.out.println(g2.getDescription());
        Tall g3 = new Tall(g2);
        System.out.println(g3.getDescription());
        // 你也可以一步到位
        // Girl g = new Tall(new GoldenHair(new AmericanGirl()));
    }
}

运行结果:

+AmericanGirl
+AmericanGirl+with golden hair
+AmericanGirl+with golden hair+is very tall

4.3 装饰者模式应用

当你需要动态地给一个对象添加功能,实现功能扩展的时候,就可以使用装饰者模式。
Java IO 类中有一个经典的装饰者模式应用, BufferedReader 装饰了 InputStreamReader

BufferedReader input = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
  • InputStreamReader(InputStream in) - InputSteamReader 读取 bytes 字节内容,然后转换成 characters 流 输出。
  • BufferedReader(Reader in) - 从 characters 流 中读取内容并缓存。

装饰者模式、适配器模式区别

  1. 关于新职责:适配器也可以在转换时增加新的职责,但其主要目的并不在此;而装饰者模式主要目的,就是给被装饰者增加新职责用的。
  2. 关于原接口:适配器模式是用新接口来调用原接口,原接口对新系统来说是不可见或者说不可用的;而装饰者模式原封不动的使用原接口,系统对装饰的对象也通过原接口来完成使用。
  3. 关于其包裹的对象:适配器是知道被适配者的详细情况的(就是那个类或那个接口);而装饰者只知道其接口是什么,至于其具体类型(是基类还是其他派生类)只有在运行期间才知道。

5、观察者模式

5.1 观察者模式定义

一句话,观察者模式(Observer Pattern)就是一种 “发布者-订阅者” 的模式。有时也被称为“模型-视图”模式、“源-监听者”模式等。在这种模式中,由一个目标对象来管理所有依赖与它的观察者对象,并且当这个目标对象自身发生改变时,会主动向它的观察者们发出通知。

5.2 观察者模式类图

比如你最近在追一个美剧《黑袍纠察队》,假设著名在线视频网站某奇艺买下独家版权,在线更新与播放。于是你天天等啊等啊,等它的更新通知一来,你就去看那些最新的视频。

在这里插入图片描述
观察者模式示例:


/**
 * @author xh
 * Subject 主题接口
 */
public interface Subject {
    void registerObserver(Observer o);

    void removeObserver(Observer o);

    void notifyAllObservers();
}

/**
 * @author xh
 * 观察者接口
 */
public interface Observer {
    public void update(Subject s);
}

import java.util.ArrayList;

/**
 * @author xh
 * 视频网站某奇艺 实现 Subject 接口
 */
public class VideoSite implements Subject {
    // 观察者列表
    private ArrayList<Observer> userList;
    // 更新了的视频列表
    private ArrayList<String> videos;

    public VideoSite() {
        userList = new ArrayList<Observer>();
        videos = new ArrayList<String>();
    }

    @Override
    public void registerObserver(Observer o) {
        userList.add(o);
    }

    @Override
    public void removeObserver(Observer o) {
        userList.remove(o);
    }

    @Override
    public void notifyAllObservers() {
        for (Observer o : userList) {
            o.update(this);
        }
    }

    public void addVideos(String video) {
        this.videos.add(video);
        notifyAllObservers();
    }

    public ArrayList<String> getVideos() {
        return videos;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return videos.toString();
    }
}

/**
 * @author xh
 * 实现观察者,即看视频的美剧迷们
 */
public class VideoFans implements Observer {
    private String name;

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

    @Override
    public void update(Subject s) {
        System.out.println(this.name + ", new videos are available! ");
        // print video list
        System.out.println(s);
    }
}


/**
 * @author xh
 * 测试
 */
public class PatterTest {
    public static void main(String[] args) {
        VideoSite vs = new VideoSite();
        vs.registerObserver(new VideoFans("LiLei"));
        vs.registerObserver(new VideoFans("HanMeimei"));
        vs.registerObserver(new VideoFans("XiaoMing"));
        // add videos
        vs.addVideos("Video 1");
        //vs.addVideos("Video 2");
    }
}

运行结果:

LiLei, new videos are available! 
[Video 1]
HanMeimei, new videos are available! 
[Video 1]
XiaoMing, new videos are available! 
[Video 1]

可能有同学会问,为什么打印出了 [Video 1] ,我们来看类 VideoSite 中的 toString() 方法返回的是 ArrayList 的 videos 对象,当 notifyAllObservers() 方法中调用 update()方法,传递 this 参数的时候,相当于传递了 videos 的值。

5.3 观察者模式应用

前面已经说了,观察者模式也可以理解为 “源-监听者” 模式,这种应用就太多了。举个简单的例子就是各种 listener,比如当你有一个按键,你肯定要给这个按键添加监听事件(listener)来完成指定动作吧,这就是一种应用。

6、单例模式

6.1 单例模式定义

单例模式(Singleton Pattern),顾名思义,就是被单例的对象只能有一个实例存在。单例模式的实现方式是,一个类能返回对象的一个引用(永远是同一个)和一个获得该唯一实例的方法(必须是静态方法)。通过单例模式,我们可以保证系统中只有一个实例,从而在某些特定的场合下达到节约或者控制系统资源的目的。

6.2 单例模式类图

在【装饰者模式】中,我们体验了拥有各种不同特性的女朋友的“酸爽”... 不过梦想很丰满,现实很骨感,最后你只能拥有一个老婆。

在这里插入图片描述
单例模式示例

1.饿汉模式

最常见、最简单的单例模式写法之一。顾名思义,“饿汉模式” 就是很 “饥渴”,所以一上来就需要给它新建一个实例。但这种方法有一个明显的缺点,那就是不管有没有调用过获得实例的方法(本例中为getWife() ),每次都会新建一个实例。

/**
 * @author xh
 * 饿汉模式
 */
public class Wife1 {
    // 一开始就新建一个实例
    private static final Wife1 wife = new Wife1();

    // 默认构造方法
    private Wife1() {
    }

    // 获得实例的方法
    public static Wife1 getWife() {
        return wife;
    }
}

2.懒汉模式

最常见、最简单的单例模式之二,跟 “饿汉模式” 是 “好基友”。再次顾名思义,“懒汉模式” 就是它很懒,一开始不新建实例,只有当它需要使用的时候,会先判断实例是否为空,如果为空才会新建一个实例来使用。

/**
 * @author xh
 * 懒汉模式
 */
public class Wife2 {
    // 一开始没有新建实例
    private static Wife2 wife;

    private Wife2() {
    }

    // 需要时再新建
    public static Wife2 getWife() {
        if (wife == null) {
            wife = new Wife2();
        }
        return wife;
    }
}

3.线程安全的懒汉模式
是不是感觉很简单?但是上面的懒汉模式却存在一个严重的问题。那就是如果有多个线程并行调用getWife() 方法的时候,还是会创建多个实例,单例模式就失效了。
Bug 来了,改改改!
简单,我们在基本的懒汉模式上,把它设为线程同步( synchronized )就好了。 synchronized 的作用就是保证在同一时刻最多只有一个线程运行,这样就避免了多线程带来的问题。

/**
 * @author xh
 * 懒汉模式(线程安全)
 */
public class Wife3 {
    private static Wife3 wife;
    private Wife3(){};
    public static synchronized Wife3 getWife() {
        if(wife == null) {
            wife = new Wife3();
        }
        return wife;
    }
}

4.双重检验锁(double check)

线程安全的懒汉模式解决了多线程的问题,看起来完美了。但是它的效率不高,每次调用获得实例的方法 getWife() 时都要进行同步,但是多数情况下并不需要同步操作(例如我的 wife 实例并不为空可以直接使用的时候,就不需要给 getWife() 加同步方法,直接返回 wife 实例就可以了)。所以只需要在
第一次新建实例对象的时候,使用同步方法。
不怕,程序猿总是有办法的。于是,在前面的基础上,又有了 “双重检验锁” 的方法。

/**
 * @author xh
 * 双重锁的 getWife() 方法
 */
public class Wife4 {
    private static Wife4 wife;

    private Wife4() {
    }

    public static Wife4 getWife() {
        // 第一个检验锁,如果不为空直接返回实例对象,为空才进入下一步
        if (wife == null) {
            synchronized (Wife4.class) {
                // 第二个检验锁,因为可能有多个线程进入到 if 语句内
                if (wife == null) {
                    wife = new Wife4();
                }
            }
        }
        return wife;
    }
}

你以为这终于圆满了?NO...Too young, too naive! 主要问题在于 wife = new Wife() 这句代码,因为在 JVM(Java 虚拟机)执行这句代码的时候,要做好几件事情,而 JVM 为了优化代码,有可能造成做这几件事情的执行顺序是不固定的,从而造成错误。
这个时候,我们需要给实例加一个 volatile 关键字,它的作用就是防止编译器自行优化代码。最后,我们的“双重检验锁”版本终于出炉了。

/**
 * @author xh
 * 双重锁的 getWife() 方法
 */
public class Wife4 {
    // 防止编译器自行优化代码
    private volatile static Wife4 wife;

    private Wife4() {
    }

    public static Wife4 getWife() {
        // 第一个检验锁,如果不为空直接返回实例对象,为空才进入下一步
        if (wife == null) {
            synchronized (Wife4.class) {
                // 第二个检验锁,因为可能有多个线程进入到 if 语句内
                if (wife == null) {
                    wife = new Wife4();
                }
            }
        }
        return wife;
    }
}

5.静态内部类

上面的方法,修修补补,实在是太复杂了... 而且 volatile 关键字在某些老版本的 JDK 中无法正常工作。咱们得换一种方法,即 “静态内部类”。这种方式,利用了 JVM 自身的机制来保证线程安全,因为WifeHolder 类是私有的,除了 getWife() 之外没有其它方式可以访问实例对象,而且只有在调用
getWife() 时才会去真正创建实例对象。(这里类似于 “懒汉模式”)

/**
 * @author xh
 * 静态内部类
 */
public class Wife5 {
    private static class WifeHolder {
        private static final Wife5 wife = new Wife5();
    }

    private Wife5() {
    }

    public static Wife5 getWife() {
        return WifeHolder.wife;
    }
}

6.枚举

如下,代码简直是简单得不能再简单了。我们可以通过 Wife.INSTANCE 来访问实例对象,这比getWife() 要简单得多,而且创建枚举默认就是线程安全的,还可以防止反序列化带来的问题。这么优(niu)雅(bi)的方法,来自于新版 《Effective Java》 这本书。这种方式虽然不常用,但是最为推荐。

/**
 * @author xh
 * 枚举
 */
public enum Wife6 {
    INSTANCE;
    // 自定义的其他任意方法
    public void whateverMethod() { }
}

6.3 单例模式应用

当你只需要一个实例对象的时候,就可以考虑使用单例模式。比如在资源共享的情况下,避免由于多个资源操作导致的性能或损耗等就可以使用单例模式。

三、总结

总结一下,回顾上面的举例:

  • 工厂模式:女娲娘娘...
  • 抽象工厂模式:厨房、食物、吃货...
  • 适配器模式:港版 iphone6、充电头、转接头...
  • 装饰者模式:好多各式各样的女朋友...
  • 观察者模式:视频网站、美剧...
  • 单例模式:媳妇、饿汉、懒汉...

至此,设计模式入门浅谈已经结束。

以上的示例代码,已经上传到gitee上,需者自取:

gitee地址

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