Java 中一般认为有23种设计模式，当然暂时不需要所有的都会，但是其中常见的几种设计模式应该去掌握。
总体来说设计模式分为三大类： 创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。 结构型模式，共七种：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，共十一种：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。1. 单例模式
所谓的单例设计指的是一个类只允许产生一个实例化对象。
最好理解的一种设计模式，分为懒汉式和饿汉式。1.饿汉式
——构造方法私有化，外部无法产生新的实例化对象，只能通过static方法取得实例化对象
class Singleton { /** * 在类的内部可以访问私有结构，所以可以在类的内部产生实例化对象 */ private static Singleton instance = new Singleton(); /** * private 声明构造 */ private Singleton() { } /** * 返回对象实例 */ public static Singleton getInstance() { return instance; } public void print() { System.out.println("Hello Singleton..."); }}
2.懒汉式
——当第一次去使用Singleton对象的时候才会为其产生实例化对象的操作
class Singleton { /** * 声明变量 */ private static volatile Singleton singleton = null; /** * 私有构造方法 */ private Singleton() { } /** * 提供对外方法 * @return */ public static Singleton getInstance() { // 还未实例化 if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } public void print() { System.out.println("Hello World"); }} 当多个线程并发执行 getInstance 方法时，懒汉式会存在线程安全问题，所以用到了 synchronized 来实现线程的同步，当一个线程获得锁的时候其他线程就只能在外等待其执行完毕。
而饿汉式则不存在线程安全的问题。
2. 工厂设计模式
工厂模式分为工厂方法模式和抽象工厂模式。
工厂方法模式
工厂方法模式： 1. 工厂方法模式分为三种：普通工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。 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。 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。
1. 普通工厂模式
建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。
interface Sender { void Send();}class MailSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("This is mail sender..."); }}class SmsSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("This is sms sender..."); }}public class FactoryPattern { public static void main(String[] args) { Sender sender = produce("mail"); sender.Send(); } public static Sender produce(String str) { if ("mail".equals(str)) { return new MailSender(); } else if ("sms".equals(str)) { return new SmsSender(); } else { System.out.println("输入错误..."); return null; } }}
2. 多个工厂方法模式
该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。
interface Sender { void Send();}class MailSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("This is mail sender..."); }}class SmsSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("This is sms sender..."); }}class SendFactory { public Sender produceMail() { return new MailSender(); } public Sender produceSms() { return new SmsSender(); }}public class FactoryPattern { public static void main(String[] args) { SendFactory factory = new SendFactory(); Sender sender = factory.produceMail(); sender.Send(); }}
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。
interface Sender { void Send();}class MailSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("This is mail sender..."); }}class SmsSender implements Sender { @Override public void Send() { System.out.println("This is sms sender..."); }}class SendFactory { public static Sender produceMail() { return new MailSender(); } public static Sender produceSms() { return new SmsSender(); }}public class FactoryPattern { public static void main(String[] args) { Sender sender = SendFactory.produceMail(); sender.Send(); }}
抽象工厂模式
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，如果想要扩展程序，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？ 那么这就用到了抽象工厂模式，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。interface Provider { Sender produce();}interface Sender { void Send();}class MailSender implements Sender { public void Send() { System.out.println("This is mail sender..."); }}class SmsSender implements Sender { public void Send() { System.out.println("This is sms sender..."); }}class SendMailFactory implements Provider { public Sender produce() { return new MailSender(); }}class SendSmsFactory implements Provider { public Sender produce() { return new SmsSender(); }}public class FactoryPattern { public static void main(String[] args) { Provider provider = new SendMailFactory(); Sender sender = provider.produce(); sender.Send(); }}
3. 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。
import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @Author: LiuWang * @Created: 2018/8/6 17:47 */abstract class Builder { /** * 第一步：装CPU */ public abstract void buildCPU(); /** * 第二步：装主板 */ public abstract void buildMainBoard(); /** * 第三步：装硬盘 */ public abstract void buildHD(); /** * 获得组装好的电脑 * @return */ public abstract Computer getComputer();}/** * 装机人员装机 */class Director { public void Construct(Builder builder) { builder.buildCPU(); builder.buildMainBoard(); builder.buildHD(); }}/** * 具体的装机人员 */class ConcreteBuilder extends Builder { Computer computer = new Computer(); @Override public void buildCPU() { computer.Add("装CPU"); } @Override public void buildMainBoard() { computer.Add("装主板"); } @Override public void buildHD() { computer.Add("装硬盘"); } @Override public Computer getComputer() { return computer; }}class Computer { /** * 电脑组件集合 */ private List parts = new ArrayList (); public void Add(String part) { parts.add(part); } public void print() { for (int i = 0; i < parts.size(); i++) { System.out.println("组件:" + parts.get(i) + "装好了..."); } System.out.println("电脑组装完毕..."); }}public class BuilderPattern { public static void main(String[] args) { Director director = new Director(); Builder builder = new ConcreteBuilder(); director.Construct(builder); Computer computer = builder.getComputer(); computer.print(); }}
4. 适配器设计模式
适配器模式是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的类的兼容性问题。
主要分三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。
1. 类的适配器模式：
class Source { public void method1() { System.out.println("This is original method..."); }}interface Targetable { /** * 与原类中的方法相同 */ public void method1(); /** * 新类的方法 */ public void method2();}class Adapter extends Source implements Targetable { @Override public void method2() { System.out.println("This is the targetable method..."); }}public class AdapterPattern { public static void main(String[] args) { Targetable targetable = new Adapter(); targetable.method1(); targetable.method2(); }}
2. 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。
class Source { public void method1() { System.out.println("This is original method..."); }}interface Targetable { /** * 与原类中的方法相同 */ public void method1(); /** * 新类的方法 */ public void method2();}class Wrapper implements Targetable { private Source source; public Wrapper(Source source) { super(); this.source = source; } @Override public void method1() { source.method1(); } @Override public void method2() { System.out.println("This is the targetable method..."); }}public class AdapterPattern { public static void main(String[] args) { Source source = new Source(); Targetable targetable = new Wrapper(source); targetable.method1(); targetable.method2(); }}
3. 接口的适配器模式
接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。
/** * 定义端口接口，提供通信服务 */interface Port { /** * 远程SSH端口为22 */ void SSH(); /** * 网络端口为80 */ void NET(); /** * Tomcat容器端口为8080 */ void Tomcat(); /** * MySQL数据库端口为3306 */ void MySQL();}/** * 定义抽象类实现端口接口，但是什么事情都不做 */abstract class Wrapper implements Port { @Override public void SSH() { } @Override public void NET() { } @Override public void Tomcat() { } @Override public void MySQL() { }}/** * 提供聊天服务 * 需要网络功能 */class Chat extends Wrapper { @Override public void NET() { System.out.println("Hello World..."); }}/** * 网站服务器 * 需要Tomcat容器，Mysql数据库，网络服务，远程服务 */class Server extends Wrapper { @Override public void SSH() { System.out.println("Connect success..."); } @Override public void NET() { System.out.println("WWW..."); } @Override public void Tomcat() { System.out.println("Tomcat is running..."); } @Override public void MySQL() { System.out.println("MySQL is running..."); }}public class AdapterPattern { private static Port chatPort = new Chat(); private static Port serverPort = new Server(); public static void main(String[] args) { // 聊天服务 chatPort.NET(); // 服务器 serverPort.SSH(); serverPort.NET(); serverPort.Tomcat(); serverPort.MySQL(); }}
5. 装饰模式
顾名思义，装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例。
interface Shape { void draw();}/** * 实现接口的实体类 */class Rectangle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("Shape: Rectangle..."); }}class Circle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("Shape: Circle..."); }}/** * 创建实现了 Shape 接口的抽象装饰类。 */abstract class ShapeDecorator implements Shape { protected Shape decoratedShape; public ShapeDecorator(Shape decoratedShape) { this.decoratedShape = decoratedShape; } @Override public void draw() { decoratedShape.draw(); }}/** * 创建扩展自 ShapeDecorator 类的实体装饰类。 */class RedShapeDecorator extends ShapeDecorator { public RedShapeDecorator(Shape decoratedShape) { super(decoratedShape); } @Override public void draw() { decoratedShape.draw(); setRedBorder(decoratedShape); } private void setRedBorder(Shape decoratedShape) { System.out.println("Border Color: Red"); }}/** * 使用 RedShapeDecorator 来装饰 Shape 对象。 */public class DecoratorPattern { public static void main(String[] args) { Shape circle = new Circle(); Shape redCircle = new RedShapeDecorator(new Circle()); Shape redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle()); System.out.println("Circle with normal border"); circle.draw(); System.out.println("\nCircle of red border"); redCircle.draw(); System.out.println("\nRectangle of red border"); redRectangle.draw(); }}
6. 策略模式
策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数。策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。
/** * 抽象算法的策略类，定义所有支持的算法的公共接口 */abstract class Strategy { /** * 算法方法 */ public abstract void AlgorithmInterface();}/** * 具体算法A */class ConcreteStrategyA extends Strategy { //算法A实现方法 @Override public void AlgorithmInterface() { System.out.println("算法A的实现"); }}/** * 具体算法B */class ConcreteStrategyB extends Strategy { /** * 算法B实现方法 */ @Override public void AlgorithmInterface() { System.out.println("算法B的实现"); }}/** * 具体算法C */class ConcreteStrategyC extends Strategy { @Override public void AlgorithmInterface() { System.out.println("算法C的实现"); }}/** * 上下文，维护一个对策略类对象的引用 */class Context { Strategy strategy; public Context(Strategy strategy) { this.strategy = strategy; } public void contextInterface(){ strategy.AlgorithmInterface(); }}/** * 客户端代码：实现不同的策略 */public class StrategyPattern { public static void main(String[] args) { Context context; context = new Context(new ConcreteStrategyA()); context.contextInterface(); context = new Context(new ConcreteStrategyB()); context.contextInterface(); context = new Context(new ConcreteStrategyC()); context.contextInterface(); }}
7. 代理模式
代理模式指给一个对象提供一个代理对象，并由代理对象控制对原对象的引用。代理可以分为静态代理和动态代理。
通过代理模式，可以利用代理对象为被代理对象添加额外的功能，以此来拓展被代理对象的功能。可以用于计算某个方法执行时间，在某个方法执行前后记录日志等操作。1. 静态代理
静态代理需要我们写出代理类和被代理类，而且一个代理类和一个被代理类一一对应。代理类和被代理类需要实现同一个接口，通过聚合使得代理对象中有被代理对象的引用，以此实现代理对象控制被代理对象的目的。
/** * 代理类和被代理类共同实现的接口 */interface IService { void service();}/** * 被代理类 */class Service implements IService{ @Override public void service() { System.out.println("被代理对象执行相关操作"); }}/** * 代理类 */class ProxyService implements IService{ /** * 持有被代理对象的引用 */ private IService service; /** * 默认代理Service类 */ public ProxyService() { this.service = new Service(); } /** * 也可以代理实现相同接口的其他类 * @param service */ public ProxyService(IService service) { this.service = service; } @Override public void service() { System.out.println("开始执行service()方法"); service.service(); System.out.println("service()方法执行完毕"); }}//测试类public class ProxyPattern { public static void main(String[] args) { IService service = new Service(); //传入被代理类的对象 ProxyService proxyService = new ProxyService(service); proxyService.service(); }}
2. 动态代理
JDK 1.3 之后，Java通过java.lang.reflect包中的三个类Proxy、InvocationHandler、Method来支持动态代理。动态代理常用于有若干个被代理的对象，且为每个被代理对象添加的功能是相同的（例如在每个方法运行前后记录日志）。
动态代理的代理类不需要我们编写，由Java自动产生代理类源代码并进行编译最后生成代理对象。
创建动态代理对象的步骤： 1. 指明一系列的接口来创建一个代理对象 2. 创建一个调用处理器（InvocationHandler）对象 3. 将这个代理指定为某个其他对象的代理对象 4. 在调用处理器的invoke（）方法中采取代理，一方面将调用传递给真实对象，另一方面执行各种需要的操作import java.lang.reflect.InvocationHandler;import java.lang.reflect.Method;import java.lang.reflect.Proxy;/** * 代理类和被代理类共同实现的接口 */interface IService { void service();}class Service implements IService{ @Override public void service() { System.out.println("被代理对象执行相关操作"); }}class ServiceInvocationHandler implements InvocationHandler { /** * 被代理的对象 */ private Object srcObject; public ServiceInvocationHandler(Object srcObject) { this.srcObject = srcObject; } @Override public Object invoke(Object proxyObj, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("开始执行"+method.getName()+"方法"); //执行原对象的相关操作，容易忘记 Object returnObj = method.invoke(srcObject,args); System.out.println(method.getName()+"方法执行完毕"); return returnObj; }}public class ProxyPattern { public static void main(String[] args) { IService service = new Service(); Class clazz = service.getClass(); IService proxyService = (IService) Proxy.newProxyInstance(clazz.getClassLoader(), clazz.getInterfaces(), new ServiceInvocationHandler(service)); proxyService.service(); }}