Java常用设计模式

全栈程序员站长

发布于 2022-09-08 10:50:14

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发布于 2022-09-08 10:50:14

文章被收录于专栏：全栈程序员必看

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

一、设计模式概念

1、定义

Java包含23种设计模式，是一套对代码设计经验的总结，被人们反复利用，多人熟知的代码设计方式。

2、目的

为了提高代码的可读性，可扩展性以及代码的复用性，为了解决在写代码过程中遇到的代码设计问题。

3、设计模式的六大原则

3.1开闭原则

对扩展开放，对修改关闭（尽可能对代码少修改）

3.2里氏替换原则

它是面向对象基本原则之一，任何父类（基类）出现的地方，子类都可以出现，也就是子类可以替换父类的任何功能（体现了父类的可扩展性）

3.3依赖倒转原则

尽可能面向接口编程，依赖接口而不依赖类

3.4接口隔离原则

一个类如果能实现多个接口，尽可能实现多个，为了降低依赖，降低耦合

3.5最少知道原则

一个实体尽可能少的与其他实体产生相互关联关系，将实体的功能独立

3.6合成复用原则

尽量使用合成，聚合的方式，而不使用继承

4、设计模式的分类

Java设计模式分为三大类

创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式用于解耦对象的实例化过程。

结构型模式：把类或对象结合在一起形成一个更大的结构。

行为型模式：类和对象如何交互，及划分责任和算法。

如下图所示：

二、常用的几种设计模式

1、单例模式

单例模式是创建对象的一种特殊方式，程序从始至终都只创建一个对象叫单例（单实例）

分为两类

1.1、懒汉式单例

public class Person{
    //为了不让其他类直接访问该成员	懒汉式单例，在使用时创建对象
    //1、私有静态变量
    private static Person person=null;
    //2、将构造器私有化
    private Person(){
    
    }
    //3、提供一个静态方法，并返回该类的对象
    public static Person getInstance(){
        if(person==null){
            //第一次访问
            person=new Person();;
        }
        return person;
    }
    public void sayHello(){
        System.out.println("sayHello方法");
    }
}

1.2、饿汉式单例

public class Student {
    //1、 饿汉式单例模式，  在类加载时创建一个对象
    private static Student student = new Student();

    // 2 构造器私有化
    private Student(){

    }
    // 3 提供返回类对象的静态方法
    public static Student getInstance(){
        if(student !=null){
            return student;
        }
         return null;
    }
}

2、工厂方法模式

创建对象的过程不再由当前类实例化，而是由工厂类完成，在工厂类中只需要告知对象类型即可。工厂模式中必须依赖接口

2.1简单工厂模式

简单工厂模式的工厂类一般是使用静态方法，通过接收的参数的不同来返回不同的对象实例。不修改代码的话，是无法扩展的。

以生产“电脑”为例，电脑有办公的功能，可以生产一体机或笔记本

代码与静态工厂一样

2.2静态工厂模式

//电脑接口
public interface Computer {
    //电脑办公
    public void work();
}

//笔记本
public class PersonComputer implements  Computer{

    @Override
    public void work() {
        System.out.println("这是笔记本电脑，正在办公");
    }
}

//一体机
public class WorkComputer implements  Computer{

    @Override
    public void work() {
        System.out.println("这是一体机正在办公");
    }
}

//用于生产电脑的工厂 （这个工厂既可以生产台式机也可以生产笔记本）
public class ComputerFactory {

    /**
     * 根据不同的类型 生产不同的产品
     * @param type
     * @return
     */
    public Computer produce(String type){
        Computer computer =null;
        if(type.equals("personComputer")){
            computer = new PersonComputer();
        }else if(type.equals("workComputer")){
            computer = new WorkComputer();
        }else{
            System.out.println("不能生产");
        }
        return computer;
    }

//静态工厂方法模式
public class ComputerFactory2 {
    /**
     *  静态工厂方法
     * @param type
     * @return
     */
    public static Computer produce(String type){
        // 定义一个接口的引用    通过接口new 一个实现类的对象
        // 提高扩展性
        Computer computer=null;
         if(type.equals("workComputer")){
             computer = new WorkComputer();
         }else if(type.equals("personComputer")){
             computer = new PersonComputer();
         }else{
             System.out.println("不能创建对象");
         }
         return computer;
    }
}

//测试类
public class Test1 {
 public static void main(String[] args) {
         // 通过工厂类创建对象
        ComputerFactory factory = new ComputerFactory();
        // 要对象 找工厂
        Computer computer1 = factory.produce("workComputer");
        computer1.work();
        // 创建笔记本
        Computer computer2 = factory.produce("personComputer");
        computer2.work();

        Computer computer3 = ComputerFactory2.produce("workComputer");
        computer3.work();
 }
}

3.3工厂方法模式

工厂方法是针对每一种产品提供一个工厂类。通过不同的工厂实例来创建不同的产品实例。在同一等级结构中，支持增加任意产品。

例如：

//汽车接口
public interface Car {
    public void  showInfo();
}

public class AudiCar implements Car {
    @Override
    public void showInfo() {
        System.out.println("这是一台奥迪汽车。。");
    }
}
public class BMWCar implements Car {
    @Override
    public void showInfo() {
        System.out.println("这是一台宝马汽车。");
    }
}

/**
生产汽车的工厂接口
**/
public interface CarFactory {
    public Car produce();
}

public class AudiCarFactory implements  CarFactory {
    @Override
    public Car produce() {

        return  new AudiCar();// 这里AudiCar是Car的实现类
    }
}

public class BMWCarFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car produce() {
        return new BMWCar();// 因为BWMCar是Car的实现类
    }
}

public class Test1 {
        public static void main(String[] args) {
            //先创建 汽车工厂
            CarFactory bmwFactory = new BMWCarFactory();
            // 这个工厂生产的汽车就是 宝马
            Car bmw = bmwFactory.produce();
            bmw.showInfo();
    
            //这个模式对于同一级别的产品，可扩展性高
            //可以扩展不同品牌的汽车，此时不需要修改代码，只需要增加代码即可
            // 创建一个新的品牌汽车  大众汽车
    
            CarFactory dazhongFactory = new DazhongCarFactory();
            Car car = dazhongFactory.produce();
            car.showInfo();
        }
    }

3、抽象工厂模式

对于在工厂方法的基础上，对同一个品牌的产品有不同的分类，并对分类产品创建的过程，一个汽车产品会分为不同的种类（迷你汽车，SUV汽车）

/**
 * 迷你汽车接口
 */
public interface MiniCar {
    public void showInfo();
}

/**
 * SUV汽车接口
 */
public interface SUVCar {
    public void showInfo();

}

public class AudiMiniCar implements  MiniCar {
    @Override
    public void showInfo() {
        System.out.println("这是奥迪迷你汽车 ");
    }
}
public class BMWMiniCar implements  MiniCar {
    @Override
    public void showInfo() {
        System.out.println("这是宝马Cooper迷你汽车");
    }
}
public class AudiSUVCar implements  SUVCar {
    @Override
    public void showInfo() {
        System.out.println("这是一辆 奥迪SUV汽车");
    }
}
public class BMWSUVCar implements  SUVCar {
    @Override
    public void showInfo() {
        System.out.println("这宝马的SUV系列");
    }
}

public interface CarFactory {
    //生成不同型号的汽车 ，两条产品线
    public MiniCar produceMiniCar();

    public SUVCar produceSUVCar();
}
public class AudiCarFactory implements  CarFactory {
    @Override
    public MiniCar produceMiniCar() {
        return new AudiMiniCar();
    }

    @Override
    public SUVCar produceSUVCar() {
        return new AudiSUVCar();
    }
}
public class BMWCarFactory implements  CarFactory {
    // 生成迷你汽车的方法，返回MiniCar
    @Override
    public MiniCar produceMiniCar() {
        return new BMWMiniCar();
    }
    //生成SUV汽车的方法， 返回SUVCar
    @Override
    public SUVCar produceSUVCar() {
        return new BMWSUVCar();
    }
}

/**
 * 测试类
 */
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建宝马迷你汽车  找工厂
        CarFactory factory = new BMWCarFactory();
        MiniCar car = factory.produceMiniCar();
        car.showInfo();
    }
}

总结：对于简单工厂，工厂方法模式和抽象工厂的区别和用途

小结：

★工厂模式中，重要的是工厂类，而不是产品类。产品类可以是多种形式，多层继承或者是单个类都是可以的。但要明确的，工厂模式的接口只会返回一种类型的实例，这是在设计产品类的时候需要注意的，最好是有父类或者共同实现的接口。

★使用工厂模式，返回的实例一定是工厂创建的，而不是从其他对象中获取的。

★工厂模式返回的实例可以不是新创建的，返回由工厂创建好的实例也是可以的。

区别：

1、对于简单工厂，用于生产同一结构中的任意产品，对于新增产品不适用。

2、对于工厂方法，在简单工厂的基础上，生产同一等级结构中笃定产品，可以支持新增产品。

3、抽象工厂，用于生产不同种类（品牌）的相同类型（迷你，SUV），对于新增品牌可以，不支持新增类型

8、模板方法

定义：

模板方法是一种行为模式，父类的一个方法定义完成这个方法的步骤，但不具体实现具体细节，由子类完成各个步骤的实现，在创建子类对象时，最终实现过程是子类的方法。

模板方法的准备：

1、继承关系

2、父类是抽象类：抽象类实现了模板方法，定义了算法的估计

3、子类继承抽象类：实现抽象方法，完成完整的算法

public abstract class AbstractPerson {
    /**
     *  定义一个模板方法，用于实现这个方法的基本“骨架”
     *  每一步骤的具体实现由子类完成
     */
    public void preparedSchool(){
        getUp();
        dressing();
        eat();
    }
    //起床
    public abstract void getUp();
    //穿衣服
    public abstract void dressing();
    //吃早餐
    public abstract void eat();
}

public class Student extends AbstractPerson {
    @Override
    public void getUp() {
        System.out.println("学生起床，起不来，闹钟响3次");
    }

    @Override
    public void dressing() {
        System.out.println("学生穿衣服，找不到衣服");

    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("学生吃早餐，来不及吃早餐");

    }
}

public class Teacher extends  AbstractPerson {
    @Override
    public void getUp() {
        System.out.println("老师起床，7点半起床");
    }

    @Override
    public void dressing() {
        System.out.println("老师要衣服得体，穿工装");
    }

    @Override
    public void eat() {
        System.out.println("老师吃早餐。");
    }
}

public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
          Student stu = new Student();
          stu.preparedSchool();

          Teacher teacher = new Teacher();
          teacher.preparedSchool();

    }
}

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