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【深入理解java中的设计模式】

news 来源：原创 2025/6/27 0:53:23

深入理解java中的设计模式

设计模式是软件工程中的最佳实践，它们提供了解决特定问题的模板或蓝图。在Java中，设计模式通常被分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。

创建型模式

单例模式 (Singleton Pattern)

描述: 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

示例代码:

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

应用场景: 管理数据库连接、文件系统、线程池等需要唯一实例的情况。

工厂方法模式 (Factory Method Pattern)

描述: 定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。

示例代码:

interface Product { void operation(); }
class ConcreteProduct implements Product {@Overridepublic void operation() { System.out.println("ConcreteProduct"); }
}
abstract class Creator {public final Product create() {Product p = this.factoryMethod();// 可能对p进行一些操作return p;}protected abstract Product factoryMethod();
}
class ConcreteCreator extends Creator {@Overrideprotected Product factoryMethod() {return new ConcreteProduct();}
}

抽象工厂模式 (Abstract Factory Pattern)

描述: 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

示例代码:

interface AbstractFactory { ProductA createProductA(); ProductB createProductB(); }
interface ProductA {}
interface ProductB {}
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {@Override public ProductA createProductA() { return new ProductA1(); }@Override public ProductB createProductB() { return new ProductB1(); }
}
// 其他具体工厂和产品实现...

建造者模式 (Builder Pattern)

描述: 将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

示例代码:

class House {private String roof;private String walls;// 构造函数私有化private House(Builder builder) {this.roof = builder.roof;this.walls = builder.walls;}public static class Builder {private String roof;private String walls;public Builder setRoof(String roof) {this.roof = roof;return this;}public Builder setWalls(String walls) {this.walls = walls;return this;}public House build() {return new House(this);}}
}

原型模式 (Prototype Pattern)

描述: 使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。

示例代码:

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

结构型模式

适配器模式 (Adapter Pattern)

描述: 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。适配器模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。

示例代码:

interface Target { void request(); }
class Adaptee { public void specificRequest() { /* ... */ } }
class Adapter implements Target {private Adaptee adaptee;public Adapter(Adaptee adaptee) { this.adaptee = adaptee; }@Override public void request() { adaptee.specificRequest(); }
}

桥接模式 (Bridge Pattern)

描述: 将一个事物的抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。

示例代码:

interface Implementor { void operation(); }
class ConcreteImplementorA implements Implementor { /* ... */ }
abstract class Abstraction {protected Implementor implementor;public void setImplementor(Implementor implementor) { this.implementor = implementor; }public void operation() { implementor.operation(); }
}

组合模式 (Composite Pattern)

描述: 将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

示例代码:

interface Component { void operation(); }
class Leaf implements Component { /* ... */ }
class Composite implements Component {private List<Component> children = new ArrayList<>();public void add(Component component) { children.add(component); }@Override public void operation() {for (Component child : children) {child.operation();}}
}

装饰模式 (Decorator Pattern)

描述: 动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，装饰模式相比生成子类更为灵活。

示例代码:

abstract class Component { public abstract void operation(); }
class ConcreteComponent extends Component { /* ... */ }
abstract class Decorator extends Component {protected Component component;public Decorator(Component component) { this.component = component; }@Override public void operation() { component.operation(); }
}
class ConcreteDecoratorA extends Decorator { /* ... */ }

外观模式 (Facade Pattern)

描述: 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，此模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。

示例代码:

class SubSystemOne { public void methodOne() {} }
class SubSystemTwo { public void methodTwo() {} }
class Facade {private SubSystemOne one = new SubSystemOne();private SubSystemTwo two = new SubSystemTwo();public void operation() {one.methodOne();two.methodTwo();}
}

享元模式 (Flyweight Pattern)

描述: 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

示例代码:

interface Flyweight { void operation(int extrinsicState); }
class ConcreteFlyweight implements Flyweight { /* ... */ }
class FlyweightFactory {private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();public Flyweight getFlyweight(String key) {if (!flyweights.containsKey(key)) {flyweights.put(key, new ConcreteFlyweight());}return flyweights.get(key);}
}

代理模式 (Proxy Pattern)

描述: 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

示例代码:

interface Subject { void request(); }
class RealSubject implements Subject { /* ... */ }
class Proxy implements Subject {private RealSubject realSubject;@Override public void request() {if (realSubject == null) {realSubject = new RealSubject();}realSubject.request();}
}

行为型模式

责任链模式 (Chain of Responsibility Pattern)

描述: 使多个对象都有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。

示例代码:

abstract class Handler {private Handler successor;public void setSuccessor(Handler successor) { this.successor = successor; }public void handleRequest(Request request) {if (successor != null) {successor.handleRequest(request);}}
}

命令模式 (Command Pattern)

描述: 将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤销的操作。

示例代码:

interface Command { void execute(); }
class ConcreteCommand implements Command {private Receiver receiver;public ConcreteCommand(Receiver receiver) { this.receiver = receiver; }@Override public void execute() { receiver.action(); }
}

解释器模式 (Interpreter Pattern)

描述: 给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

示例代码:

interface Expression { boolean interpret(String context); }
class TerminalExpression implements Expression { /* ... */ }

迭代器模式 (Iterator Pattern)

描述: 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素，而又不需暴露其内部的表示。

示例代码:

interface Iterator { boolean hasNext(); Object next(); }
interface Container { Iterator getIterator(); }
class ConcreteContainer implements Container { /* ... */ }

中介者模式 (Mediator Pattern)

描述: 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。

示例代码:

interface Mediator { void send(String message, Colleague colleague); }
class ConcreteMediator implements Mediator { /* ... */ }

备忘录模式 (Memento Pattern)

描述: 在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。

示例代码:

class Memento { /* ... */ }
class Originator {public Memento createMemento() { /* ... */ }public void setMemento(Memento memento) { /* ... */ }
}

观察者模式 (Observer Pattern)

描述: 定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。

示例代码:

interface Observer { void update(String message); }
interface Subject {void registerObserver(Observer observer);void removeObserver(Observer observer);void notifyObservers();
}

状态模式 (State Pattern)

描述: 允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。

示例代码:

interface State { void handle(Context context); }
class ConcreteStateA implements State { /* ... */ }
class Context {private State state;public void setState(State state) { this.state = state; }public void request() { state.handle(this); }
}

策略模式 (Strategy Pattern)

描述: 定义一系列算法，把它们一个个封装起来，并且使它们可以互相替换。本模式使得算法的变化可以独立于使用算法的客户。

示例代码:

interface Strategy { int doOperation(int num1, int num2); }
class OperationAdd implements Strategy { /* ... */ }
class Context {private Strategy strategy;public void setStrategy(Strategy strategy) { this.strategy = strategy; }public int executeStrategy(int num1, int num2) { return strategy.doOperation(num1, num2); }
}

模板方法模式 (Template Method Pattern)

描述: 定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。

示例代码:

abstract class AbstractClass {final void templateMethod() {primitiveOperation1();primitiveOperation2();}protected abstract void primitiveOperation1();protected abstract void primitiveOperation2();
}
class ConcreteClass extends AbstractClass { /* ... */ }

访问者模式 (Visitor Pattern)

描述: 表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

示例代码:

interface Visitor { void visit(Element element); }
interface Element { void accept(Visitor visitor); }
class ConcreteElement implements Element { /* ... */ }

以上只是简单介绍了每种设计模式的基本概念和简单的代码示例，实际应用中还需要根据具体的需求来选择合适的设计模式。

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深入理解java中的设计模式

创建型模式

单例模式 (Singleton Pattern)

工厂方法模式 (Factory Method Pattern)

抽象工厂模式 (Abstract Factory Pattern)

建造者模式 (Builder Pattern)

原型模式 (Prototype Pattern)

结构型模式

适配器模式 (Adapter Pattern)

桥接模式 (Bridge Pattern)

组合模式 (Composite Pattern)

装饰模式 (Decorator Pattern)

外观模式 (Facade Pattern)

享元模式 (Flyweight Pattern)

代理模式 (Proxy Pattern)

行为型模式

责任链模式 (Chain of Responsibility Pattern)

命令模式 (Command Pattern)

解释器模式 (Interpreter Pattern)

迭代器模式 (Iterator Pattern)

中介者模式 (Mediator Pattern)

备忘录模式 (Memento Pattern)

观察者模式 (Observer Pattern)

状态模式 (State Pattern)

策略模式 (Strategy Pattern)

模板方法模式 (Template Method Pattern)

访问者模式 (Visitor Pattern)

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