设计模式
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编程

5125 字
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47 分钟

统一建模语言 Unified Modeling Language,UML

这里主要使用 UML 绘制类图

  • Dependency 依赖、使用
  • Association 关联
  • Generalization 泛化、继承
  • Realization 实现
  • Aggregation 聚合（关联的一种）
  • Composite 组合（关联的一种）

依赖

只要在类中用到了对方，那么就存在依赖关系，如：对于A依赖B

  • B类是A类的成员属性
  • B类是A类方法的返回类型
  • B类是A类方法接收的参数类型
  • B类在A类方法中使用到

泛化

是一种依赖关系的特例，泛化关系就是继承关系如：

对于B是A的泛化，指的就是B类继承A类

实现

是一种依赖关系的特例，如对接口的实现

关联

是一种依赖关系的特例，是类与类之间的联系，关联具有导航性，如双向或单向的关系，多重性

  • 如B类是A类的成员属性，则称为单项关系，若A类同时是B类的成员属性，则称为双向关系
  • 如B类是A类的一个成员属性，则是单一关联，也可以是多个B类都是A类的成员属性

聚合

是一种关联关系的特例，表示的是整体和部分的关系，整体与部分可以分开

  • 如B、C类是A类的属性和方法，但B、C类可以和A类去除
public class Computer {
    private Mouse mouse;
    private Monitor monitor;

    public void setMouse(Mouse mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

    public void setMonitor(Monitor monitor) {
        this.monitor = monitor;
    }
}

组合

同聚合一样，但整体与部分不能分开

public class Computer {
    private Mouse mouse = new Mouse();
    private Monitor monitor = new Monitor();

    public void setMouse(Mouse mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }

    public void setMonitor(Monitor monitor) {
        this.monitor = monitor;
    }
}

在本例中当 Computer 被实例化后，Mouse 和 Monitor 也同时被实例。

设计模式分类

设计模式共分为三种类型，共23种，不同资料分类和名称略有区别

  • 创建型模式
    单例、抽象工厂、原型、建造者、工厂
  • 结构型模式
    适配器、桥接、装饰、组合、外观、享元、代理
  • 行为型模式
    模板方法、命令、访问者、迭代器、观察者、中介者、备忘录、解释器、状态、策略、职责链

单例模式

采取一定的方法，保证在整个软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例 ，并且对该类只提供一个取得对象实例的方法。

单例模式共有8种方式

  • 饿汉式（静态常量）
  • 饿汉式（静态代码块）
  • 懒汉式（线程不安全）
  • 懒汉式（线程安全，同步方法）
  • 懒汉式（线程安全，同步代码块）
  • 双重检查
  • 静态内部类
  • 枚举

饿汉式（静态常量）

方法

  1. 构造器私有化（防止使用new）
  2. 类的内部创建对象
  3. 向外暴漏一个静态的公共方法 getInstance
  4. 代码实现
public class Single1 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); //true
    }

}

class Singleton {
    private Singleton() {

    }

    private final static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点：

  • 写法简单，类装载时完成实例化，避免了线程同步问题
  • 如果没有使用这个实例，会造成资源浪费，没有达到 lazy loading 的效果

这种单例模式可用，但可能造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）

方法

public class Single2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(instance == instance2); //true
    }
}

class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    private static Singleton instance;
    static {
        instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优缺点：

与上面的静态变量类似，优缺点相同

这种单例模式可用，但可能造成内存浪费

懒汉式（线程不安全）

方法

public class Single3 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(instance == instance2); //true
    }
}

class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}

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

优缺点：

  • 起到了Lazy loading的效果，但只能在单线程模式下使用
  • 多线程下，一个线程进入了 if (Singleton == null) 语句块，还未执行时，另一个线程也通过了这个判断语句，这是会产生多个实例

实际开发时，不可用

懒汉式（线程安全，同步方法）

方法

将 public static Singleton getInstance() 替换为

public static synchronized Singleton getInstance()

优缺点

  • 解决了线程不安全的问题
  • 效率低，每个线程在获得类的实例时，执行 getInstance 方法都要进行同步，
  • 实际上，执行一次实例化就够了，再想获得直接return

实际开发时，不建议使用

懒汉式（同步代码块）

方法

同懒汉式（线程不安全），加入 if (Singleton == null) 判断后再同步

优缺点

  • 本意是对四种实现方式改进
  • 实际上不能起到线程同步的作用，可能会产生多个实例

线程不安全，不可用

双重检查

方法

public class Single6 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(instance == instance2); //true
    }
}

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}

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

优缺点

  • 两次检查，线程安全
  • 实例化代码一次，再访问时，判断（singleton == null） 直接 return 对象
  • 线程安全，延迟加载，效率较高

推荐使用

静态内部类

方法

注：类加载时，静态内部类不被加载；调用时静态内部类会被加载

public class Single7 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();

        System.out.println(instance == instance2); //true
    }
}

class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}

    private static class SingletonInstance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

优缺点

  • 使用类装载机制，保证实例化时只有一个线程
  • 调用 getInstance 时再装载 SingletonInstance 类，完成实例化，实现延迟加载，效率高
  • 类的静态属性，只能再第一次加载类的时候初始化，JVM保证了线程安全性

推荐使用

枚举

方法

public class Single8 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
        Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;

        System.out.println(instance == instance2); //true

        instance.sayOK();
    }
}

enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void sayOK() {
        System.out.println("ok");
    }
}

优缺点

  • 借助枚举类实现单例模式，避免多线程同步问题
  • 还能防止反序列化重新创建新的对象
  • Josh Bloch 提倡使用的方式

推荐使用

分析

JDK中的Runtime

public class Runtime {
    private static final Runtime currentRuntime = new Runtime();

    private static Version version;

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class {@code Runtime} are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the {@code Runtime} object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}

    /**
     * Terminates the currently running Java virtual machine by initiating its
     * shutdown sequence.  This method never returns normally.  The argument
     * serves as a status code; by convention, a nonzero status code indicates
     * abnormal termination.
     *
     * <p> All registered {@linkplain #addShutdownHook shutdown hooks}, if any,
     * are started in some unspecified order and allowed to run concurrently
     * until they finish.  Once this is done the virtual machine
     * {@linkplain #halt halts}.
     *
     * <p> If this method is invoked after all shutdown hooks have already
     * been run and the status is nonzero then this method halts the
     * virtual machine with the given status code. Otherwise, this method
     * blocks indefinitely.
     *
     * <p> The {@link System#exit(int) System.exit} method is the
     * conventional and convenient means of invoking this method.
     *
     * @param  status
     *         Termination status.  By convention, a nonzero status code
     *         indicates abnormal termination.
     *
     * @throws SecurityException
     *         If a security manager is present and its
     *         {@link SecurityManager#checkExit checkExit} method does not permit
     *         exiting with the specified status
     *
     * @see java.lang.SecurityException
     * @see java.lang.SecurityManager#checkExit(int)
     * @see #addShutdownHook
     * @see #removeShutdownHook
     * @see #halt(int)
     */
    public void exit(int status) {
        @SuppressWarnings("removal")
        SecurityManager security = System.getSecurityManager();
        if (security != null) {
            security.checkExit(status);
        }
        Shutdown.exit(status);
    }

这是一个懒汉式，线程安全的写法。

注意事项

  • 保证类只存在一个对象，节省系统资源，对于一些需要频繁销毁的对象，单例模式可以提高系统性能
  • 如果实例化单例类时，由于构造器私有，要使用对应的方法，不能使用new

使用场景

  • 频繁进行创建、销毁的对象
  • 创建时耗费资源多（重量级对象），但又经常用到的对象
  • 工具类对象
  • 频繁访问的数据库或文件的对象

可以使用的方法

  • 饿汉式（静态常量）
  • 饿汉式（静态代码块）
  • 双重检查
  • 静态内部类
  • 枚举

工厂模式

简单工厂模式

需求

对于一个披萨项目：要便于披萨种类的扩展，便于维护

  1. 披萨的种类很多
  2. 披萨的制作流程固定有：prepare\bake\cut\box
  3. 完成披萨店订购功能

原始思路：

  • 创建一个抽象类，抽象类中含有上述 4 个方法
  • 对于其它披萨，继承抽象类，并实现自己的方法
  • 创建一个/多个order类调用各类披萨
  • 创建一个/多个store类使用对应的order类

总结：

  • 比较好理解，简单
  • 违反了OCP原则，即对扩展开放，对修改关闭

以加入新增一个pizza的类为例：

  1. 新增一个类继承pizza
  2. 需要修改每一个order类，加入功能

分析和改进思路：

  • 修改代码可以接受，但有多个order类用到创建新pizza的代码，每个order类都需要修改
  • 把创建Pizza对象封装到一个类中，这样只需要修改该类即可

基本介绍

  • 简单工厂模式属于创建型模式，是工厂模式的一种
  • 由一个工厂对象，决定创建哪一种产品的实例
  • 定义了一个创建对象的类，这个类封装实例化对象的代码
  • 当用到大量的创建某种、某类或者某批对象时，就会用到工厂模式

工厂方法模式

需求

客户在点披萨时，可以点不同口味的披萨，也可点不同地域风味的披萨，如：北京的奶酪pizza，伦敦的胡椒pizza

  • 使用简单工厂模式，创建不同的简单工厂类，如 BJPizzaSimpleFactory 和 LDPizzaSimpleFactory 等
  • 使用工厂模式

简单工厂模式对于当前这个案例来说是可行的，但考虑项目的规模时，可维护性、扩展性不是很好

基本介绍

工厂设计模式方案：将披萨项目由实例化功能抽象成抽象方法，在不同地域风味点餐子类中具体实现

定义一个创建对象的抽象方法，由子类决定要实例化的类，工厂方法将对象的实例化推迟到子类中

抽象工厂模式

方法

  • 创建了一个接口，用于创建相关或有依赖关系的对象簇，而无需指名具体的类
  • 抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合
  • 抽象工厂模式时对简单工厂模式的改进
  • 将工厂抽象成了两层，AbsFactory（抽象工厂）和具体实现工厂子类

分析

JDK中的Calender

private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
                                           Locale aLocale)
    {
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }

        Calendar cal = null;

        if (aLocale.hasExtensions()) {
            String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
            if (caltype != null) {
                cal = switch (caltype) {
                    case "buddhist" -> new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
                    case "japanese" -> new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
                    case "gregory"  -> new GregorianCalendar(zone, aLocale);
                    default         -> null;
                };
            }
        }
        if (cal == null) {
            // If no known calendar type is explicitly specified,
            // perform the traditional way to create a Calendar:
            // create a BuddhistCalendar for th_TH locale,
            // a JapaneseImperialCalendar for ja_JP_JP locale, or
            // a GregorianCalendar for any other locales.
            // NOTE: The language, country and variant strings are interned.
            if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
            } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
                       && aLocale.getCountry() == "JP") {
                cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
            } else {
                cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
            }
        }
        return cal;
    }

使用了一个简单工厂模式，根据不同的输入（地域、日历类型）返回不同的日历

意义

  • 将实例化的代码提取出来，放到一个类中同一进行维护，和主项目的依赖关系解耦，提高扩展、维护性
  • 共有三种工厂模式
  • 遵循设计模式的依赖抽象原则

依赖抽象原则

  • 创建对象时，不要直接使用new，而把new放在工厂的方法中，并返回 。
  • 不要让类继承具体类，而是继承抽象类或者实现接口
  • 不要覆盖基类中已经实现了的方法

原型模式

克隆羊

需求

现在有一只羊Tom

  • 姓名：Tom
  • 年龄：1
  • 颜色：白色

现在创建和tom属性完全相同的10只羊

原始思路：

定义一个 Sheep 类：

public class Sheep {
    private String name;
    private int age;
    private String color;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
    // Getter and Setter
    //......
    @Override
    public String toString() {
        return "Sheep{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", color='" + color + '\'' +
                '}';
    }
}

使用时：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Sheep sheep = new Sheep("tom",1,"白色");
        Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
        // ......
        System.out.println(sheep);
        System.out.println(sheep2);
        // ......
    }
}

分析和改进

  • 好理解，简单
  • 创建新对象时，总是需要获取原始对象的属性，创建对象比较复杂时，效率低
  • 总是需要重新初始化对象

注：Java 中 Object 类是所有类的根类，Object 类提供了一个 clone 方法，该方法可以将 Java 对象复制一份，但需要实现 clone 的 Java 类需要先实现接口 Cloneable，表示该类能够复制，且具有复制的能力。

基本介绍

  • 原型模式（Prototype）是指使用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型，创建新的对象
  • 原型设计模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节
  • 工作原理是通过将一个原型对象传给要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝他们自己来实现创建

在 Sheep 类中实现 Cloneable 接口

    protected Object clone() {
        Sheep sheep = null;
        try {
            sheep = (Sheep) super.clone();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        return sheep;
    }

使用时

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Proto Type Clone");
        Sheep sheep = new Sheep("tom",1,"white");
        Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();

        System.out.println("sheep1 ="+sheep1);
        System.out.println("sheep2 ="+sheep2);
        System.out.println("sheep3 ="+sheep3);
        System.out.println("sheep4 ="+sheep4);
        System.out.println("sheep5 ="+sheep5);
    }
}

当羊类需要添加默认属性时，如地域属性，只需要再 Sheep 类中添加对应的属性和默认值

浅拷贝和深拷贝

在上述问题中，如果 Sheep 类中，包含一个对象，在克隆时，只是将一个引用指向这个对象，这是一个浅拷贝。

省略 Get、Set 和 toString 方法的 Sheep 类：

public class Sheep implements Cloneable {
    private String name;
    private int age;
    private String color;
    public Sheep friend;

    public Sheep(String name, int age, String color) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.color = color;
    }
}

使用时：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Proto Type Clone");
        Sheep sheep = new Sheep("tom",1,"White");
        sheep.friend = new Sheep("jack",2,"black");
        Sheep sheep1 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep2 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep3 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep4 = (Sheep) sheep.clone();
        Sheep sheep5 = (Sheep) sheep.clone();

        System.out.println("sheep1 ="+sheep1+"sheep2.friend = "+sheep2.hashCode());
        System.out.println("sheep2 ="+sheep2+"sheep2.friend = "+sheep2.hashCode());
        System.out.println("sheep3 ="+sheep3+"sheep2.friend = "+sheep2.hashCode());
        System.out.println("sheep4 ="+sheep4+"sheep2.friend = "+sheep2.hashCode());
        System.out.println("sheep5 ="+sheep5+"sheep2.friend = "+sheep2.hashCode());
    }
}

得到结果：

sheep1 =Sheep{name='tom', age=1, color='White'}sheep2.friend = 381259350
sheep2 =Sheep{name='tom', age=1, color='White'}sheep2.friend = 381259350
sheep3 =Sheep{name='tom', age=1, color='White'}sheep2.friend = 381259350
sheep4 =Sheep{name='tom', age=1, color='White'}sheep2.friend = 381259350
sheep5 =Sheep{name='tom', age=1, color='White'}sheep2.friend = 381259350

hashcode全部相同

浅拷贝：

  • 对于数据类型是基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新对象
  • 对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如成员变量是某个数组、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象，实际上原来的对象和克隆出的对象都指向同一个实例

深拷贝：

  • 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
  • 为所有引用数据类型的成员变量申请内存空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，知道该对象可达的所有对象，也就是说，随想深拷贝要对整个对象进行拷贝

深拷贝的实现方法：

  1. 重写clone方法来实现
  2. 对象序列化来实现

有一个类DeepCloneAble实现了 Serializable 和 Cloneable 接口

import java.io.Serializable;
import java.util.Objects;

public class DeepCloneAble implements Serializable, Cloneable {
    public static final long serialVersionUID = 1L;
    private String cloneName;
    private String cloneClass;

    public DeepCloneAble(String cloneName, String cloneClass) {
        this.cloneName = cloneName;
        this.cloneClass = cloneClass;
    }
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        return super.clone();
    }
}

使用两种不同的方式clone

import java.io.*;
import java.util.Objects;

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
    public String name;
    public DeepCloneAble deepCloneAble;

    public DeepProtoType() {
    }

    //type1 override clone
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        Object deep = null;
        deep = super.clone();
        DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType) deep;
        deepProtoType.deepCloneAble = (DeepCloneAble) deepCloneAble.clone();
        return deep;
    }

    //type2 Serialize
    public Object deepClone() {
        ByteArrayOutputStream bos = null;
        ObjectOutput oos = null;
        ByteArrayInputStream bis = null;
        ObjectInputStream ois = null;

        try{
            bos = new ByteArrayOutputStream();
            oos = new ObjectOutputStream(bos);
            oos.writeObject(this);

            bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
            ois = new ObjectInputStream(bis);
            DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType) ois.readObject();
            return copyObj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        } finally {
            try {
                bos.close();
                oos.close();
                bis.close();
                ois.close();
            } catch (Exception e2) {
                System.out.println(e2.getMessage());
            }
        }
    }
}

测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        DeepProtoType p = new DeepProtoType();
        p.name = "a";
        p.deepCloneAble = new DeepCloneAble("b", "bcalss");

        DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
        System.out.println("p1.name= " + p.name + "p1,deepCloneAble.hashcode=" + p.deepCloneAble.hashCode());
        System.out.println("p2.name= " + p2.name + "p2,deepCloneAble.hashcode=" + p2.deepCloneAble.hashCode());

        DeepProtoType p20 = (DeepProtoType)p.deepClone();
        System.out.println("p20.name= " + p2.name + "p20,deepCloneAble.hashcode=" + p20.deepCloneAble.hashCode());
    }
}

建造者模式

需求

盖房子，步骤为：

  1. 地基
  2. 砌墙
  3. 盖房顶

有三种不同房子：普通、别墅、大厦，按照原始的思路设计：

建立一个抽象类，包含三个步骤

public abstract class AbstractHouse {
    public abstract void buildBasic();
    public abstract void buildWalls();
    public abstract void roofed();

    public void build() {
        buildBasic();
        buildWalls();
        roofed();
    }
}

以普通房子为例，继承这个抽象类

public abstract class AbstractHouse {
    public abstract void buildBasic();
    public abstract void buildWalls();
    public abstract void roofed();

    public void build() {
        buildBasic();
        buildWalls();
        roofed();
    }
}

使用

public class client {
    public static void main(String[] args) {
        CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
        commonHouse.build();
    }
}

分析和改进：

  • 简单，易操作
  • 没有缓存层对象，扩展和维护性不好，把产品（房子）和创建产品的过程（盖房子）封装在了一起，耦合性强

基本介绍

  • 建造者模式是一种对象构建模式，可以将负载的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同属性的对象
  • 一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类别和内容就可以构建他们，不需要知道内部的具体构建细节

四个核心角色：

  • Porduct 产品角色：一个具体的产品对象
  • Builder 抽象建造者：创建一个Product对象的纷纷部件指定的接口/抽象类
  • ConcreateBuilder 具体建造者：实现接口，构建和装配各个部件
  • Director 指挥者：构建一个使用Builder接口的对象，主要用于创建一个复杂的对象，隔离客户与对象的生产过程、负责控制产品对象的生产过程

Product

public class House {
    private String base;
    private String wall;
    private String roofed;

    public String getBase() {
        return base;
    }

    public void setBase(String base) {
        this.base = base;
    }

    public String getWall() {
        return wall;
    }

    public void setWall(String wall) {
        this.wall = wall;
    }

    public String getRoofed() {
        return roofed;
    }

    public void setRoofed(String roofed) {
        this.roofed = roofed;
    }
}

Builder

public abstract class HouseBuilder {
    protected House house = new House();
    public abstract void buildBasic();
    public abstract void buildWall();
    public abstract void roofed();

    public House buildHouse(){
        return house;
    }
}

Director

public class HouseDirector {
    HouseBuilder houseBuilder = null;

    public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
        this.houseBuilder = houseBuilder;
    }

    public House construct() {
        houseBuilder.buildBasic();
        houseBuilder.buildWall();
        houseBuilder.roofed();
        return houseBuilder.buildHouse();
    }
}

本例中 ConcreateBuilder 有两个分别实现 common 和 high

public class CommonBuilding extends HouseBuilder{
    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println("common basic");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println("common wall");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println("common roofed");
    }
}
public class HighBuilding extends HouseBuilder{
    @Override
    public void buildBasic() {
        System.out.println("high basic");
    }

    @Override
    public void buildWall() {
        System.out.println("high wall");
    }

    @Override
    public void roofed() {
        System.out.println("high roofed");
    }
}

使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
        HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(highBuilding);
        houseDirector.construct();

        CommonBuilding commonBuilding = new CommonBuilding();
        houseDirector.setHouseBuilder(commonBuilding);
        houseDirector.construct();
    }
}

适配器模式

概念

基本介绍

  • 适配器模式(Adapter Pattern)将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，主的目的是兼容性，让原本因接口不匹配不能一起工作的两个类可以协同工作。别名包装器(Wrapper)
  • 适配器模式属于结构型模式
  • 主要分为三类：类适配器模式、对象适配器模式、接口适配器模式

工作原理

  • 适配器模式：将一个类的接口转换成另一种接口.让原本接口不兼容的类可以兼容
  • 从用户的角度看不到被适配者，是解耦的
  • 用户调用适配器转化出来的目标接口方法，适配器再调用被适配者的相关接口方法
  • 用户收到反馈结果，感觉只是和目标接口交互

类适配器

以手机充电器为例：

  • 有一个类提供了一个 output 方法，返回一个 src 值为 220
  • 一个手机类，需要 5V 电压，得到 5V 电压时打印 success
  • 一个 5V 接口
  • 一个 Adapter 得到 output 并实现接口，且满足手机的需要

Vlotage220V

public class Voltage220V {
    public int output220V() {
        int src = 220;
        System.out.println("V=" + src);
        return src;
    }
}

Interface Voltage5V

public interface Voltage5V {
    public int output5V();
}

Phone

public class Phone {
    public void charging (Voltage5V voltage5V) {
        if (voltage5V.output5V() == 5) {
            System.out.println("success");
        } else {
            System.out.println("failed");
        }
    }
}

Adapter

public class VoltageAdapter extends Voltage220V implements Voltage5V{
    @Override
    public int output5V() {
        int src = output220V();
        int dstV = src/44;
        return dstV;
    }
}

使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Phone phone = new Phone();
        phone.charging(new VoltageAdapter());
    }
}

得到输出 success

通过 Adapter， Phone得到了5V电压，且不知道使用了220V的电压

  • Java 是单继承机制，所以类适配器需要继承 src 类这一点算是一个缺点, 因为这要求 dst 必须是接口，有一定局限性
  • src 类的方法在 Adapter 中都会暴露出来，也增加了使用的成本
  • 由于其继承了 src 类，所以它可以根据需求重写 src 类的方法，使得 Adapter 的灵活性增强了

对象适配器

  • 基本思路和类的适配器模式相同，只是将 Adapter 类作修改，不是继承 src 类，而是持有 src 类的实例，以解决兼容性的问题。 即：持有 src 类，实现 dst 类接口
  • 根据“合成复用原则”，在系统中尽量使用关联关系（聚合）来替代继承关系
  • 对象适配器模式是适配器模式常用的一种
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