DesignPattern

Introduction: Java 设计模式归纳 (观察者、工厂、单例、策略、适配器、命令、装饰者、外观、模板方法、状态).
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参照 Hongyang 的 CSDN 博客所写。如有错误欢迎指正,如有侵权,请联系我删除。

Java 设计模式(观察者模式、工厂模式、单例模式、策略模式、命令模式、装饰者模式、外观模式、模板方法模式、状态模式)

设计模式(Design pattern)是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。

设计模式分为三种类型,共 23 种:


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Pattern Analysis

1. 观察者模式

定义了对象之间的一对多的依赖,这样一来,当一个对象改变时,它的所有的依赖者都会收到通知并自动更新。

  • 对于 JDK 或者 Andorid 中都有很多地方实现了观察者模式,比如 XXXView.addXXXListenter , 当然了 XXXView.setOnXXXListener 不一定是观察者模式,因为观察者模式是一种一对多的关系,对于 setXXXListener 是 1 对 1 的关系,应该叫回调。

  • 专题接口:Subject.java ;

       /**
      * 注册一个观察者
      */
     public void registerObserver(Observer observer);
    
     /**
      * 移除一个观察者
      */
     public void removeObserver(Observer observer);
    
     /**
      * 通知所有观察者
      */
     public void notifyObservers();
    
  • 3D 服务号的实现类:ObjectFor3D.java

      @Override
     public void registerObserver(Observer observer) {
         observers.add(observer);
     }
     @Override
     public void removeObserver(Observer observer) {
         int index = observers.indexOf(observer);
         if (index >= 0) {
             observers.remove(index);
         }
     }
     @Override
     public void notifyObservers() {
         for (Observer observer : observers) {
             observer.update(msg);
         }
     }
     /**
      * 主题更新信息
      */
     public void setMsg(String msg) {
         this.msg = msg;
         notifyObservers();
     }
    
  • 所有观察者需要实现此接口:Observer.java

      public ObserverUser1(Subject subject) {
         subject.registerObserver(this);
     }
     @Override
     public void update(String msg) {
         Log.e("-----ObserverUser1 ", "得到 3D 号码:" + msg + ", 我要记下来。");
     }
    
  • 最后测试:ObserverActivity.java

      // 创建服务号
      objectFor3D = new ObjectFor3D();
      // 创建两个订阅者
      observerUser1 = new ObserverUser1(objectFor3D);
      observerUser2 = new ObserverUser2(objectFor3D);
      // 两个观察者,发送两条信息
      objectFor3D.setMsg("201610121 的 3D 号为:127");
      objectFor3D.setMsg("20161022 的 3D 号为:000");
    

2. 工厂模式

简单列一下这个模式的家族:

  • 1、静态工厂模式

    • 这个最常见了,项目中的辅助类,TextUtil.isEmpty 等,类+静态方法。
  • 2、简单工厂模式(店里买肉夹馍)

    • 定义:通过专门定义一个类来负责创建其他类的实例,被创建的实例通常都具有共同的父类。
    • 根据类型直接创建肉夹馍:SimpleRoujiaMoFactory.java

      public RoujiaMo creatRoujiaMo(String type) {
        RoujiaMo roujiaMo = null;
        switch (type) {
            case "Suan":
                roujiaMo = new ZSuanRoujiaMo();
                break;
            case "La":
                roujiaMo = new ZLaRoujiaMo();
                break;
            case "Tian":
                roujiaMo = new ZTianRoujiaMo();
                break;
            default:// 默认为酸肉夹馍
                roujiaMo = new ZSuanRoujiaMo();
                break;
        }
        return roujiaMo;
      }
      
  • 3、工厂方法模式(开分店)

    • 定义:定义一个创建对象的接口,但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法模式把类实例化的过程推迟到子类。
    • 对比定义:

      • 1、定义了创建对象的一个接口:public abstract RouJiaMo sellRoujiaMo(String type);
      • 2、由子类决定实例化的类,可以看到我们的馍是子类生成的。
      • 提供创建肉夹馍店抽象方法:RoujiaMoStore.java
      public abstract RoujiaMo sellRoujiaMo(String type);
      
  • 4、抽象工厂模式(使用官方提供的原料)

    • 定义:提供一个接口,用于创建相关的或依赖对象的家族,而不需要明确指定具体类。
    • 对比定义:
      • 1、提供一个接口:public interface RouJiaMoYLFactroy
      • 2、用于创建相关的或依赖对象的家族 public Meat createMeat();public YuanLiao createYuanliao();我们接口用于创建一系列的原材料。
    • 创建用于提供原料的接口工厂:RoujiaMoYLFactory.java
    • 各自分店实现接口,完成原料提供:XianRoujiaMoYLFoctory.java
    • 准备时,使用官方的原料:RoujiaMo.java

      ```java /**

    • 准备工作 */ public void prepare(RoujiaMoYLFactory roujiaMoYLFactory) {
       Meet meet = roujiaMoYLFactory.creatMeet();
       YuanLiao yuanLiao = roujiaMoYLFactory.creatYuanLiao();
       Log.e("---RoujiaMo:", "使用官方的原料 ---" + name + ": 揉面-剁肉-完成准备工作 yuanLiao:"+meet+"yuanLiao:"+yuanLiao);
      
      } ```

3. 单例设计模式

单例模式主要是为了避免因为创建了多个实例造成资源的浪费,且多个实例由于多次调用容易导致结果出现错误,而使用单例模式能够保证整个应用中有且只有一个实例

  • 定义:只需要三步就可以保证对象的唯一性
    • (1) 不允许其他程序用 new 对象
    • (2) 在该类中创建对象
    • (3) 对外提供一个可以让其他程序获取该对象的方法
  • 对比定义:
    • (1) 私有化该类的构造函数
    • (2) 通过 new 在本类中创建一个本类对象
    • (3) 定义一个公有的方法,将在该类中所创建的对象返回
  • 饿汉式[可用]:SingletonEHan.java
  • 含懒汉式[双重校验锁 推荐用]:SingletonLanHan.java

    ```java private SingletonLanHan() {} private static SingletonLanHan singletonLanHanFour; public static SingletonLanHan getSingletonLanHanFour() {

          if (singletonLanHanFour == null) {
          synchronized (SingletonLanHan.class) {
              if (singletonLanHanFour == null) {
              singletonLanHanFour = new SingletonLanHan();
              }
          }
          }
          return singletonLanHanFour;
    

    }


- 内部类[推荐用]:[SingletonIn.java](https://raw.githubusercontent.com/youlookwhat/DesignPattern/master/app/src/main/java/com/example/jingbin/designpattern/singleton/inclass/SingletonIn.java)
- 枚举[推荐用]:[SingletonEnum.java](https://raw.githubusercontent.com/youlookwhat/DesignPattern/master/app/src/main/java/com/example/jingbin/designpattern/singleton/enums/SingletonEnum.java)


### 4. 策略模式
> 策略模式:定义了算法族,分别封装起来,让它们之间可相互替换,此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。

 - 以创建游戏角色为例子:
      - 最初的游戏角色的父类:[Role.java](https://raw.githubusercontent.com/youlookwhat/DesignPattern/master/app/src/main/java/com/example/jingbin/designpattern/strategy/old/Role.java)
      - 发现有重复代码后,重构后的父类:[Role.java](https://raw.githubusercontent.com/youlookwhat/DesignPattern/master/app/src/main/java/com/example/jingbin/designpattern/strategy/better/Role.java)
 - 总结:
     - 1、封装变化(把可能变化的代码封装起来)
     - 2、多用组合,少用继承(我们使用组合的方式,为客户设置了算法)
     - 3、针对接口编程,不针对实现(对于 Role 类的设计完全的针对角色,和技能的实现没有关系)
 - 最后测试:创建角色:

 ```java
 RoleA roleA = new RoleA("---A");
 roleA.setiDisplayBehavior(new DisplayYZ())
       .setiAttackBehavior(new AttackXL())
       .setiDefendBehavior(new DefendTMS())
       .setiRunBehavior(new RunJCTQ());
 roleA.display();// 样子
 roleA.attack();// 攻击
 roleA.run();// 逃跑
 roleA.defend();// 防御

5. 适配器模式

定义:将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口,适配器让原本接口不兼容的类可以相互合作。这个定义还好,说适配器的功能就是把一个接口转成另一个接口。

  • 以充电器为实例: 手机充电器一般都是 5V 左右吧,咱天朝的家用交流电压 220V,所以手机充电需要一个适配器(降压器)
  • 一部手机: Mobile.java
  • 手机依赖一个提供 5V 电压的接口: V5Power.java
  • 我们拥有的是 220V 家用交流电: V220Power.java
  • 适配器,完成 220V 转 5V 的作用V5PowerAdapter.java
  • 最后测试:给手机冲个电:

      Mobile mobile = new Mobile();
    V5Power v5Power = new V5PowerAdapter(new V200Power());
    mobile.inputPower(v5Power);
    

6. 命令模式

定义:将“请求”封装成对象,以便使用不同的请求、队列或者日志来参数化其他对象。命令模式也支持可撤销的操作。(简化: 将请求封装成对象,将动作请求者和动作执行者解耦。)

  • 需求:最近智能家电很火热,假设现在有电视、电脑、电灯等家电,现在需要你做个遥控器控制所有家电的开关,要求做到每个按钮对应的功能供用户个性化,对于新买入家电要有非常强的扩展性。
  • 1、家电的 API:Door.java
  • 2、把命令封装成类:
  • 3、遥控器:ControlPanel.java
  • 4、定义一个命令,可以干一系列的事情:QuickCommand.java

    QuickCommand quickCloseCommand = new QuickCommand(new Command[]{new LightOffCommand(light), new ComputerOffCommand(computer), new DoorCloseCommand(door)});
    controlPanel.setCommands(6, quickOpenCommand);
    controlPanel.keyPressed(6);
    
  • 5、遥控器面板执行:CommandActivity.java

    controlPanel.setCommands(0, new DoorOpenCommand(door));// 开门
    controlPanel.keyPressed(0);
    

7. 装饰者模式

装饰者模式:若要扩展功能,装饰者提供了比集成更有弹性的替代方案,动态地将责任附加到对象上。

  • 先简单描述下装饰者模式发挥作用的地方,当我们设计好了一个类,我们需要给这个类添加一些辅助的功能,并且不希望改变这个类的代码,这时候就是装饰者模式大展雄威的时候了。这里还体现了一个原则:类应该对扩展开放,对修改关闭。

  • 需求:设计游戏的装备系统,基本要求,要可以计算出每种装备在镶嵌了各种宝石后的攻击力和描述:

  • 1、装备的超类:IEquip.java
  • 2、各个装备的实现类:
  • 3、装饰品的超类(装饰品也属于装备):IEquipDecorator.java
  • 4、装饰品的实现类:

  • 5、最后测试:计算攻击力和查看描述:

      Log.e("---", "一个镶嵌 2 颗红宝石,1 颗蓝宝石的靴子: ");
      IEquip iEquip = new RedGemDecotator(new RedGemDecotator(new BlueGemDecotator(new ShoeEquip())));
      Log.e("---", "攻击力:" + iEquip.caculateAttack());
      Log.e("---", "描述语:" + iEquip.description());
    

8. 外观模式

定义:提供一个统一的接口,用来访问子系统中的一群接口,外观定义了一个高层的接口,让子系统更容易使用。其实就是为了方便客户的使用,把一群操作,封装成一个方法。

  • 需求:我比较喜欢看电影,于是买了投影仪、电脑、音响、设计了房间的灯光、买了爆米花机,然后我想看电影的时候,我需要一键观影和一键关闭。
  • 每个设备类的开关等操作:
  • 电影院类:HomeTheaterFacade.java

      /**
      * 一键观影
      */
     public void watchMovie() {
         computer.on();
         light.down();
         popcornPopper.on();
         popcornPopper.makePopcorn();
         projector.on();
         projector.open();
         player.on();
         player.make3DListener();
     }
    
    • 最后测试:一键观影:

      new HomeTheaterFacade(computer, light, player, popcornPopper, projector).watchMovie();
      

9. 模板方法模式

定义:定义了一个算法的骨架,而将一些步骤延迟到子类中,模版方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下,重新定义算法的步骤。

  • 需求:简单描述一下:本公司有程序猿、测试、HR、项目经理等人,下面使用模版方法模式,记录下所有人员的上班情况
  • 模板方法模式中的三类角色
    • 1、具体方法(Concrete Method)
    • 2、抽象方法(Abstract Method)
    • 3、钩子方法(Hook Method)
  • 工人的超类:Worker.java

      // 具体方法
      public final void workOneDay() {
          Log.e("workOneDay", "-----------------work start----------------");
          enterCompany();
          work();
          exitCompany();
          Log.e("workOneDay", "-----------------work end----------------");
      }
      // 工作  抽象方法
      public abstract void work();
      // 钩子方法
      public boolean isNeedPrintDate() {
          return false;
      }
      private void exitCompany() {
          if (isNeedPrintDate()) {
              Log.e("exitCompany", "---" + new Date().toLocaleString() + "--->");
          }
          Log.e("exitCompany", name + "---离开公司");
      }
    
  • 程序员实现类(可得知时间):ITWorker.java

      /**
       * 重写父类的此方法,使可以查看离开公司时间
       */
      @Override
      public boolean isNeedPrintDate() {
          return true;
      }
    
  • 最后测试:

    • 查看所有人员的工作情况:

        QAWorker qaWorker = new QAWorker("测试人员");
        qaWorker();
        HRWorker hrWorker = new HRWorker("莉莉姐");
        hrWorker.workOneDay();
        ...
      
    • 查看程序猿离开公司的时间:

        ITWorker itWorker = new ITWorker("jingbin");
       itWorker.workOneDay();
      

10. 状态模式

定义:允许对象在内部状态改变时改变它的行为,对象看起来好像修改了它的类。

  • 定义又开始模糊了,理一下,当对象的内部状态改变时,它的行为跟随状态的改变而改变了,看起来好像重新初始化了一个类似的。

  • 需求:已自动售货机为例(有已投币、未投币等状态和投币、投币等方法)

  • 最初实现待改进的售货机:VendingMachine.java
  • 改进后的售货机(更具有延展性):VendingMachineBetter.java

      // 放钱
     public void insertMoney() {
         currentState.insertMoney();
     }
     // 退钱
     public void backMoney() {
         currentState.backMoney();
     }
     // 转动曲柄
     public void turnCrank() {
         currentState.turnCrank();
         if (currentState == soldState || currentState == winnerState) {
             currentState.dispense();//两种情况会出货
         }
     }
     // 出商品
     public void dispense() {
         Log.e("VendingMachineBetter", "---发出一件商品");
         if (count > 0) {
             count--;
         }
     }
     // 设置对应状态
     public void setState(State state) {
         this.currentState = state;
     }
    
  • 状态的接口:State.java

  • 对应状态的接口实现类:
  • 改进后的售货机测试:

      // 初始化售货机,且里面有 3 个商品
     VendingMachineBetter machineBetter = new VendingMachineBetter(3);
     machineBetter.insertMoney();
     machineBetter.turnCrank();
    

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