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設計模式（Design Patterns）

                                  ——可複用面向物件軟體的基礎

設計模式（Design pattern）是一套被反覆使用、多數人知曉的、經過分類編目的、程式碼設計經驗的總結。使用設計模式是為了可重用程式碼、讓程式碼更容易被他人理解、保證程式碼可靠性。 毫無疑問，設計模式於己於他人於系統都是多贏的，設計模式使程式碼編制真正工程化，設計模式是軟體工程的基石，如同大廈的一塊塊磚石一樣。專案中合理的運用設計模式可以完美的解決很多問題，每種模式在現在中都有相應的原理來與之對應，每一個模式描述了一個在我們周圍不斷重複發生的問題，以及該問題的核心解決方案，這也是它能被廣泛應用的原因。本章系Java之美[從菜鳥到高手演變]系列

之設計模式，我們會以理論與實踐相結合的方式來進行本章的學習，希望廣大程式愛好者，學好設計模式，做一個優秀的軟體工程師！

一、設計模式的分類

總體來說設計模式分為三大類：

建立型模式，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。

結構型模式，共七種：介面卡模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。

行為型模式，共十一種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態模式、訪問者模式、中介者模式、直譯器模式。

其實還有兩類：併發型模式和執行緒池模式。用一個圖片來整體描述一下：

二、設計模式的六大原則

1、開閉原則（Open Close Principle）

開閉原則就是說對擴充套件開放，對修改關閉。在程式需要進行拓展的時候，不能去修改原有的程式碼，實現一個熱插拔的效果。所以一句話概括就是：為了使程式的擴充套件性好，易於維護和升級。想要達到這樣的效果，我們需要使用介面和抽象類，後面的具體設計中我們會提到這點。

2、里氏代換原則（Liskov Substitution Principle）

里氏代換原則(Liskov Substitution Principle LSP)面向物件設計的基本原則之一。 里氏代換原則中說，任何基類可以出現的地方，子類一定可以出現。 LSP是繼承複用的基石，只有當衍生類可以替換掉基類，軟體單位的功能不受到影響時，基類才能真正被複用，而衍生類也能夠在基類的基礎上增加新的行為。里氏代換原則是對“開-閉”原則的補充。實現“開-閉”原則的關鍵步驟就是抽象化。而基類與子類的繼承關係就是抽象化的具體實現，所以里氏代換原則是對實現抽象化的具體步驟的規範。—— From Baidu 百科

3、依賴倒轉原則（Dependence Inversion Principle）

這個是開閉原則的基礎，具體內容：真對介面程式設計，依賴於抽象而不依賴於具體。

4、介面隔離原則（Interface Segregation Principle）

這個原則的意思是：使用多個隔離的介面，比使用單個介面要好。還是一個降低類之間的耦合度的意思，從這兒我們看出，其實設計模式就是一個軟體的設計思想，從大型軟體架構出發，為了升級和維護方便。所以上文中多次出現：降低依賴，降低耦合。

5、迪米特法則（最少知道原則）（Demeter Principle）

為什麼叫最少知道原則，就是說：一個實體應當儘量少的與其他實體之間發生相互作用，使得系統功能模組相對獨立。

6、合成複用原則（Composite Reuse Principle）

原則是儘量使用合成/聚合的方式，而不是使用繼承。

三、Java的23中設計模式

從這一塊開始，我們詳細介紹Java中23種設計模式的概念，應用場景等情況，並結合他們的特點及設計模式的原則進行分析。

1、工廠方法模式（Factory Method）

工廠方法模式分為三種：

11、普通工廠模式，就是建立一個工廠類，對實現了同一介面的一些類進行例項的建立。首先看下關係圖：

舉例如下：（我們舉一個傳送郵件和簡訊的例子）

首先，建立二者的共同介面：

1. public interface Sender {  
2.     public void Send();  
3. }  

其次，建立實現類：

1. public class MailSender implements Sender {  
2.     @Override  
3.     public void Send() {  
4.         System.out.println("this is mailsender!");  
5.     }  
6. }  

1. public class SmsSender implements Sender {  
2.     @Override  
3.     public void Send() {  
4.         System.out.println("this is sms sender!");  
5.     }  
6. }  

最後，建工廠類：

1. public class SendFactory {  
2.     public Sender produce(String type) {  
3.         if ("mail".equals(type)) {  
4.             return new MailSender();  
5.         } else if ("sms".equals(type)) {  
6.             return new SmsSender();  
7.         } else {  
8.             System.out.println("請輸入正確的型別!");  
9.             return null;  
10.         }  
11.     }  
12. }  

我們來測試下：

1. public class FactoryTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         SendFactory factory = new SendFactory();  
4.         Sender sender = factory.produce("sms");  
5.         sender.Send();  
6.     }  
7. }  

輸出：this is sms sender!

22、多個工廠方法模式，是對普通工廠方法模式的改進，在普通工廠方法模式中，如果傳遞的字串出錯，則不能正確建立物件，而多個工廠方法模式是提供多個工廠方法，分別建立物件。關係圖：

將上面的程式碼做下修改，改動下SendFactory類就行，如下：

[java] view plaincopypublic class SendFactory {  

   public Sender produceMail(){  

1.         return new MailSender();  
2.     }  
3.     public Sender produceSms(){  
4.         return new SmsSender();  
5.     }  
6. }  

測試類如下：

1. public class FactoryTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         SendFactory factory = new SendFactory();  
4.         Sender sender = factory.produceMail();  
5.         sender.Send();  
6.     }  
7. }  

輸出：this is mailsender!

33、靜態工廠方法模式，將上面的多個工廠方法模式裡的方法置為靜態的，不需要建立例項，直接呼叫即可。

1. public class SendFactory {  
2.     public static Sender produceMail(){  
3.         return new MailSender();  
4.     }  
5.     public static Sender produceSms(){  
6.         return new SmsSender();  
7.     }  
8. }  

1. public class FactoryTest {  
2.     public static void main(String[] args) {      
3.         Sender sender = SendFactory.produceMail();  
4.         sender.Send();  
5.     }  
6. }  

輸出：this is mailsender!

總體來說，工廠模式適合：凡是出現了大量的產品需要建立，並且具有共同的介面時，可以通過工廠方法模式進行建立。在以上的三種模式中，第一種如果傳入的字串有誤，不能正確建立物件，第三種相對於第二種，不需要例項化工廠類，所以，大多數情況下，我們會選用第三種——靜態工廠方法模式。

2、抽象工廠模式（Abstract Factory）

工廠方法模式有一個問題就是，類的建立依賴工廠類，也就是說，如果想要拓展程式，必須對工廠類進行修改，這違背了閉包原則，所以，從設計角度考慮，有一定的問題，如何解決？就用到抽象工廠模式，建立多個工廠類，這樣一旦需要增加新的功能，直接增加新的工廠類就可以了，不需要修改之前的程式碼。因為抽象工廠不太好理解，我們先看看圖，然後就和程式碼，就比較容易理解。

請看例子：

1. public interface Sender {  
2.     public void Send();  
3. }  

兩個實現類：

1. public class MailSender implements Sender {  
2.     @Override  
3.     public void Send() {  
4.         System.out.println("this is mailsender!");  
5.     }  
6. }  

1. public class SmsSender implements Sender {  
2.     @Override  
3.     public void Send() {  
4.         System.out.println("this is sms sender!");  
5.     }  
6. }  

兩個工廠類：

1. public class SendMailFactory implements Provider {  
2.     @Override  
3.     public Sender produce(){  
4.         return new MailSender();  
5.     }  
6. }  

1. public class SendSmsFactory implements Provider{  
2.     @Override  
3.     public Sender produce() {  
4.         return new SmsSender();  
5.     }  
6. }  

在提供一個介面：

1. public interface Provider {  
2.     public Sender produce();  
3. }  

測試類：

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Provider provider = new SendMailFactory();  
4.         Sender sender = provider.produce();  
5.         sender.Send();  
6.     }  
7. }  

其實這個模式的好處就是，如果你現在想增加一個功能：發及時資訊，則只需做一個實現類，實現Sender介面，同時做一個工廠類，實現Provider介面，就OK了，無需去改動現成的程式碼。這樣做，拓展性較好！

3、單例模式（Singleton）

單例物件（Singleton）是一種常用的設計模式。在Java應用中，單例物件能保證在一個JVM中，該物件只有一個例項存在。這樣的模式有幾個好處：

1、某些類建立比較頻繁，對於一些大型的物件，這是一筆很大的系統開銷。

2、省去了new操作符，降低了系統記憶體的使用頻率，減輕GC壓力。

3、有些類如交易所的核心交易引擎，控制著交易流程，如果該類可以建立多個的話，系統完全亂了。（比如一個軍隊出現了多個司令員同時指揮，肯定會亂成一團），所以只有使用單例模式，才能保證核心交易伺服器獨立控制整個流程。

首先我們寫一個簡單的單例類：

1. public class Singleton {  
2.     /* 持有私有靜態例項，防止被引用，此處賦值為null，目的是實現延遲載入 */  
3.     private static Singleton instance = null;  
4.     /* 私有構造方法，防止被例項化 */  
5.     private Singleton() {  
6.     }  
7.     /* 靜態工程方法，建立例項 */  
8.     public static Singleton getInstance() {  
9.         if (instance == null) {  
10.             instance = new Singleton();  
11.         }  
12.         return instance;  
13.     }  
14.     /* 如果該物件被用於序列化，可以保證物件在序列化前後保持一致 */  
15.     public Object readResolve() {  
16.         return instance;  
17.     }  
18. }  

這個類可以滿足基本要求，但是，像這樣毫無執行緒安全保護的類，如果我們把它放入多執行緒的環境下，肯定就會出現問題了，如何解決？我們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字，如下：

1. public static synchronized Singleton getInstance() {  
2.         if (instance == null) {  
3.             instance = new Singleton();  
4.         }  
5.         return instance;  
6.     }  

但是，synchronized關鍵字鎖住的是這個物件，這樣的用法，在效能上會有所下降，因為每次呼叫getInstance()，都要對物件上鎖，事實上，只有在第一次建立物件的時候需要加鎖，之後就不需要了，所以，這個地方需要改進。我們改成下面這個：

1. public static Singleton getInstance() {  
2.         if (instance == null) {  
3.             synchronized (instance) {  
4.                 if (instance == null) {  
5.                     instance = new Singleton();  
6.                 }  
7.             }  
8.         }  
9.         return instance;  
10.     }  

似乎解決了之前提到的問題，將synchronized關鍵字加在了內部，也就是說當呼叫的時候是不需要加鎖的，只有在instance為null，並建立物件的時候才需要加鎖，效能有一定的提升。但是，這樣的情況，還是有可能有問題的，看下面的情況：在Java指令中建立物件和賦值操作是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。但是JVM並不保證這兩個操作的先後順序，也就是說有可能JVM會為新的Singleton例項分配空間，然後直接賦值給instance成員，然後再去初始化這個Singleton例項。這樣就可能出錯了，我們以A、B兩個執行緒為例：

a>A、B執行緒同時進入了第一個if判斷

b>A首先進入synchronized塊，由於instance為null，所以它執行instance = new Singleton();

c>由於JVM內部的優化機制，JVM先畫出了一些分配給Singleton例項的空白記憶體，並賦值給instance成員（注意此時JVM沒有開始初始化這個例項），然後A離開了synchronized塊。

d>B進入synchronized塊，由於instance此時不是null，因此它馬上離開了synchronized塊並將結果返回給呼叫該方法的程式。

e>此時B執行緒打算使用Singleton例項，卻發現它沒有被初始化，於是錯誤發生了。

所以程式還是有可能發生錯誤，其實程式在執行過程是很複雜的，從這點我們就可以看出，尤其是在寫多執行緒環境下的程式更有難度，有挑戰性。我們對該程式做進一步優化：

1. private static class SingletonFactory{           
2.         private static Singleton instance = new Singleton();           
3.     }           
4.     public static Singleton getInstance(){           
5.         return SingletonFactory.instance;           
6.     }   

實際情況是，單例模式使用內部類來維護單例的實現，JVM內部的機制能夠保證當一個類被載入的時候，這個類的載入過程是執行緒互斥的。這樣當我們第一次呼叫getInstance的時候，JVM能夠幫我們保證instance只被建立一次，並且會保證把賦值給instance的記憶體初始化完畢，這樣我們就不用擔心上面的問題。同時該方法也只會在第一次呼叫的時候使用互斥機制，這樣就解決了低效能問題。這樣我們暫時總結一個完美的單例模式：

1. public class Singleton {  
2.     /* 私有構造方法，防止被例項化 */  
3.     private Singleton() {  
4.     }  
5.     /* 此處使用一個內部類來維護單例 */  
6.     private static class SingletonFactory {  
7.         private static Singleton instance = new Singleton();  
8.     }  
9.     /* 獲取例項 */  
10.     public static Singleton getInstance() {  
11.         return SingletonFactory.instance;  
12.     }  
13.     /* 如果該物件被用於序列化，可以保證物件在序列化前後保持一致 */  
14.     public Object readResolve() {  
15.         return getInstance();  
16.     }  
17. }  

其實說它完美，也不一定，如果在建構函式中丟擲異常，例項將永遠得不到建立，也會出錯。所以說，十分完美的東西是沒有的，我們只能根據實際情況，選擇最適合自己應用場景的實現方法。也有人這樣實現：因為我們只需要在建立類的時候進行同步，所以只要將建立和getInstance()分開，單獨為建立加synchronized關鍵字，也是可以的：

1. public class SingletonTest {  
2.     private static SingletonTest instance = null;  
3.     private SingletonTest() {  
4.     }  
5.     private static synchronized void syncInit() {  
6.         if (instance == null) {  
7.             instance = new SingletonTest();  
8.         }  
9.     }  
10.     public static SingletonTest getInstance() {  
11.         if (instance == null) {  
12.             syncInit();  
13.         }  
14.         return instance;  
15.     }  
16. }  

考慮效能的話，整個程式只需建立一次例項，所以效能也不會有什麼影響。

補充：採用"影子例項"的辦法為單例物件的屬性同步更新

1. public class SingletonTest {  
2.     private static SingletonTest instance = null;  
3.     private Vector properties = null;  
4.     public Vector getProperties() {  
5.         return properties;  
6.     }  
7.     private SingletonTest() {  
8.     }  
9.     private static synchronized void syncInit() {  
10.         if (instance == null) {  
11.             instance = new SingletonTest();  
12.         }  
13.     }  
14.     public static SingletonTest getInstance() {  
15.         if (instance == null) {  
16.             syncInit();  
17.         }  
18.         return instance;  
19.     }  
20.     public void updateProperties() {  
21.         SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
22.         properties = shadow.getProperties();  
23.     }  
24. }  

通過單例模式的學習告訴我們：

1、單例模式理解起來簡單，但是具體實現起來還是有一定的難度。

2、synchronized關鍵字鎖定的是物件，在用的時候，一定要在恰當的地方使用（注意需要使用鎖的物件和過程，可能有的時候並不是整個物件及整個過程都需要鎖）。

到這兒，單例模式基本已經講完了，結尾處，筆者突然想到另一個問題，就是採用類的靜態方法，實現單例模式的效果，也是可行的，此處二者有什麼不同？

首先，靜態類不能實現介面。（從類的角度說是可以的，但是那樣就破壞了靜態了。因為介面中不允許有static修飾的方法，所以即使實現了也是非靜態的）

其次，單例可以被延遲初始化，靜態類一般在第一次載入是初始化。之所以延遲載入，是因為有些類比較龐大，所以延遲載入有助於提升效能。

再次，單例類可以被繼承，他的方法可以被覆寫。但是靜態類內部方法都是static，無法被覆寫。

最後一點，單例類比較靈活，畢竟從實現上只是一個普通的Java類，只要滿足單例的基本需求，你可以在裡面隨心所欲的實現一些其它功能，但是靜態類不行。從上面這些概括中，基本可以看出二者的區別，但是，從另一方面講，我們上面最後實現的那個單例模式，內部就是用一個靜態類來實現的，所以，二者有很大的關聯，只是我們考慮問題的層面不同罷了。兩種思想的結合，才能造就出完美的解決方案，就像HashMap採用陣列+連結串列來實現一樣，其實生活中很多事情都是這樣，單用不同的方法來處理問題，總是有優點也有缺點，最完美的方法是，結合各個方法的優點，才能最好的解決問題！

4、建造者模式（Builder）

工廠類模式提供的是建立單個類的模式，而建造者模式則是將各種產品集中起來進行管理，用來建立複合物件，所謂複合物件就是指某個類具有不同的屬性，其實建造者模式就是前面抽象工廠模式和最後的Test結合起來得到的。我們看一下程式碼：

還和前面一樣，一個Sender介面，兩個實現類MailSender和SmsSender。最後，建造者類如下：

1. public class Builder {  
2.     private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  
3.     public void produceMailSender(int count){  
4.         for(int i=0; i<count; i++){  
5.             list.add(new MailSender());  
6.         }  
7.     }  
8.     public void produceSmsSender(int count){  
9.         for(int i=0; i<count; i++){  
10.             list.add(new SmsSender());  
11.         }  
12.     }  
13. }  

測試類：

1. public class Test {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Builder builder = new Builder();  
4.         builder.produceMailSender(10);  
5.     }  
6. }  

從這點看出，建造者模式將很多功能整合到一個類裡，這個類可以創造出比較複雜的東西。所以與工程模式的區別就是：工廠模式關注的是建立單個產品，而建造者模式則關注建立符合物件，多個部分。因此，是選擇工廠模式還是建造者模式，依實際情況而定。

5、原型模式（Prototype）

原型模式雖然是建立型的模式，但是與工程模式沒有關係，從名字即可看出，該模式的思想就是將一個物件作為原型，對其進行復制、克隆，產生一個和原物件類似的新物件。本小結會通過物件的複製，進行講解。在Java中，複製物件是通過clone()實現的，先建立一個原型類：

1. public class Prototype implements Cloneable {  
2.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
3.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
4.         return proto;  
5.     }  
6. }  

很簡單，一個原型類，只需要實現Cloneable介面，覆寫clone方法，此處clone方法可以改成任意的名稱，因為Cloneable介面是個空介面，你可以任意定義實現類的方法名，如cloneA或者cloneB，因為此處的重點是super.clone()這句話，super.clone()呼叫的是Object的clone()方法，而在Object類中，clone()是native的，具體怎麼實現，我會在另一篇文章中，關於解讀Java中本地方法的呼叫，此處不再深究。在這兒，我將結合物件的淺複製和深複製來說一下，首先需要了解物件深、淺複製的概念：

淺複製：將一個物件複製後，基本資料型別的變數都會重新建立，而引用型別，指向的還是原物件所指向的。

深複製：將一個物件複製後，不論是基本資料型別還有引用型別，都是重新建立的。簡單來說，就是深複製進行了完全徹底的複製，而淺複製不徹底。

此處，寫一個深淺複製的例子：

1. public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
2.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
3.     private String string;  
4.     private SerializableObject obj;  
5.     /* 淺複製 */  
6.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
7.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
8.         return proto;  
9.     }  
10.     /* 深複製 */  
11.     public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
12.         /* 寫入當前物件的二進位制流 */  
13.         ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
14.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
15.         oos.writeObject(this);  
16.         /* 讀出二進位制流產生的新物件 */  
17.         ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
18.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
19.         return ois.readObject();  
20.     }  
21.     public String getString() {  
22.         return string;  
23.     }  
24.     public void setString(String string) {  
25.         this.string = string;  
26.     }  
27.     public SerializableObject getObj() {  
28.         return obj;  
29.     }  
30.     public void setObj(SerializableObject obj) {  
31.         this.obj = obj;  
32.     }  
33. }  
34. class SerializableObject implements Serializable {  
35.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
36. }  

要實現深複製，需要採用流的形式讀入當前物件的二進位制輸入，再寫出二進位制資料對應的物件。

我們接著討論設計模式，上篇文章我講完了5種建立型模式，這章開始，我將講下7種結構型模式：介面卡模式、裝飾模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。其中物件的介面卡模式是各種模式的起源，我們看下面的圖：

 介面卡模式將某個類的介面轉換成客戶端期望的另一個介面表示，目的是消除由於介面不匹配所造成的類的相容性問題。主要分為三類：類的介面卡模式、物件的介面卡模式、介面的介面卡模式。首先，我們來看看類的介面卡模式，先看類圖：

核心思想就是：有一個Source類，擁有一個方法，待適配，目標介面時Targetable，通過Adapter類，將Source的功能擴充套件到Targetable裡，看程式碼：

1. public class Source {  
2.     public void method1() {  
3.         System.out.println("this is original method!");  
4.     }  
5. }  

1. public interface Targetable {  
2.     /* 與原類中的方法相同 */  
3.     public void method1();  
4.     /* 新類的方法 */  
5.     public void method2();  
6. }  

1. public class Adapter extends Source implements Targetable {  
2.     @Override  
3.     public void method2() {  
4.         System.out.println("this is the targetable method!");  
5.     }  
6. }  

Adapter類繼承Source類，實現Targetable介面，下面是測試類：

1. public class AdapterTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Targetable target = new Adapter();  
4.         target.method1();  
5.         target.method2();  
6.     }  
7. }  

輸出：

this is original method! this is the targetable method!

這樣Targetable介面的實現類就具有了Source類的功能。

物件的介面卡模式

基本思路和類的介面卡模式相同，只是將Adapter類作修改，這次不繼承Source類，而是持有Source類的例項，以達到解決相容性的問題。看圖：

只需要修改Adapter類的原始碼即可：

1. public class Wrapper implements Targetable {  
2.     private Source source;  
3.     public Wrapper(Source source){  
4.         super();  
5.         this.source = source;  
6.     }  
7.     @Override  
8.     public void method2() {  
9.         System.out.println("this is the targetable method!");  
10.     }  
11.     @Override  
12.     public void method1() {  
13.         source.method1();  
14.     }  
15. }  

測試類：

1. public class AdapterTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Source source = new Source();  
4.         Targetable target = new Wrapper(source);  
5.         target.method1();  
6.         target.method2();  
7.     }  
8. }  

輸出與第一種一樣，只是適配的方法不同而已。

第三種介面卡模式是介面的介面卡模式，介面的介面卡是這樣的：有時我們寫的一個介面中有多個抽象方法，當我們寫該介面的實現類時，必須實現該介面的所有方法，這明顯有時比較浪費，因為並不是所有的方法都是我們需要的，有時只需要某一些，此處為了解決這個問題，我們引入了介面的介面卡模式，藉助於一個抽象類，該抽象類實現了該介面，實現了所有的方法，而我們不和原始的介面打交道，只和該抽象類取得聯絡，所以我們寫一個類，繼承該抽象類，重寫我們需要的方法就行。看一下類圖：

這個很好理解，在實際開發中，我們也常會遇到這種介面中定義了太多的方法，以致於有時我們在一些實現類中並不是都需要。看程式碼：

1. public interface Sourceable {  
2.     public void method1();  
3.     public void method2();  
4. }  

抽象類Wrapper2：

1. public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  
2.     public void method1(){}  
3.     public void method2(){}  
4. }  

1. public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  
2.     public void method1(){  
3.         System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  
4.     }  
5. }  

1. public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  
2.     public void method2(){  
3.         System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  
4.     }  
5. }  

1. public class WrapperTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  
4.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  
5.         source1.method1();  
6.         source1.method2();  
7.         source2.method1();  
8.         source2.method2();  
9.     }  
10. }  

測試輸出：

the sourceable interface's first Sub1! the sourceable interface's second Sub2!

達到了我們的效果！

 講了這麼多，總結一下三種介面卡模式的應用場景：

類的介面卡模式：當希望將一個類轉換成滿足另一個新介面的類時，可以使用類的介面卡模式，建立一個新類，繼承原有的類，實現新的介面即可。

物件的介面卡模式：當希望將一個物件轉換成滿足另一個新介面的物件時，可以建立一個Wrapper類，持有原類的一個例項，在Wrapper類的方法中，呼叫例項的方法就行。

介面的介面卡模式：當不希望實現一個介面中所有的方法時，可以建立一個抽象類Wrapper，實現所有方法，我們寫別的類的時候，繼承抽象類即可。

7、裝飾模式（Decorator）

顧名思義，裝飾模式就是給一個物件增加一些新的功能，而且是動態的，要求裝飾物件和被裝飾物件實現同一個介面，裝飾物件持有被裝飾物件的例項，關係圖如下：

Source類是被裝飾類，Decorator類是一個裝飾類，可以為Source類動態的新增一些功能，程式碼如下：

1. public interface Sourceable {  
2.     public void method();  
3. }  

1. public class Source implements Sourceable {  
2.     @Override  
3.     public void method() {  
4.         System.out.println("the original method!");  
5.     }  
6. }  

1. public class Decorator implements Sourceable {  
2.     private Sourceable source;  
3.     public Decorator(Sourceable source){  
4.         super();  
5.         this.source = source;  
6.     }  
7.     @Override  
8.     public void method() {  
9.         System.out.println("before decorator!");  
10.         source.method();  
11.         System.out.println("after decorator!");  
12.     }  
13. }  

測試類：

1. public class DecoratorTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Sourceable source = new Source();  
4.         Sourceable obj = new Decorator(source);  
5.         obj.method();  
6.     }  
7. }  

輸出：

before decorator! the original method! after decorator!

裝飾器模式的應用場景：

1、需要擴充套件一個類的功能。

2、動態的為一個物件增加功能，而且還能動態撤銷。（繼承不能做到這一點，繼承的功能是靜態的，不能動態增刪。）

缺點：產生過多相似的物件，不易排錯！

8、代理模式（Proxy）

其實每個模式名稱就表明了該模式的作用，代理模式就是多一個代理類出來，替原物件進行一些操作，比如我們在租房子的時候回去找中介，為什麼呢？因為你對該地區房屋的資訊掌握的不夠全面，希望找一個更熟悉的人去幫你做，此處的代理就是這個意思。再如我們有的時候打官司，我們需要請律師，因為律師在法律方面有專長，可以替我們進行操作，表達我們的想法。先來看看關係圖：

根據上文的闡述，代理模式就比較容易的理解了，我們看下程式碼：

1. public interface Sourceable {  
2.     public void method();  
3. }  

1. public class Source implements Sourceable {  
2.     @Override  
3.     public void method() {  
4.         System.out.println("the original method!");  
5.     }  
6. }  

1. public class Proxy implements Sourceable {  
2.     private Source source;  
3.     public Proxy(){  
4.         super();  
5.         this.source = new Source();  
6.     }  
7.     @Override  
8.     public void method() {  
9.         before();  
10.         source.method();  
11.         atfer();  
12.     }  
13.     private void atfer() {  
14.         System.out.println("after proxy!");  
15.     }  
16.     private void before() {  
17.         System.out.println("before proxy!");  
18.     }  
19. }  

測試類：

1. public class ProxyTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Sourceable source = new Proxy();  
4.         source.method();  
5.     }  
6. }  

輸出：

before proxy! the original method! after proxy!

代理模式的應用場景：

如果已有的方法在使用的時候需要對原有的方法進行改進，此時有兩種辦法：

1、修改原有的方法來適應。這樣違反了“對擴充套件開放，對修改關閉”的原則。

2、就是採用一個代理類呼叫原有的方法，且對產生的結果進行控制。這種方法就是代理模式。

使用代理模式，可以將功能劃分的更加清晰，有助於後期維護！

9、外觀模式（Facade）

外觀模式是為了解決類與類之家的依賴關係的，像spring一樣，可以將類和類之間的關係配置到配置檔案中，而外觀模式就是將他們的關係放在一個Facade類中，降低了類類之間的耦合度，該模式中沒有涉及到介面，看下類圖：（我們以一個計算機的啟動過程為例）

我們先看下實現類：

1. public class CPU {  
2.     public void startup(){  
3.         System.out.println("cpu startup!");  
4.     }  
5.     public void shutdown(){  
6.         System.out.println("cpu shutdown!");  
7.     }  
8. }  

1. public class Memory {  
2.     public void startup(){  
3.         System.out.println("memory startup!");  
4.     }  
5.     public void shutdown(){  
6.         System.out.println("memory shutdown!");  
7.     }  
8. }  

1. public class Disk {  
2.     public void startup(){  
3.         System.out.println("disk startup!");  
4.     }  
5.     public void shutdown(){  
6.         System.out.println("disk shutdown!");  
7.     }  
8. }  

1. public class Computer {  
2.     private CPU cpu;  
3.     private Memory memory;  
4.     private Disk disk;  
5.     public Computer(){  
6.         cpu = new CPU();  
7.         memory = new Memory();  
8.         disk = new Disk();  
9.     }  
10.     public void startup(){  
11.         System.out.println("start the computer!");  
12.         cpu.startup();  
13.         memory.startup();  
14.         disk.startup();  
15.         System.out.println("start computer finished!");  
16.     }  
17.     public void shutdown(){  
18.         System.out.println("begin to close the computer!");  
19.         cpu.shutdown();  
20.         memory.shutdown();  
21.         disk.shutdown();  
22.         System.out.println("computer closed!");  
23.     }  
24. }  

User類如下：

1. public class User {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Computer computer = new Computer();  
4.         computer.startup();  
5.         computer.shutdown();  
6.     }  
7. }  

輸出：

start the computer! cpu startup! memory startup! disk startup! start computer finished! begin to close the computer! cpu shutdown! memory shutdown! disk shutdown! computer closed!

如果我們沒有Computer類，那麼，CPU、Memory、Disk他們之間將會相互持有例項，產生關係，這樣會造成嚴重的依賴，修改一個類，可能會帶來其他類的修改，這不是我們想要看到的，有了Computer類，他們之間的關係被放在了Computer類裡，這樣就起到了解耦的作用，這，就是外觀模式！

10、橋接模式（Bridge）

橋接模式就是把事物和其具體實現分開，使他們可以各自獨立的變化。橋接的用意是：將抽象化與實現化解耦，使得二者可以獨立變化，像我們常用的JDBC橋DriverManager一樣，JDBC進行連線資料庫的時候，在各個資料庫之間進行切換，基本不需要動太多的程式碼，甚至絲毫不用動，原因就是JDBC提供統一介面，每個資料庫提供各自的實現，用一個叫做資料庫驅動的程式來橋接就行了。我們來看看關係圖：

實現程式碼：

先定義介面：

1. public interface Sourceable {  
2.     public void method();  
3. }  

分別定義兩個實現類：

1. public class SourceSub1 implements Sourceable {  
2.     @Override  
3.     public void method() {  
4.         System.out.println("this is the first sub!");  
5.     }  
6. }  

1. public class SourceSub2 implements Sourceable {  
2.     @Override  
3.     public void method() {  
4.         System.out.println("this is the second sub!");  
5.     }  
6. }  

定義一個橋，持有Sourceable的一個例項：

1. public abstract class Bridge {  
2.     private Sourceable source;  
3.     public void method(){  
4.         source.method();  
5.     }  
6.     public Sourceable getSource() {  
7.         return source;  
8.     }  
9.     public void setSource(Sourceable source) {  
10.         this.source = source;  
11.     }  
12. }  

1. public class MyBridge extends Bridge {  
2.     public void method(){  
3.         getSource().method();  
4.     }  
5. }  

測試類：

1. public class BridgeTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         Bridge bridge = new MyBridge();  
4.         /*呼叫第一個物件*/  
5.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  
6.         bridge.setSource(source1);  
7.         bridge.method();  
8.         /*呼叫第二個物件*/  
9.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  
10.         bridge.setSource(source2);  
11.         bridge.method();  
12.     }  
13. }  

output：

this is the first sub! this is the second sub!

這樣，就通過對Bridge類的呼叫，實現了對介面Sourceable的實現類SourceSub1和SourceSub2的呼叫。接下來我再畫個圖，大家就應該明白了，因為這個圖是我們JDBC連線的原理，有資料庫學習基礎的，一結合就都懂了。

11、組合模式（Composite）

組合模式有時又叫部分-整體模式在處理類似樹形結構的問題時比較方便，看看關係圖：

直接來看程式碼：

1. public class TreeNode {  
2.     private String name;  
3.     private TreeNode parent;  
4.     private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();  
5.     public TreeNode(String name){  
6.         this.name = name;  
7.     }  
8.     public String getName() {  
9.         return name;  
10.     }  
11.     public void setName(String name) {  
12.         this.name = name;  
13.     }  
14.     public TreeNode getParent() {  
15.         return parent;  
16.     }  
17.     public void setParent(TreeNode parent) {  
18.         this.parent = parent;  
19.     }  
20.     //新增孩子節點  
21.     public void add(TreeNode node){  
22.         children.add(node);  
23.     }  
24.     //刪除孩子節點  
25.     public void remove(TreeNode node){  
26.         children.remove(node);  
27.     }  
28.     //取得孩子節點  
29.     public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  
30.         return children.elements();  
31.     }  
32. }  

1. public class Tree {  
2.     TreeNode root = null;  
3.     public Tree(String name) {  
4.         root = new TreeNode(name);  
5.     }  
6.     public static void main(String[] args) {  
7.         Tree tree = new Tree("A");  
8.         TreeNode nodeB = new TreeNode("B");  
9.         TreeNode nodeC = new TreeNode("C");  
10.         nodeB.add(nodeC);  
11.         tree.root.add(nodeB);  
12.         System.out.println("build the tree finished!");  
13.     }  
14. }  

使用場景：將多個物件組合在一起進行操作，常用於表示樹形結構中，例如二叉樹，數等。

12、享元模式（Flyweight）

享元模式的主要目的是實現物件的共享，即共享池，當系統中物件多的時候可以減少記憶體的開銷，通常與工廠模式一起使用。

FlyWeightFactory負責建立和管理享元單元，當一個客戶端請求時，工廠需要檢查當前物件池中是否有符合條件的物件，如果有，就返回已經存在的物件，如果沒有，則建立一個新物件，FlyWeight是超類。一提到共享池，我們很容易聯想到Java裡面的JDBC連線池，想想每個連線的特點，我們不難總結出：適用於作共享的一些個物件，他們有一些共有的屬性，就拿資料庫連線池來說，url、driverClassName、username、password及dbname，這些屬性對於每個連線來說都是一樣的，所以就適合用享元模式來處理，建一個工廠類，將上述類似屬性作為內部資料，其它的作為外部資料，在方法呼叫時，當做引數傳進來，這樣就節省了空間，減少了例項的數量。

看個例子：

看下資料庫連線池的程式碼：

1. public class ConnectionPool {  
2.     private Vector<Connection> pool;  
3.     /*公有屬性*/  
4.     private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
5.     private String username = "root";  
6.     private String password = "root";  
7.     private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  
8.     private int poolSize = 100;  
9.     private static ConnectionPool instance = null;  
10.     Connection conn = null;  
11.     /*構造方法，做一些初始化工作*/  
12.     private ConnectionPool() {  
13.         pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
14.         for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
15.             try {  
16.                 Class.forName(driverClassName);  
17.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
18.                 pool.add(conn);  
19.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
20.                 e.printStackTrace();  
21.             } catch (SQLException e) {  
22.                 e.printStackTrace();  
23.             }  
24.         }  
25.     }  
26.     /* 返回連線到連線池 */  
27.     public synchronized void release() {  
28.         pool.add(conn);  
29.     }  
30.     /* 返回連線池中的一個數據庫連線 */  
31.     public synchronized Connection getConnection() {  
32.         if (pool.size() > 0) {  
33.             Connection conn = pool.get(0);  
34.             pool.remove(conn);  
35.             return conn;  
36.         } else {  
37.             return null;  
38.         }  
39.     }  
40. }  

通過連線池的管理，實現了資料庫連線的共享，不需要每一次都重新建立連線，節省了資料庫重新建立的開銷，提升了系統的效能！本章講解了7種結構型模式，因為篇幅的問題，剩下的11種行為型模式，

本章是關於設計模式的最後一講，會講到第三種設計模式——行為型模式，共11種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態模式、訪問者模式、中介者模式、直譯器模式。這段時間一直在寫關於設計模式的東西，終於寫到一半了，寫博文是個很費時間的東西，因為我得為讀者負責，不論是圖還是程式碼還是表述，都希望能儘量寫清楚，以便讀者理解，我想不論是我還是讀者，都希望看到高質量的博文出來，從我本人出發，我會一直堅持下去，不斷更新，源源動力來自於讀者朋友們的不斷支援，我會盡自己的努力，寫好每一篇文章！希望大家能不斷給出意見和建議，共同打造完美的博文！

先來張圖，看看這11中模式的關係：

第一類：通過父類與子類的關係進行實現。第二類：兩個類之間。第三類：類的狀態。第四類：通過中間類

13、策略模式（strategy）

策略模式定義了一系列演算法，並將每個演算法封裝起來，使他們可以相互替換，且演算法的變化不會影響到使用演算法的客戶。需要設計一個介面，為一系列實現類提供統一的方法，多個實現類實現該介面，設計一個抽象類（可有可無，屬於輔助類），提供輔助函式，關係圖如下：

圖中ICalculator提供同意的方法， AbstractCalculator是輔助類，提供輔助方法，接下來，依次實現下每個類：

首先統一介面：

1. public interface ICalculator {  
2.     public int calculate(String exp);  
3. }  

輔助類：

1. public abstract class AbstractCalculator {  
2.     public int[] split(String exp,String opt){  
3.         String array[] = exp.split(opt);  
4.         int arrayInt[] = new int[2];  
5.         arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  
6.         arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  
7.         return arrayInt;  
8.     }  
9. }  

三個實現類：

1. public class Plus extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
2.     @Override  
3.     public int calculate(String exp) {  
4.         int arrayInt[] = split(exp,"\\+");  
5.         return arrayInt[0]+arrayInt[1];  
6.     }  
7. }  

1. public class Minus extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
2.     @Override  
3.     public int calculate(String exp) {  
4.         int arrayInt[] = split(exp,"-");  
5.         return arrayInt[0]-arrayInt[1];  
6.     }  
7. }  

1. public class Multiply extends AbstractCalculator implements ICalculator {  
2.     @Override  
3.     public int calculate(String exp) {  
4.         int arrayInt[] = split(exp,"\\*");  
5.         return arrayInt[0]*arrayInt[1];  
6.     }  
7. }  

簡單的測試類：

1. public class StrategyTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         String exp = "2+8";  
4.         ICalculator cal = new Plus();  
5.         int result = cal.calculate(exp);  
6.         System.out.println(result);  
7.     }  
8. }  

輸出：10

策略模式的決定權在使用者，系統本身提供不同演算法的實現，新增或者刪除演算法，對各種演算法做封裝。因此，策略模式多用在演算法決策系統中，外部使用者只需要決定用哪個演算法即可。

14、模板方法模式（Template Method）

解釋一下模板方法模式，就是指：一個抽象類中，有一個主方法，再定義1...n個方法，可以是抽象的，也可以是實際的方法，定義一個類，繼承該抽象類，重寫抽象方法，通過呼叫抽象類，實現對子類的呼叫，先看個關係圖：

就是在AbstractCalculator類中定義一個主方法calculate，calculate()呼叫spilt()等，Plus和Minus分別繼承AbstractCalculator類，通過對AbstractCalculator的呼叫實現對子類的呼叫，看下面的例子：

1. public abstract class AbstractCalculator {  
2.     /*主方法，實現對本類其它方法的呼叫*/  
3.     public final int calculate(String exp,String opt){  
4.         int array[] = split(exp,opt);  
5.         return calculate(array[0],array[1]);  
6.     }  
7.     /*被子類重寫的方法*/  
8.     abstract public int calculate(int num1,int num2);  
9.     public int[] split(String exp,String opt){  
10.         String array[] = exp.split(opt);  
11.         int arrayInt[] = new int[2];  
12.         arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);  
13.         arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);  
14.         return arrayInt;  
15.     }  
16. }  

1. public class Plus extends AbstractCalculator {  
2.     @Override  
3.     public int calculate(int num1,int num2) {  
4.         return num1 + num2;  
5.     }  
6. }  

測試類：

1. public class StrategyTest {  
2.     public static void main(String[] args) {  
3.         String exp = "8+8";  
4.         AbstractCalculator cal = new Plus();  
5.         int result = cal.calculate(exp, "\\+");  
6.         System.out.println(result);  
7.     }  
8. }  

我跟蹤下這個小程式的執行過程：首先將exp和"\\+"做引數，呼叫AbstractCalculator類裡的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)裡呼叫同類的split()，之後再呼叫calculate(int ,int)方法，從這個方法進入到子類中，執行完return num1 + num2後，將值返回到AbstractCalculator類，賦給result，打印出來。正好驗證了我們開頭的思路。

15、觀察者模式（Observer）

包括這個模式在內的接下來的四個模式，都是類和類之間的關係，不涉及到繼承，學的時候應該 記得歸納，記得本文最開始的那個圖。觀察者模式很好理解，類似於郵件訂閱和RSS訂閱，當我們瀏覽一些部落格或wiki時，經常會看到RSS圖示，就這的意思是，當你訂閱了該文章，如果後續有更新，會及時通知你