Java常用设计模式总结及应用场景分析

常用的设计模式分类：
创建型（创建一个对象）：单例模式、工厂模式、抽象工厂模式
结构型（将几个对象组织成一个结构）：桥接模式、外观模式、代理模式
行为型（多个对象间的通信）：观察者模式、策略模式
其中，工厂模式、桥接模式、策略模式有点像，放在一起理解（几个对象具有共同特征，因此继承共同的接口，然后通过工厂、桥去访问）。另外，工厂模式和外观模式（几个对象间有先后关系，是串行的，而非工厂模式中的并行，因此几个对象组合成一个外观类，通过这个外观类来访问）区别很明显，也因此放在一起理解。

参考引用：

设计模式定义

被反复使用的，代码设计经验的总结。

设计模式的原则

总结起来，就是多用接口/抽象类，从而增加代码的可扩展性(减少修改代码)。降低模块间的依赖和联系。
体现了OOP的模块化、可扩展性等特征。

工厂模式

定义与使用场合：现在需要创建几个对象，且这几个对象有共同特征，则不需要具体创建各个对象，而是创建对象工厂类即可。
一般常用静态工厂模式。
例子：发送邮件和短信（共同特征：发送的消息）

public interface Sender { public void Send(); }  
 
 
  
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public class MailSender implements Sender { 
    @Override public void Send() { System.out.println("this is mailsender!"); } }  
 
 
  
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public class SmsSender implements Sender { 
    @Override public void Send() { System.out.println("this is sms sender!"); } }  
 
 
  
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public class SendFactory { public static Sender produceMail(){ return new MailSender(); } public static Sender produceSms(){ return new SmsSender(); } }  
 
 
  
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public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { Sender sender = SendFactory.produceMail(); sender.Send(); } }  
 
 
  
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抽象工厂模式

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则。
定义与使用场景：同上。
例子：同上。

public interface Provider { public Sender produce(); }  
 
 
  
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public class SendMailFactory implements Provider { 
    @Override public Sender produce(){ return new MailSender(); } }  
 
 
  
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public class SendSmsFactory implements Provider{ 
    @Override public Sender produce() { return new SmsSender(); } }  
 
 
  
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public class Test { public static void main(String[] args) { Provider provider = new SendMailFactory(); Sender sender = provider.produce(); sender.Send(); } }  
 
 
  
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总结：如果要新增发送微信，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！
所有工厂模式中，抽象工厂模式最先进。

策略模式及与工厂模式的区别

定义与使用场合：一个系统需要动态地在几种类似的算法中选择一种。
与工厂模式异同：实例化一个对象的位置不同。对工厂模式而言，实例化对象是放在了工厂类里面。而策略模式实例化对象的操作在调用的地方。本质都是继承与多态。
例子： 现有 加/减/乘 几种算法，输入参数返回值都一样（可以理解成类似的算法）。现在需要在调用时动态配置算法策略，实现对不同算法的调用。

public interface Strategy { public int doOperation(int num1, int num2); } 
 
 
  
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public class OperationAdd implements Strategy{ 
    @Override public int doOperation(int num1, int num2) { return num1 + num2; } } 
 
 
  
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public class OperationSubstract implements Strategy{ 
    @Override public int doOperation(int num1, int num2) { return num1 - num2; } } 
 
 
  
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public class OperationMultiply implements Strategy{ 
    @Override public int doOperation(int num1, int num2) { return num1 * num2; } } 
 
 
  
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public class Context { private Strategy strategy; public Context(Strategy strategy){ this.strategy = strategy; } public int executeStrategy(int num1, int num2){ return strategy.doOperation(num1, num2); } } 
 
 
  
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public class StrategyPatternDemo { public static void main(String[] args) { //实例化对象的位置在调用处 Context context = new Context(new OperationAdd()); System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5)); context = new Context(new OperationSubstract()); System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5)); context = new Context(new OperationMultiply()); System.out.println("10 * 5 = " + context.executeStrategy(10, 5)); } } 
 
 
  
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单例模式

定义及使用场合：只有一个对象被创建。
例子：
建议采用 饿汉式 创建方法。线程安全，容易实现。初始化慢一点。

public class SingleObject { //创建 SingleObject 的一个对象 private static SingleObject instance = new SingleObject(); //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化 private SingleObject(){} //获取唯一可用的对象 public static SingleObject getInstance(){ return instance; } } 
 
 
  
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观察者模式

定义与使用场景：一个对象(subject)被其他多个对象(observer)所依赖。则当一个对象变化时，发出通知，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化。
比如 声音报警器和闪光灯报警器分别订阅热水器温度，热水器温度过高时，发出通知，两个报警器分别发声、闪光以实现报警。
又比如很多人订阅微信公众号，该公众号有更新文章时，自动通知每个订阅的用户。
实现：1,多个观察者要订阅这个对象 2，这个对象要发出通知

例子：

public interface Observer { public void update(); }  
 
 
  
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public class Observer1 implements Observer { 
    @Override public void update() { System.out.println("observer1 has received!"); } }  
 
 
  
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public class Observer2 implements Observer { 
    @Override public void update() { System.out.println("observer2 has received!"); } }  
 
 
  
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public interface Subject { /*增加观察者*/ public void add(Observer observer); /*删除观察者*/ public void del(Observer observer); /*通知所有的观察者*/ public void notifyObservers(); /*自身的操作*/ public void operation(); }  
 
 
  
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public abstract class AbstractSubject implements Subject { 
    private Vector 
  
    vector = 
   new Vector 
   
     (); 
    @Override 
    public 
    void 
    add(Observer observer) { vector.add(observer); } 
    @Override 
    public 
    void 
    del(Observer observer) { vector.remove(observer); } 
    @Override 
    public 
    void 
    notifyObservers() { Enumeration 
    
      enumo = vector.elements(); 
     while(enumo.hasMoreElements()){ enumo.nextElement().update(); } } 
     
    
   
 
 
  
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public class MySubject extends AbstractSubject { 
    @Override public void operation() { System.out.println("update self!"); notifyObservers(); } }  
 
 
  
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public class ObserverTest { public static void main(String[] args) { Subject sub = new MySubject(); sub.add(new Observer1()); //订阅这个对象 sub.add(new Observer2()); sub.operation(); //发出改变的一个通知 } }  
 
 
  
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代理模式

定义与使用场景：一个代理类代表一个真实类的功能，通过访问代理类来实现对真实类的访问。
比如买火车票这件小事：黄牛相当于是火车站的代理，我们可以通过黄牛买票，但只能去火车站进行改签和退票。
又比如需要对原有的方法进行修改，就是采用一个代理类调用原有的方法，以避免修改原有代码。
例子：

一个真实对象realSubject提供一个代理对象proxy。通过proxy可以调用realSubject的部分功能*，并添加一些额外的业务处理*，同时可以屏蔽realSubject中未开放的接口。
1、RealSubject 是委托类，Proxy 是代理类；
2、Subject 是委托类和代理类的接口；
3、request() 是委托类和代理类的共同方法；

interface Subject { 
    void request(); } class RealSubject implements Subject { 
    public void request(){ System.out.println("RealSubject"); } } class Proxy implements Subject { 
    private Subject subject; public Proxy(Subject subject){ this.subject = subject; } public void request(){ System.out.println("begin"); subject.request(); System.out.println("end"); } } public class ProxyTest { 
    public static void main(String args[]) { RealSubject subject = new RealSubject(); Proxy p = new Proxy(subject); p.request(); } } 
 
 
  
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桥接模式及与策略模式的区别

定义与使用场景：访问多种数据库驱动（多个具有共同特征的数据库驱动），不是直接访问，而是通过DriverManager桥来访问。

例子： 不再具体实现了。

与策略模式的区别：(个人觉得较复杂，了解即可。本质都是面向接口编程，体现继承与多态)
策略模式：我要画圆，要实心圆，我可以用solidPen来配置，画虚线圆可以用dashedPen来配置。这是strategy模式。
桥接模式：同样是画圆，我是在windows下来画实心圆，就用windowPen+solidPen来配置，在unix下画实心圆就用unixPen+solidPen来配置。如果要再windows下画虚线圆，就用windowsPen+dashedPen来配置，要在unix下画虚线圆，就用unixPen+dashedPen来配置。
所以相对策略模式，桥接模式要表达的内容要更多，结构也更加复杂。

外观模式

定义与使用场景：见例子。又比如，去医院看病，可能要去挂号、门诊、划价、取药，让患者或患者家属觉得很复杂，如果有提供接待人员，只让接待人员来处理，就很方便。
例子：计算机启动，需要先启动CPU，再启动memory，最后启动disk。这三个类之间具有先后关系（依赖关系）。

与工厂模式的区别：工程模式多个类具有共同特征（继承一个共同的接口），是并列的。而外观模式多个类是有先后关系，是串行的，用组合。

贴部分代码：

public class Computer { //是组合，而非继承。这是与工程模式的显著区别。 private CPU cpu; private Memory memory; private Disk disk; public Computer(){ cpu = new CPU(); memory = new Memory(); disk = new Disk(); } public void startup(){ System.out.println("start the computer!"); cpu.startup(); memory.startup(); disk.startup(); System.out.println("start computer finished!"); } public void shutdown(){ System.out.println("begin to close the computer!"); cpu.shutdown(); memory.shutdown(); disk.shutdown(); System.out.println("computer closed!"); } }  
 
 
  
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public class User { public static void main(String[] args) { Computer computer = new Computer(); //将计算机的启动过程封装成一个类 computer.startup(); computer.shutdown(); } }  
 
 
  
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生产者-消费者模式

定义与使用场景：生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。
例子：缓冲区一般为队列（FIFO），但在生产消费较为频繁时，队列push，pop内存消耗较大，此时可以考虑环形缓冲区（以数组、链表方式实现）。
通过互斥锁防止缓冲区同时读写。通过信号量控制缓冲区大小（满的时候不允许写，空的时候不允许读）