Java常用设计模式

引言

设计模式是软件工程中的一种模板，用于解决在软件设计过程中遇到的常见问题。设计模式不是代码，而是解决特定问题的策略。Java作为一种面向对象的编程语言，提供了丰富的特性来实现各种设计模式。

创建型模式

创建型模式主要关注对象的创建过程，隐藏创建逻辑，实例化对象的代码不会依赖于具体类。Java中常见的创建型模式有：

1. 单例模式（Singleton）

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

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

2. 工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。

interface Product { void use(); }
class ConcreteProduct implements Product { public void use() { ... } }
abstract class Creator { abstract Product factoryMethod(); }
class ConcreteCreator extends Creator {public Product factoryMethod() { return new ConcreteProduct(); }
}

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

抽象工厂模式创建相关或依赖对象的家族，而不需明确指定具体类。

interface ProductA { void useA(); }
interface ProductB { void useB(); }
interface AbstractFactory { ProductA createProductA(); ProductB createProductB(); }
class ConcreteFactory implements AbstractFactory {public ProductA createProductA() { return new ProductAImpl(); }public ProductB createProductB() { return new ProductBImpl(); }
}

4. 建造者模式（Builder）

建造者模式用于创建一个复杂对象，同时允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就能构建它们。

class Product {public void setPart(String part) { ... }public static class Builder {private Product product = new Product();public Builder setPart(String part) {product.setPart(part);return this;}public Product build() { return product; }}
}

5. 原型模式（Prototype）

原型模式通过拷贝现有的实例创建新的实例，而不是通过新建。

class Prototype implements Cloneable {public void use() { ... }public Prototype clone() { ... }
}

结构型模式

结构型模式主要关注对象的组合，继承和成员管理，它们定义了如何将对象组合成更大的结构。

1. 适配器模式（Adapter）

适配器模式将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。

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

2. 装饰器模式（Decorator）

装饰器模式动态地给一个对象添加额外的职责。

interface Component { void operate(); }
abstract class Decorator implements Component {protected Component component;public Decorator(Component component) { this.component = component; }public void operate() { component.operate(); }
}
class ConcreteComponent implements Component { public void operate() { ... } }
class ConcreteDecoratorA extends Decorator {public ConcreteDecoratorA(Component component) { super(component); }public void operate() {super.operate();// 添加额外职责}
}

3. 代理模式（Proxy）

代理模式为另一个对象提供一个代替或占位符，以控制对它的访问。

interface Subject { void request(); }
class RealSubject implements Subject { public void request() { ... } }
class Proxy implements Subject {private RealSubject realSubject;public Proxy() { this.realSubject = new RealSubject(); }public void request() {// 代理职责realSubject.request();}
}

4. 外观模式（Facade）

外观模式提供了一个统一的高层接口，用来访问子系统中的一群接口。

class SubSystemOne { public void operation1() { ... } }
class SubSystemTwo { public void operation2() { ... } }
class Facade {private SubSystemOne one;private SubSystemTwo two;public Facade() { one = new SubSystemOne(); two = new SubSystemTwo(); }public void operation() {one.operation1();two.operation2();}
}

5. 桥接模式（Bridge）

桥接模式将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立地变化。

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

行为型模式

行为型模式主要关注对象间的通信，它们将对象的行为和算法封装起来，独立于客户端。

1. 策略模式（Strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以互换。

interface Strategy { void algorithm(); }
class ConcreteStrategyA implements Strategy { public void algorithm() { ... } }
class Context {private Strategy strategy;public Context(Strategy strategy) { this.strategy = strategy; }public void executeStrategy() { strategy.algorithm(); }
}

2. 模板方法模式（Template Method）

模板方法模式定义了一个算法的骨架，将一些步骤的执行延迟到子类。

abstract class AbstractClass {public void templateMethod() {baseOperation1();baseOperation2();operation();}protected abstract void operation();protected void baseOperation1() { ... }protected void baseOperation2() { ... }
}
class ConcreteClass extends AbstractClass {protected void operation() { ... }
}

3. 观察者模式（Observer）

观察者模式定义了对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖于它的对象都得到通知并自动更新。

interface Observer { void update(); }
interface Subject {void attach(Observer o);void detach(Observer o);void notifyObservers();
}
class ConcreteSubject implements Subject {private List<Observer> observers = new ArrayList<>();public void attach(Observer o) { observers.add(o); }public void detach(Observer o) { observers.remove(o); }public void notifyObservers() {for (Observer observer : observers) {observer.update();}}
}

4. 迭代器模式（Iterator）

迭代器模式提供一种顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部的表示。

interface Iterator {boolean hasNext();Object next();
}
interface Aggregate {Iterator createIterator();
}
class ConcreteIterator implements Iterator {private List<Object> items;private int position = 0;public ConcreteIterator(List<Object> items) { this.items = items; }public boolean hasNext() { return position < items.size(); }public Object next() { return items.get(position++); }
}

5. 责任链模式（Chain of Responsibility）

责任链模式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。

interface Handler {void handleRequest(Request request);
}
class ConcreteHandlerA extends Handler {private Handler next;public void setNext(Handler next) { this.next = next; }public void handleRequest(Request request) {if (next != null) {next.handleRequest(request);}}
}

结语

设计模式是软件开发过程中的宝贵财富，它们提供了解决特定问题的通用方法。掌握设计模式不仅能够帮助开发者写出更加优雅、灵活和可维护的代码，而且能够促进团队之间的沟通和代码的共享。Java作为一门广泛应用的编程语言，其对设计模式的支持非常全面，学习和应用Java设计模式对于提升编程技能至关重要。