设计模式 | zsStrike

设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。本文介绍设计模式。

设计模式简介

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。

GoF：四位作者合称，他们提出的设计模式主要基于以下面向对象设计原则：

对接口编程而不是对实现编程。
优先使用对象组合而不是继承。

设计模式的用途：是开发人员的共同平台，代表着最佳的实践。

设计模式的类型：创建型模式，结构型模式，行为型模式。另外将介绍 J2EE 模式：

创建型模式：这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。
- 工厂模式（Factory Pattern）
- 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
- 单例模式（Singleton Pattern）
- 建造者模式（Builder Pattern）
- 原型模式（Prototype Pattern）
结构型模式：这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。
- 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，目的是兼容性
- 桥接模式（Bridge Pattern）
- 过滤器模式（Filter、Criteria Pattern）
- 组合模式（Composite Pattern）
- 装饰器模式（Decorator Pattern）：Java IO 中的 BufferedReader
- 外观模式（Facade Pattern）
- 享元模式（Flyweight Pattern）
- 代理模式（Proxy Pattern）
行为型模式：这些设计模式特别关注对象之间的通信。
- 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）
- 命令模式（Command Pattern）
- 解释器模式（Interpreter Pattern）：JVM 解释字节码
- 迭代器模式（Iterator Pattern）：Java 中的容器类提供的迭代器
- 中介者模式（Mediator Pattern）
- 备忘录模式（Memento Pattern）
- 观察者模式（Observer Pattern）：分为 Observer 和 Subject，注意和发布订阅模式的区别，其包含三个组件，Publisher，Subscriber，Broker（经纪人），可以实现更加松耦合的效果
- 状态模式（State Pattern）
- 空对象模式（Null Object Pattern）
- 策略模式（Strategy Pattern）：根据策略执行不同的操作，用户对策略不透明
- 模板模式（Template Pattern）
- 访问者模式（Visitor Pattern）
J2EE 模式：这些设计模式特别关注表示层。这些模式是由 Sun Java Center 鉴定的。
- MVC 模式（MVC Pattern）：MVC 可以组成一个类似有向三角形状，MVVM 则通过 VM 连接 M 和 V，支持双向绑定，视图和 VM 之间一者修改就会触发更新
- 业务代表模式（Business Delegate Pattern）
- 组合实体模式（Composite Entity Pattern）
- 数据访问对象模式（Data Access Object Pattern）
- 前端控制器模式（Front Controller Pattern）
- 拦截过滤器模式（Intercepting Filter Pattern）
- 服务定位器模式（Service Locator Pattern）
- 传输对象模式（Transfer Object Pattern）

设计模式六大原则：

开闭原则：对扩展开放，对修改关闭，实现热插拔，提高扩展性
里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现，实现抽象的规范，实现子父类互相替换
依赖倒转原则：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体
接口隔离原则：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好，降低类之间的耦合度
迪米特法则：一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立
合成复用原则：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

工厂模式

介绍：工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

优点：1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。 2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。 3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。

缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。

使用场景： 1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。 2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。 3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，”POP3”、”IMAP”、”HTTP”，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。

实现：

工厂模式的 UML 图

public class ShapeFactory {
    
   //使用 getShape 方法获取形状类型的对象
   public Shape getShape(String shapeType){
      if(shapeType == null){
         return null;
      }        
      if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
         return new Circle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
         return new Rectangle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
         return new Square();
      }
      return null;
   }
}

抽象工厂模式

介绍：抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

优点：当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。

实现：

抽象工厂模式的 UML 图

public class FactoryProducer {
   public static AbstractFactory getFactory(String choice){
      if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){
         return new ShapeFactory();
      } else if(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){
         return new ColorFactory();
      }
      return null;
   }
}

单例模式

介绍：单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

优点：1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。

缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

使用场景：1、要求生产唯一序列号。2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

实现：

单例模式的 UML 图

懒汉式，线程不安全

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

懒汉式，线程安全

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

饿汉式

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

双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）：采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
    public static Singleton getSingleton() {  
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (singleton == null) {  
                    singleton = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
    	return singleton;  
    }  
}

静态内部类：能达到和双重校验锁一样的效果，但是实现更加简单

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

枚举：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
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public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}

建造者模式

介绍：建造者模式（Builder Pattern）使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象。该 Builder 类是独立于其他对象的。

优点： 1、建造者独立，易扩展。 2、便于控制细节风险。

缺点： 1、产品必须有共同点，范围有限制。 2、如内部变化复杂，会有很多的建造类。

使用场景： 1、需要生成的对象具有复杂的内部结构。 2、需要生成的对象内部属性本身相互依赖。

实现：

建造者模式的 UML 图

public class MealBuilder {
 
   public Meal prepareVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new VegBurger());
      meal.addItem(new Coke());
      return meal;
   }   
 
   public Meal prepareNonVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new ChickenBurger());
      meal.addItem(new Pepsi());
      return meal;
   }
}

原型模式

介绍：原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。

优点： 1、性能提高。 2、逃避构造函数的约束。

缺点： 1、配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。 2、必须实现 Cloneable 接口。

使用场景： 1、资源优化场景。 2、类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。 3、性能和安全要求的场景。 4、通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。 5、一个对象多个修改者的场景。 6、一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。 7、在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 浑然一体，大家可以随手拿来使用。

实现：

原型模式的 UML 图

import java.util.Hashtable;
 
public class ShapeCache {
    
   private static Hashtable<String, Shape> shapeMap 
      = new Hashtable<String, Shape>();
 
   public static Shape getShape(String shapeId) {
      Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
      return (Shape) cachedShape.clone();
   }
 
   // 对每种形状都运行数据库查询，并创建该形状
   // shapeMap.put(shapeKey, shape);
   // 例如，我们要添加三种形状
   public static void loadCache() {
      Circle circle = new Circle();
      circle.setId("1");
      shapeMap.put(circle.getId(),circle);
 
      Square square = new Square();
      square.setId("2");
      shapeMap.put(square.getId(),square);
 
      Rectangle rectangle = new Rectangle();
      rectangle.setId("3");
      shapeMap.put(rectangle.getId(),rectangle);
   }
}

public abstract class Shape implements Cloneable {
   
   private String id;
   protected String type;
   
   abstract void draw();
   
   public String getType(){
      return type;
   }
   
   public String getId() {
      return id;
   }
   
   public void setId(String id) {
      this.id = id;
   }
   
   public Object clone() {	// clone 方法实现
      Object clone = null;
      try {
         clone = super.clone();
      } catch (CloneNotSupportedException e) {
         e.printStackTrace();
      }
      return clone;
   }
}

适配器模式

介绍：适配器模式（Adapter Pattern）是作为两个不兼容的接口之间的桥梁。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责加入独立的或不兼容的接口功能。举个真实的例子，读卡器是作为内存卡和笔记本之间的适配器。您将内存卡插入读卡器，再将读卡器插入笔记本，这样就可以通过笔记本来读取内存卡。

优点： 1、可以让任何两个没有关联的类一起运行。 2、提高了类的复用。 3、增加了类的透明度。 4、灵活性好。

缺点： 1、过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。比如，明明看到调用的是 A 接口，其实内部被适配成了 B 接口的实现，一个系统如果太多出现这种情况，无异于一场灾难。因此如果不是很有必要，可以不使用适配器，而是直接对系统进行重构。 2.由于 JAVA 至多继承一个类，所以至多只能适配一个适配者类，而且目标类必须是抽象类。

使用场景：有动机地修改一个正常运行的系统的接口，这时应该考虑使用适配器模式。

实现：

适配器模式的 UML 图

public class MediaAdapter implements MediaPlayer {
 
   AdvancedMediaPlayer advancedMusicPlayer;
 
   public MediaAdapter(String audioType){
      if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc") ){
         advancedMusicPlayer = new VlcPlayer();       
      } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")){
         advancedMusicPlayer = new Mp4Player();
      }  
   }
 
   @Override
   public void play(String audioType, String fileName) {
      if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc")){
         advancedMusicPlayer.playVlc(fileName);
      }else if(audioType.equalsIgnoreCase("mp4")){
         advancedMusicPlayer.playMp4(fileName);
      }
   }
}

public class AudioPlayer implements MediaPlayer {
   MediaAdapter mediaAdapter; 
 
   @Override
   public void play(String audioType, String fileName) {    
 
      //播放 mp3 音乐文件的内置支持
      if(audioType.equalsIgnoreCase("mp3")){
         System.out.println("Playing mp3 file. Name: "+ fileName);         
      } 
      //mediaAdapter 提供了播放其他文件格式的支持
      else if(audioType.equalsIgnoreCase("vlc") 
         || audioType.equalsIgnoreCase("mp4")){
         mediaAdapter = new MediaAdapter(audioType);
         mediaAdapter.play(audioType, fileName);
      }
      else{
         System.out.println("Invalid media. "+
            audioType + " format not supported");
      }
   }   
}

桥接模式

介绍：桥接（Bridge）是用于把抽象化与实现化解耦，使得二者可以独立变化。这种模式涉及到一个作为桥接的接口，使得实体类的功能独立于接口实现类。这两种类型的类可被结构化改变而互不影响。

优点： 1、抽象和实现的分离。 2、优秀的扩展能力。 3、实现细节对客户透明。

缺点：桥接模式的引入会增加系统的理解与设计难度，由于聚合关联关系建立在抽象层，要求开发者针对抽象进行设计与编程。

使用场景： 1、如果一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色之间增加更多的灵活性，避免在两个层次之间建立静态的继承联系，通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系。 2、对于那些不希望使用继承或因为多层次继承导致系统类的个数急剧增加的系统，桥接模式尤为适用。 3、一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展。

实现：

桥接模式的 UML 图

public abstract class Shape {
   protected DrawAPI drawAPI;
   protected Shape(DrawAPI drawAPI){
      this.drawAPI = drawAPI;
   }
   public abstract void draw();  
}

过滤器模式

介绍：过滤器模式（Filter Pattern）或标准模式（Criteria Pattern）是一种设计模式，这种模式允许开发人员使用不同的标准来过滤一组对象，通过逻辑运算以解耦的方式把它们连接起来。

实现：

过滤器模式的 UML 图

import java.util.List;
 
public interface Criteria {
   public List<Person> meetCriteria(List<Person> persons);
}

组合模式

介绍：组合模式（Composite Pattern），又叫部分整体模式，是用于把一组相似的对象当作一个单一的对象。组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。这种模式创建了一个包含自己对象组的类。该类提供了修改相同对象组的方式。所谓组合模式，其实说的是对象包含对象的问题，通过组合的方式（在对象内部引用对象）来进行布局。

优点： 1、高层模块调用简单。 2、节点自由增加。

缺点：在使用组合模式时，其叶子和树枝的声明都是实现类，而不是接口，违反了依赖倒置原则。

使用场景：部分、整体场景，如树形菜单，文件、文件夹的管理。

实现：

组合模式的 UML 图

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Employee {
   private String name;
   private String dept;
   private int salary;
   private List<Employee> subordinates;
 
   //构造函数
   public Employee(String name,String dept, int sal) {
      this.name = name;
      this.dept = dept;
      this.salary = sal;
      subordinates = new ArrayList<Employee>();
   }
 
   public void add(Employee e) {
      subordinates.add(e);
   }
 
   public void remove(Employee e) {
      subordinates.remove(e);
   }
 
   public List<Employee> getSubordinates(){
     return subordinates;
   }
 
   public String toString(){
      return ("Employee :[ Name : "+ name 
      +", dept : "+ dept + ", salary :"
      + salary+" ]");
   }   
}

装饰器模式

介绍：装饰器模式（Decorator Pattern）允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种模式创建了一个装饰类，用来包装原有的类，并在保持类方法签名完整性的前提下，提供了额外的功能。

优点：装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合，装饰模式是继承的一个替代模式，装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。

缺点：多层装饰比较复杂。

使用场景： 1、扩展一个类的功能。 2、动态增加功能，动态撤销。

实现：

装饰器模式的 UML 图

public abstract class ShapeDecorator implements Shape {
   protected Shape decoratedShape;
 
   public ShapeDecorator(Shape decoratedShape){
      this.decoratedShape = decoratedShape;
   }
 
   public void draw(){
      decoratedShape.draw();
   }  
}

public class RedShapeDecorator extends ShapeDecorator {
 
   public RedShapeDecorator(Shape decoratedShape) {
      super(decoratedShape);     
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      decoratedShape.draw();         
      setRedBorder(decoratedShape);
   }
 
   private void setRedBorder(Shape decoratedShape){
      System.out.println("Border Color: Red");
   }
}

外观模式

介绍：外观模式（Facade Pattern）隐藏系统的复杂性，并向客户端提供了一个客户端可以访问系统的接口。这种模式涉及到一个单一的类，该类提供了客户端请求的简化方法和对现有系统类方法的委托调用。

优点： 1、减少系统相互依赖。 2、提高灵活性。 3、提高了安全性。

缺点：不符合开闭原则，如果要改东西很麻烦，继承重写都不合适。

使用场景： 1、为复杂的模块或子系统提供外界访问的模块。 2、子系统相对独立。 3、预防低水平人员带来的风险。

实现：

外观模式的 UML 图

public class ShapeMaker {
   private Shape circle;
   private Shape rectangle;
   private Shape square;
 
   public ShapeMaker() {
      circle = new Circle();
      rectangle = new Rectangle();
      square = new Square();
   }
 
   public void drawCircle(){
      circle.draw();
   }
   public void drawRectangle(){
      rectangle.draw();
   }
   public void drawSquare(){
      square.draw();
   }
}

享元模式

介绍：享元模式（Flyweight Pattern）主要用于减少创建对象的数量，以减少内存占用和提高性能。享元模式尝试重用现有的同类对象，如果未找到匹配的对象，则创建新对象。

优点：大大减少对象的创建，降低系统的内存，使效率提高。

缺点：提高了系统的复杂度，需要分离出外部状态和内部状态，而且外部状态具有固有化的性质，不应该随着内部状态的变化而变化，否则会造成系统的混乱。

使用场景： 1、系统有大量相似对象。 2、需要缓冲池的场景。

实现：

享元模式的 UML 图

import java.util.HashMap;
 
public class ShapeFactory {
   private static final HashMap<String, Shape> circleMap = new HashMap<>();
 
   public static Shape getCircle(String color) {
      Circle circle = (Circle)circleMap.get(color);
 
      if(circle == null) {
         circle = new Circle(color);
         circleMap.put(color, circle);
         System.out.println("Creating circle of color : " + color);
      }
      return circle;
   }
}

代理模式

介绍：在代理模式（Proxy Pattern）中，一个类代表另一个类的功能。这种类型的设计模式属于结构型模式。在代理模式中，我们创建具有现有对象的对象，以便向外界提供功能接口。

优点： 1、职责清晰。 2、高扩展性。 3、智能化。

缺点： 1、由于在客户端和真实主题之间增加了代理对象，因此有些类型的代理模式可能会造成请求的处理速度变慢。 2、实现代理模式需要额外的工作，有些代理模式的实现非常复杂。

使用场景：按职责来划分，通常有以下使用场景： 1、远程代理。 2、虚拟代理。 3、Copy-on-Write 代理。 4、保护（Protect or Access）代理。 5、Cache代理。 6、防火墙（Firewall）代理。 7、同步化（Synchronization）代理。 8、智能引用（Smart Reference）代理。

实现：

代理模式的 UML 图

public class ProxyImage implements Image{
 
   private RealImage realImage;
   private String fileName;
 
   public ProxyImage(String fileName){
      this.fileName = fileName;
   }
 
   @Override
   public void display() {
      if(realImage == null){
         realImage = new RealImage(fileName);
      }
      realImage.display();
   }
}

责任链模式

介绍：责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）为请求创建了一个接收者对象的链。这种模式给予请求的类型，对请求的发送者和接收者进行解耦。在这种模式中，通常每个接收者都包含对另一个接收者的引用。如果一个对象不能处理该请求，那么它会把相同的请求传给下一个接收者，依此类推。

优点： 1、降低耦合度。它将请求的发送者和接收者解耦。 2、简化了对象。使得对象不需要知道链的结构。 3、增强给对象指派职责的灵活性。通过改变链内的成员或者调动它们的次序，允许动态地新增或者删除责任。 4、增加新的请求处理类很方便。

缺点： 1、不能保证请求一定被接收。 2、系统性能将受到一定影响，而且在进行代码调试时不太方便，可能会造成循环调用。 3、可能不容易观察运行时的特征，有碍于除错。

使用场景： 1、有多个对象可以处理同一个请求，具体哪个对象处理该请求由运行时刻自动确定。 2、在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求。 3、可动态指定一组对象处理请求。

实现：

责任链模式的 UML 图

public abstract class AbstractLogger {
   public static int INFO = 1;
   public static int DEBUG = 2;
   public static int ERROR = 3;
 
   protected int level;
 
   //责任链中的下一个元素
   protected AbstractLogger nextLogger;
 
   public void setNextLogger(AbstractLogger nextLogger){
      this.nextLogger = nextLogger;
   }
 
   public void logMessage(int level, String message){
      if(this.level <= level){
         write(message);
      }
      if(nextLogger !=null){
         nextLogger.logMessage(level, message);	// 向下层传播
      }
   }
 
   abstract protected void write(String message);
   
}

命令模式

介绍：命令模式（Command Pattern）是一种数据驱动的设计模式，它属于行为型模式。请求以命令的形式包裹在对象中，并传给调用对象。调用对象寻找可以处理该命令的合适的对象，并把该命令传给相应的对象，该对象执行命令。

优点： 1、降低了系统耦合度。 2、新的命令可以很容易添加到系统中去。

缺点：使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。

使用场景：认为是命令的地方都可以使用命令模式，比如： 1、GUI 中每一个按钮都是一条命令。 2、模拟 CMD。

实现：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Broker {
   private List<Order> orderList = new ArrayList<Order>(); 
 
   public void takeOrder(Order order){
      orderList.add(order);      
   }
 
   public void placeOrders(){
      for (Order order : orderList) {
         order.execute();
      }
      orderList.clear();
   }
}

解释器模式

介绍：解释器模式（Interpreter Pattern）提供了评估语言的语法或表达式的方式，它属于行为型模式。这种模式实现了一个表达式接口，该接口解释一个特定的上下文。这种模式被用在 SQL 解析、符号处理引擎等。

优点： 1、可扩展性比较好，灵活。 2、增加了新的解释表达式的方式。 3、易于实现简单文法。

缺点： 1、可利用场景比较少。 2、对于复杂的文法比较难维护。 3、解释器模式会引起类膨胀。 4、解释器模式采用递归调用方法。

使用场景： 1、可以将一个需要解释执行的语言中的句子表示为一个抽象语法树。 2、一些重复出现的问题可以用一种简单的语言来进行表达。 3、一个简单语法需要解释的场景。

实现：

解释器模式的 UML 图

public class OrExpression implements Expression {
    
   private Expression expr1 = null;
   private Expression expr2 = null;
 
   public OrExpression(Expression expr1, Expression expr2) { 
      this.expr1 = expr1;
      this.expr2 = expr2;
   }
 
   @Override
   public boolean interpret(String context) {      
      return expr1.interpret(context) || expr2.interpret(context);
   }
}

迭代器模式

介绍：迭代器模式（Iterator Pattern）是 Java 和 .Net 编程环境中非常常用的设计模式。这种模式用于顺序访问集合对象的元素，不需要知道集合对象的底层表示。

优点： 1、它支持以不同的方式遍历一个聚合对象。 2、迭代器简化了聚合类。 3、在同一个聚合上可以有多个遍历。 4、在迭代器模式中，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码。

缺点：由于迭代器模式将存储数据和遍历数据的职责分离，增加新的聚合类需要对应增加新的迭代器类，类的个数成对增加，这在一定程度上增加了系统的复杂性。

使用场景： 1、访问一个聚合对象的内容而无须暴露它的内部表示。 2、需要为聚合对象提供多种遍历方式。 3、为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。

实现：

迭代器模式的 UML 图

public class NameRepository implements Container {
   public String names[] = {"Robert" , "John" ,"Julie" , "Lora"};
 
   @Override
   public Iterator getIterator() {
      return new NameIterator();
   }
 
   private class NameIterator implements Iterator {
 
      int index;
 
      @Override
      public boolean hasNext() {
         if(index < names.length){
            return true;
         }
         return false;
      }
 
      @Override
      public Object next() {
         if(this.hasNext()){
            return names[index++];
         }
         return null;
      }     
   }
}

中介者模式

介绍：中介者模式（Mediator Pattern）是用来降低多个对象和类之间的通信复杂性。这种模式提供了一个中介类，该类通常处理不同类之间的通信，并支持松耦合，使代码易于维护。

优点： 1、降低了类的复杂度，将一对多转化成了一对一。 2、各个类之间的解耦。 3、符合迪米特原则。

缺点：中介者会庞大，变得复杂难以维护。

使用场景： 1、系统中对象之间存在比较复杂的引用关系，导致它们之间的依赖关系结构混乱而且难以复用该对象。 2、想通过一个中间类来封装多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。

实现：

中介者模式的 UML 图

import java.util.Date;
 
public class ChatRoom {
   public static void showMessage(User user, String message){
      System.out.println(new Date().toString()
         + " [" + user.getName() +"] : " + message);
   }
}

备忘录模式

介绍：备忘录模式（Memento Pattern）保存一个对象的某个状态，以便在适当的时候恢复对象。

优点： 1、给用户提供了一种可以恢复状态的机制，可以使用户能够比较方便地回到某个历史的状态。 2、实现了信息的封装，使得用户不需要关心状态的保存细节。

缺点：消耗资源。如果类的成员变量过多，势必会占用比较大的资源，而且每一次保存都会消耗一定的内存。

使用场景： 1、需要保存/恢复数据的相关状态场景。 2、提供一个可回滚的操作。

实现：

备忘录模式的 UML 图

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class CareTaker {
   private List<Memento> mementoList = new ArrayList<Memento>();
 
   public void add(Memento state){
      mementoList.add(state);
   }
 
   public Memento get(int index){
      return mementoList.get(index);
   }
}

观察者模式

介绍：当对象间存在一对多关系时，则使用观察者模式（Observer Pattern）。比如，当一个对象被修改时，则会自动通知依赖它的对象。

优点： 1、观察者和被观察者是抽象耦合的。 2、建立一套触发机制。

缺点： 1、如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间。 2、如果在观察者和观察目标之间有循环依赖的话，观察目标会触发它们之间进行循环调用，可能导致系统崩溃。 3、观察者模式没有相应的机制让观察者知道所观察的目标对象是怎么发生变化的，而仅仅只是知道观察目标发生了变化。

使用场景：

一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一个方面。将这些方面封装在独立的对象中使它们可以各自独立地改变和复用。
一个对象的改变将导致其他一个或多个对象也发生改变，而不知道具体有多少对象将发生改变，可以降低对象之间的耦合度。
一个对象必须通知其他对象，而并不知道这些对象是谁。
需要在系统中创建一个触发链，A对象的行为将影响B对象，B对象的行为将影响C对象……，可以使用观察者模式创建一种链式触发机制。

实现：

观察者模式的 UML 图

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Subject {
   
   private List<Observer> observers 
      = new ArrayList<Observer>();
   private int state;
 
   public int getState() {
      return state;
   }
 
   public void setState(int state) {
      this.state = state;
      notifyAllObservers();
   }
 
   public void attach(Observer observer){
      observers.add(observer);      
   }
 
   public void notifyAllObservers(){
      for (Observer observer : observers) {
         observer.update();
      }
   }  
}

状态模式

介绍：在状态模式（State Pattern）中，类的行为是基于它的状态改变的。在状态模式中，我们创建表示各种状态的对象和一个行为随着状态对象改变而改变的 context 对象。

优点： 1、封装了转换规则。 2、枚举可能的状态，在枚举状态之前需要确定状态种类。 3、将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。 4、允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。 5、可以让多个环境对象共享一个状态对象，从而减少系统中对象的个数。

缺点： 1、状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。 2、状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。 3、状态模式对”开闭原则”的支持并不太好，对于可以切换状态的状态模式，增加新的状态类需要修改那些负责状态转换的源代码，否则无法切换到新增状态，而且修改某个状态类的行为也需修改对应类的源代码。

使用场景： 1、行为随状态改变而改变的场景。 2、条件、分支语句的代替者。

实现：

状态模式的 UML 图

public class StopState implements State {
 
   public void doAction(Context context) {
      System.out.println("Player is in stop state");
      context.setState(this); 
   }
 
   public String toString(){
      return "Stop State";
   }
}

空对象模式

介绍：在空对象模式（Null Object Pattern）中，一个空对象取代 NULL 对象实例的检查。Null 对象不是检查空值，而是反应一个不做任何动作的关系。这样的 Null 对象也可以在数据不可用的时候提供默认的行为。在空对象模式中，我们创建一个指定各种要执行的操作的抽象类和扩展该类的实体类，还创建一个未对该类做任何实现的空对象类，该空对象类将无缝地使用在需要检查空值的地方。

实现：

空对象模式的 UML 图

public class NullCustomer extends AbstractCustomer {
 
   @Override
   public String getName() {
      return "Not Available in Customer Database";
   }
 
   @Override
   public boolean isNil() {
      return true;
   }
}

策略模式

介绍：在策略模式（Strategy Pattern）中，一个类的行为或其算法可以在运行时更改。在策略模式中，我们创建表示各种策略的对象和一个行为随着策略对象改变而改变的 context 对象。策略对象改变 context 对象的执行算法。

优点： 1、算法可以自由切换。 2、避免使用多重条件判断。 3、扩展性良好。

缺点： 1、策略类会增多。 2、所有策略类都需要对外暴露。

使用场景： 1、如果在一个系统里面有许多类，它们之间的区别仅在于它们的行为，那么使用策略模式可以动态地让一个对象在许多行为中选择一种行为。 2、一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。 3、如果一个对象有很多的行为，如果不用恰当的模式，这些行为就只好使用多重的条件选择语句来实现。

实现：

策略模式的 UML 图

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);
   }
}

模板模式

介绍：在模板模式（Template Pattern）中，一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。

优点： 1、封装不变部分，扩展可变部分。 2、提取公共代码，便于维护。 3、行为由父类控制，子类实现。

缺点：每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。

使用场景： 1、有多个子类共有的方法，且逻辑相同。 2、重要的、复杂的方法，可以考虑作为模板方法。

实现：

模板模式的 UML 图

public abstract class Game {
   abstract void initialize();
   abstract void startPlay();
   abstract void endPlay();
 
   //模板
   public final void play(){
 
      //初始化游戏
      initialize();
 
      //开始游戏
      startPlay();
 
      //结束游戏
      endPlay();
   }
}

访问者模式

介绍：在访问者模式（Visitor Pattern）中，我们使用了一个访问者类，它改变了元素类的执行算法。通过这种方式，元素的执行算法可以随着访问者改变而改变。这种类型的设计模式属于行为型模式。根据模式，元素对象已接受访问者对象，这样访问者对象就可以处理元素对象上的操作。

优点： 1、符合单一职责原则。 2、优秀的扩展性。 3、灵活性。

缺点： 1、具体元素对访问者公布细节，违反了迪米特原则。 2、具体元素变更比较困难。 3、违反了依赖倒置原则，依赖了具体类，没有依赖抽象。

使用场景： 1、对象结构中对象对应的类很少改变，但经常需要在此对象结构上定义新的操作。 2、需要对一个对象结构中的对象进行很多不同的并且不相关的操作，而需要避免让这些操作”污染”这些对象的类，也不希望在增加新操作时修改这些类。

实现：

访问者模式的 UML 图

public class Mouse  implements ComputerPart {
 
   @Override
   public void accept(ComputerPartVisitor computerPartVisitor) {
      computerPartVisitor.visit(this);
   }
}

MVC模式

介绍：MVC 模式代表 Model-View-Controller（模型-视图-控制器）模式。这种模式用于应用程序的分层开发。

Model（模型） - 模型代表一个存取数据的对象或 JAVA POJO。它也可以带有逻辑，在数据变化时更新控制器。
View（视图） - 视图代表模型包含的数据的可视化。
Controller（控制器） - 控制器作用于模型和视图上。它控制数据流向模型对象，并在数据变化时更新视图。它使视图与模型分离开。

实现：

MVC 模式的 UML 图

public class StudentController {
   private Student model;
   private StudentView view;
 
   public StudentController(Student model, StudentView view){
      this.model = model;
      this.view = view;
   }
 
   public void setStudentName(String name){
      model.setName(name);    
   }
 
   public String getStudentName(){
      return model.getName();    
   }
 
   public void setStudentRollNo(String rollNo){
      model.setRollNo(rollNo);      
   }
 
   public String getStudentRollNo(){
      return model.getRollNo();     
   }
 
   public void updateView(){           
      view.printStudentDetails(model.getName(), model.getRollNo());
   }  
}

业务代表模式

介绍：业务代表模式（Business Delegate Pattern）用于对表示层和业务层解耦。它基本上是用来减少通信或对表示层代码中的业务层代码的远程查询功能。在业务层中我们有以下实体。

客户端（Client） - 表示层代码可以是 JSP、servlet 或 UI java 代码。
业务代表（Business Delegate） - 一个为客户端实体提供的入口类，它提供了对业务服务方法的访问。
查询服务（LookUp Service） - 查找服务对象负责获取相关的业务实现，并提供业务对象对业务代表对象的访问。
业务服务（Business Service） - 业务服务接口。实现了该业务服务的实体类，提供了实际的业务实现逻辑。

实现：

业务代表模式的 UML 图

public class BusinessDelegate {
   private BusinessLookUp lookupService = new BusinessLookUp();
   private BusinessService businessService;
   private String serviceType;
 
   public void setServiceType(String serviceType){
      this.serviceType = serviceType;
   }
 
   public void doTask(){
      businessService = lookupService.getBusinessService(serviceType);
      businessService.doProcessing();     
   }
}

组合实体模式

介绍：组合实体模式（Composite Entity Pattern）用在 EJB 持久化机制中。一个组合实体是一个 EJB 实体 bean，代表了对象的图解。当更新一个组合实体时，内部依赖对象 beans 会自动更新，因为它们是由 EJB 实体 bean 管理的。以下是组合实体 bean 的参与者。

组合实体（Composite Entity） - 它是主要的实体 bean。它可以是粗粒的，或者可以包含一个粗粒度对象，用于持续生命周期。
粗粒度对象（Coarse-Grained Object） - 该对象包含依赖对象。它有自己的生命周期，也能管理依赖对象的生命周期。
依赖对象（Dependent Object） - 依赖对象是一个持续生命周期依赖于粗粒度对象的对象。
策略（Strategies） - 策略表示如何实现组合实体。

实现：

组合实体模式的 UML 图

public class CompositeEntity {
   private CoarseGrainedObject cgo = new CoarseGrainedObject();
 
   public void setData(String data1, String data2){
      cgo.setData(data1, data2);
   }
 
   public String[] getData(){
      return cgo.getData();
   }
}

数据访问对象模式

介绍：数据访问对象模式（Data Access Object Pattern）或 DAO 模式用于把低级的数据访问 API 或操作从高级的业务服务中分离出来。以下是数据访问对象模式的参与者。

数据访问对象接口（Data Access Object Interface） - 该接口定义了在一个模型对象上要执行的标准操作。
数据访问对象实体类（Data Access Object concrete class） - 该类实现了上述的接口。该类负责从数据源获取数据，数据源可以是数据库，也可以是 xml，或者是其他的存储机制。
模型对象/数值对象（Model Object/Value Object） - 该对象是简单的 POJO，包含了 get/set 方法来存储通过使用 DAO 类检索到的数据。

实现：

数据访问对象模式的 UML 图

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class StudentDaoImpl implements StudentDao {
   
   //列表是当作一个数据库
   List<Student> students;
 
   public StudentDaoImpl(){
      students = new ArrayList<Student>();
      Student student1 = new Student("Robert",0);
      Student student2 = new Student("John",1);
      students.add(student1);
      students.add(student2);    
   }
   @Override
   public void deleteStudent(Student student) {
      students.remove(student.getRollNo());
      System.out.println("Student: Roll No " + student.getRollNo() 
         +", deleted from database");
   }
 
   //从数据库中检索学生名单
   @Override
   public List<Student> getAllStudents() {
      return students;
   }
 
   @Override
   public Student getStudent(int rollNo) {
      return students.get(rollNo);
   }
 
   @Override
   public void updateStudent(Student student) {
      students.get(student.getRollNo()).setName(student.getName());
      System.out.println("Student: Roll No " + student.getRollNo() 
         +", updated in the database");
   }
}

前端控制器模式

介绍：前端控制器模式（Front Controller Pattern）是用来提供一个集中的请求处理机制，所有的请求都将由一个单一的处理程序处理。该处理程序可以做认证/授权/记录日志，或者跟踪请求，然后把请求传给相应的处理程序。以下是这种设计模式的实体。

前端控制器（Front Controller） - 处理应用程序所有类型请求的单个处理程序，应用程序可以是基于 web 的应用程序，也可以是基于桌面的应用程序。
调度器（Dispatcher） - 前端控制器可能使用一个调度器对象来调度请求到相应的具体处理程序。
视图（View） - 视图是为请求而创建的对象。

实现：

前端控制器模式的 UML 图

public class FrontController {
   
   private Dispatcher dispatcher;
 
   public FrontController(){
      dispatcher = new Dispatcher();
   }
 
   private boolean isAuthenticUser(){
      System.out.println("User is authenticated successfully.");
      return true;
   }
 
   private void trackRequest(String request){
      System.out.println("Page requested: " + request);
   }
 
   public void dispatchRequest(String request){
      //记录每一个请求
      trackRequest(request);
      //对用户进行身份验证
      if(isAuthenticUser()){
         dispatcher.dispatch(request);
      }  
   }

拦截过滤器模式

介绍：拦截过滤器模式（Intercepting Filter Pattern）用于对应用程序的请求或响应做一些预处理/后处理。定义过滤器，并在把请求传给实际目标应用程序之前应用在请求上。过滤器可以做认证/授权/记录日志，或者跟踪请求，然后把请求传给相应的处理程序。以下是这种设计模式的实体。

过滤器（Filter） - 过滤器在请求处理程序执行请求之前或之后，执行某些任务。
过滤器链（Filter Chain） - 过滤器链带有多个过滤器，并在 Target 上按照定义的顺序执行这些过滤器。
Target - Target 对象是请求处理程序。
过滤管理器（Filter Manager） - 过滤管理器管理过滤器和过滤器链。
客户端（Client） - Client 是向 Target 对象发送请求的对象。

实现：

拦截过滤器模式的 UML 图

public class FilterManager {
   FilterChain filterChain;
 
   public FilterManager(Target target){
      filterChain = new FilterChain();
      filterChain.setTarget(target);
   }
   public void setFilter(Filter filter){
      filterChain.addFilter(filter);
   }
 
   public void filterRequest(String request){
      filterChain.execute(request);
   }
}

服务定位器模式

介绍：服务定位器模式（Service Locator Pattern）用在我们想使用 JNDI 查询定位各种服务的时候。考虑到为某个服务查找 JNDI 的代价很高，服务定位器模式充分利用了缓存技术。在首次请求某个服务时，服务定位器在 JNDI 中查找服务，并缓存该服务对象。当再次请求相同的服务时，服务定位器会在它的缓存中查找，这样可以在很大程度上提高应用程序的性能。以下是这种设计模式的实体。

服务（Service） - 实际处理请求的服务。对这种服务的引用可以在 JNDI 服务器中查找到。
Context / 初始的 Context - JNDI Context 带有对要查找的服务的引用。
服务定位器（Service Locator） - 服务定位器是通过 JNDI 查找和缓存服务来获取服务的单点接触。
缓存（Cache） - 缓存存储服务的引用，以便复用它们。
客户端（Client） - Client 是通过 ServiceLocator 调用服务的对象。

实现：

服务定位器模式的 UML 图

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Cache {
 
   private List<Service> services;
 
   public Cache(){
      services = new ArrayList<Service>();
   }
 
   public Service getService(String serviceName){
      for (Service service : services) {
         if(service.getName().equalsIgnoreCase(serviceName)){
            System.out.println("Returning cached  "+serviceName+" object");
            return service;
         }
      }
      return null;
   }
 
   public void addService(Service newService){
      boolean exists = false;
      for (Service service : services) {
         if(service.getName().equalsIgnoreCase(newService.getName())){
            exists = true;
         }
      }
      if(!exists){
         services.add(newService);
      }
   }
}

public class ServiceLocator {
   private static Cache cache;
 
   static {
      cache = new Cache();    
   }
 
   public static Service getService(String jndiName){
 
      Service service = cache.getService(jndiName);
 
      if(service != null){
         return service;
      }
 
      InitialContext context = new InitialContext();
      Service service1 = (Service)context.lookup(jndiName);
      cache.addService(service1);
      return service1;
   }
}

传输对象模式

介绍：传输对象模式（Transfer Object Pattern）用于从客户端向服务器一次性传递带有多个属性的数据。传输对象也被称为数值对象。传输对象是一个具有 getter/setter 方法的简单的 POJO 类，它是可序列化的，所以它可以通过网络传输。它没有任何的行为。服务器端的业务类通常从数据库读取数据，然后填充 POJO，并把它发送到客户端或按值传递它。对于客户端，传输对象是只读的。客户端可以创建自己的传输对象，并把它传递给服务器，以便一次性更新数据库中的数值。以下是这种设计模式的实体。

业务对象（Business Object） - 为传输对象填充数据的业务服务。
传输对象（Transfer Object） - 简单的 POJO，只有设置/获取属性的方法。
客户端（Client） - 客户端可以发送请求或者发送传输对象到业务对象。

实现：

传输对象模式的 UML 图

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class StudentBO {
   
   //列表是当作一个数据库
   List<StudentVO> students;
 
   public StudentBO(){
      students = new ArrayList<StudentVO>();
      StudentVO student1 = new StudentVO("Robert",0);
      StudentVO student2 = new StudentVO("John",1);
      students.add(student1);
      students.add(student2);    
   }
   public void deleteStudent(StudentVO student) {
      students.remove(student.getRollNo());
      System.out.println("Student: Roll No " 
      + student.getRollNo() +", deleted from database");
   }
 
   //从数据库中检索学生名单
   public List<StudentVO> getAllStudents() {
      return students;
   }
 
   public StudentVO getStudent(int rollNo) {
      return students.get(rollNo);
   }
 
   public void updateStudent(StudentVO student) {
      students.get(student.getRollNo()).setName(student.getName());
      System.out.println("Student: Roll No " 
      + student.getRollNo() +", updated in the database");
   }
}