java 常用十种设计模式示例归纳

文章说明

一个Demo，集合常用的十种设计模式，每个模式使用易被人们接受的案例讲述，按模式分包，使用设计模式前后对比，界面显示定义讲解，让你更深刻的了解每种设计模式。 大部分案例来自张鸿洋的博客。如有错误欢迎指正，如有侵权，请联系我删除。

项目结构

包结构.png

设计模式分为三种类型，共23种：

• 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、建造者模式、工厂模式、原型模式。
• 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
• 行为型模式：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)、访问者模式。 上面链接点击直接跳转到GitHub对应模式解析内

MainActivity.png

博客目录

• 1 . 设计模式 观察者模式(Observer Pattern) 以微信公众服务为例
• 2 . 设计模式 工厂模式(Factory Pattern) 从卖肉夹馍说起
• 3 . 设计模式 单例设计模式(Singleton Pattern) 完全解析
• 4 . 设计模式 策略模式(Strategy Pattern) 以角色游戏为背景
• 5 . 设计模式 适配器模式(Adapter Pattern) 以手机充电器为例
• 6 . 设计模式 命令模式(Command Pattern) 管理智能家电
• 7 . 设计模式 装饰者模式(Decorator Pattern) 带你重回传奇世界
• 8 . 设计模式 外观模式(Facade Pattern) 一键电影模式
• 9 . 设计模式 模版方法模式(TemplateMethod Pattern) 展现程序员的一天
• 10 . 设计模式 状态模式(State Pattern) 以自动售货机为例

对应模式所在的包

• 1 . Observer
• 2 . Factory
• 3 . Singleton
• 4 . Strategy
• 5 . Adapter
• 6 . Command
• 7 . Decorator
• 8 . Facade
• 9 . Template Method
• 10 . State

模式分析

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 ;

  1. /**

  2. * 注册一个观察者

  3. */

  4. public void registerObserver(Observer observer);

  5. /**

  6. * 移除一个观察者

  7. */

  8. public void removeObserver(Observer observer);

  9. /**

  10. * 通知所有观察者

  11. */

  12. public void notifyObservers();

  • 3D服务号的实现类：ObjectFor3D.java

    1. @Override

    2. public void registerObserver(Observer observer) {

    3. observers.add(observer);

    4. }

    5. @Override

    6. public void removeObserver(Observer observer) {

    7. int index = observers.indexOf(observer);

    8. if (index >= 0) {

    9. observers.remove(index);

    10. }

    11. }

    12. @Override

    13. public void notifyObservers() {

    14. for (Observer observer : observers) {

    15. observer.update(msg);

    16. }

    17. }

    18. /**

    19. * 主题更新信息

    20. */

    21. public void setMsg(String msg) {

    22. this.msg = msg;

    23. notifyObservers();

    24. }

• 所有观察者需要实现此接口:Observer.java

  1. public ObserverUser1(Subject subject) {

  2. subject.registerObserver(this);

  3. }

  4. @Override

  5. public void update(String msg) {

  6. Log.e("-----ObserverUser1 ", "得到 3D 号码:" + msg + ", 我要记下来。 ");

  7. }

• 最后测试：ObserverActivity.java

  1. // 创建服务号

  2. objectFor3D = new ObjectFor3D();

  3. // 创建两个订阅者

  4. observerUser1 = new ObserverUser1(objectFor3D);

  5. observerUser2 = new ObserverUser2(objectFor3D);

  6. // 两个观察者,发送两条信息

  7. objectFor3D.setMsg("201610121 的3D号为:127");

  8. 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

    1. public RoujiaMo creatRoujiaMo(String type) {

    2. RoujiaMo roujiaMo = null;

    3. switch (type) {

    4. case "Suan":

    5. roujiaMo = new ZSuanRoujiaMo();

    6. break;

    7. case "La":

    8. roujiaMo = new ZLaRoujiaMo();

    9. break;

    10. case "Tian":

    11. roujiaMo = new ZTianRoujiaMo();

    12. break;

    13. default:// 默认为酸肉夹馍

    14. roujiaMo = new ZSuanRoujiaMo();

    15. break;

    16. }

    17. return roujiaMo;

    18. }

• 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);

  • 具体实现抽象方法：XianRoujiaMoStore.java
  • 分店依旧使用简单工厂模式：XianSimpleRoujiaMoFactory.java

• 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

    1. /**

    2. * 准备工作

    3. */

    4. public void prepare(RoujiaMoYLFactory roujiaMoYLFactory) {

    5. Meet meet = roujiaMoYLFactory.creatMeet();

    6. YuanLiao yuanLiao = roujiaMoYLFactory.creatYuanLiao();

    7. 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);

    8. }

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

  1. private SingletonLanHan() {}

  2. private static SingletonLanHan singletonLanHanFour;

  3. public static SingletonLanHan getSingletonLanHanFour() {

  4. if (singletonLanHanFour == null) {

  5. synchronized (SingletonLanHan.class) {

  6. if (singletonLanHanFour == null) {

  7. singletonLanHanFour = new SingletonLanHan();

  8. }

  9. }

  10. }

  11. return singletonLanHanFour;

  12. }

• 内部类[推荐用]：SingletonIn.java

• 枚举[推荐用]：SingletonEnum.java

单例设计模式.png

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
  • 发现有重复代码后，重构后的父类：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：

  1. RoleA roleA = new RoleA("---A");

  2. roleA.setiDisplayBehavior(new DisplayYZ())

  3. .setiAttackBehavior(new AttackXL())

  4. .setiDefendBehavior(new DefendTMS())

  5. .setiRunBehavior(new RunJCTQ());

  6. roleA.display();// 样子

  7. roleA.attack();// 攻击

  8. roleA.run();// 逃跑

  9. 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：

  1. Mobile mobile = new Mobile();

  2. V5Power v5Power = new V5PowerAdapter(new V200Power());

  3. 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：
  • 统一的命令接口：Command.java
  • 家电实现该接口：DoorOpenCommand.java
• 3、遥控器：ControlPanel.java

• 4、定义一个命令，可以干一系列的事情：QuickCommand.java

  1. QuickCommand quickCloseCommand = new QuickCommand(new Command[]{new LightOffCommand(light), new ComputerOffCommand(computer), new DoorCloseCommand(door)});

  2. controlPanel.setCommands(6, quickOpenCommand);

  3. controlPanel.keyPressed(6);

• 5、遥控器面板执行：CommandActivity.java

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

  2. controlPanel.keyPressed(0);

命令模式

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：
  • eg：武器的实现类: ArmEquip.java

• 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：

  • eg：蓝宝石的实现类(可累加): BlueGemDecorator.java

• 5、最后测试：计算攻击力和查看描述：

  1. Log.e("---", "一个镶嵌2颗红宝石,1颗蓝宝石的靴子: ");

  2. IEquip iEquip = new RedGemDecotator(new RedGemDecotator(new BlueGemDecotator(new ShoeEquip())));

  3. Log.e("---", "攻击力:" + iEquip.caculateAttack());

  4. 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：
  • eg: 爆米花机：PopcornPopper.java

• 电影院类：HomeTheaterFacade.java

  1. /**

  2. * 一键观影

  3. */

  4. public void watchMovie() {

  5. computer.on();

  6. light.down();

  7. popcornPopper.on();

  8. popcornPopper.makePopcorn();

  9. projector.on();

  10. projector.open();

  11. player.on();

  12. player.make3DListener();

  13. }

  • 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

  1. // 具体方法

  2. public final void workOneDay() {

  3. Log.e("workOneDay", "-----------------work start----------------");

  4. enterCompany();

  5. work();

  6. exitCompany();

  7. Log.e("workOneDay", "-----------------work end----------------");

  8. }

  9. // 工作 抽象方法

  10. public abstract void work();

  11. // 钩子方法

  12. public boolean isNeedPrintDate() {

  13. return false;

  14. }

  15. private void exitCompany() {

  16. if (isNeedPrintDate()) {

  17. Log.e("exitCompany", "---" + new Date().toLocaleString() + "--->");

  18. }

  19. Log.e("exitCompany", name + "---离开公司");

  20. }

• 程序员实现类（可得知时间）：ITWorker.java

  1. /**

  2. * 重写父类的此方法,使可以查看离开公司时间

  3. */

  4. @Override

  5. public boolean isNeedPrintDate() {

  6. return true;

  7. }

• 最后测试：

  • 查看所有人员的工作情况：

    1. QAWorker qaWorker = new QAWorker("测试人员");

    2. qaWorker();

    3. HRWorker hrWorker = new HRWorker("莉莉姐");

    4. hrWorker.workOneDay();

    5. ...

  • 查看程序猿离开公司的时间:

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

    2. 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

  1. // 放钱

  2. public void insertMoney() {

  3. currentState.insertMoney();

  4. }

  5. // 退钱

  6. public void backMoney() {

  7. currentState.backMoney();

  8. }

  9. // 转动曲柄

  10. public void turnCrank() {

  11. currentState.turnCrank();

  12. if (currentState == soldState || currentState == winnerState) {

  13. currentState.dispense();//两种情况会出货

  14. }

  15. }

  16. // 出商品

  17. public void dispense() {

  18. Log.e("VendingMachineBetter", "---发出一件商品");

  19. if (count > 0) {

  20. count--;

  21. }

  22. }

  23. // 设置对应状态

  24. public void setState(State state) {

  25. this.currentState = state;

  26. }

• 状态的接口：State.java

• 对应状态的接口实现类：
  • eg: 中奖状态：WinnerState.java
  • eg: 售卖状态：SoldState.java

• 改进后的售货机测试：

  1. // 初始化售货机,且里面有3个商品

  2. VendingMachineBetter machineBetter = new VendingMachineBetter(3);

  3. machineBetter.insertMoney();

  4. machineBetter.turnCrank();