23种设计模式全解析

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

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.   
3.     @Override  
4.     public void Send() {  
5.         System.out.println("this is sms sender!");  
6.     }  
7. }  

1. public class SendFactory {  
2.   
3.     public Sender produce(String type) {  
4.         if ("mail".equals(type)) {  
5.             return new MailSender();  
6.         } else if ("sms".equals(type)) {  
7.             return new SmsSender();  
8.         } else {  
9.             System.out.println("请输入正确的类型!");  
10.             return null;  
11.         }  
12.     }  
13. }  

1. public class FactoryTest {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         SendFactory factory = new SendFactory();  
5.         Sender sender = factory.produce("sms");  
6.         sender.Send();  
7.     }  
8. }  

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

1. public class FactoryTest {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         SendFactory factory = new SendFactory();  
5.         Sender sender = factory.produceMail();  
6.         sender.Send();  
7.     }  
8. }  

1. public class SendFactory {  
2.       
3.     public static Sender produceMail(){  
4.         return new MailSender();  
5.     }  
6.       
7.     public static Sender produceSms(){  
8.         return new SmsSender();  
9.     }  
10. }  

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

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

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.   
3.     @Override  
4.     public void Send() {  
5.         System.out.println("this is sms sender!");  
6.     }  
7. }  

1. public class SendMailFactory implements Provider {  
2.       
3.     @Override  
4.     public Sender produce(){  
5.         return new MailSender();  
6.     }  
7. }  

1. public class SendSmsFactory implements Provider{  
2.   
3.     @Override  
4.     public Sender produce() {  
5.         return new SmsSender();  
6.     }  
7. }  

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

1. public class Test {  
2.   
3.     public static void main(String[] args) {  
4.         Provider provider = new SendMailFactory();  
5.         Sender sender = provider.produce();  
6.         sender.Send();  
7.     }  
8. }  

1. public class Singleton {  
2.   
3.     /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */  
4.     private static Singleton instance = null;  
5.   
6.     /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
7.     private Singleton() {  
8.     }  
9.   
10.     /* 静态工程方法，创建实例 */  
11.     public static Singleton getInstance() {  
12.         if (instance == null) {  
13.             instance = new Singleton();  
14.         }  
15.         return instance;  
16.     }  
17.   
18.     /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
19.     public Object readResolve() {  
20.         return instance;  
21.     }  
22. }  

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

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.     }  

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

1. public class Singleton {  
2.   
3.     /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
4.     private Singleton() {  
5.     }  
6.   
7.     /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
8.     private static class SingletonFactory {  
9.         private static Singleton instance = new Singleton();  
10.     }  
11.   
12.     /* 获取实例 */  
13.     public static Singleton getInstance() {  
14.         return SingletonFactory.instance;  
15.     }  
16.   
17.     /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
18.     public Object readResolve() {  
19.         return getInstance();  
20.     }  
21. }  

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

1. public class SingletonTest {  
2.   
3.     private static SingletonTest instance = null;  
4.     private Vector properties = null;  
5.   
6.     public Vector getProperties() {  
7.         return properties;  
8.     }  
9.   
10.     private SingletonTest() {  
11.     }  
12.   
13.     private static synchronized void syncInit() {  
14.         if (instance == null) {  
15.             instance = new SingletonTest();  
16.         }  
17.     }  
18.   
19.     public static SingletonTest getInstance() {  
20.         if (instance == null) {  
21.             syncInit();  
22.         }  
23.         return instance;  
24.     }  
25.   
26.     public void updateProperties() {  
27.         SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
28.         properties = shadow.getProperties();  
29.     }  
30. }  

1. public class Prototype implements Cloneable {  
2.   
3.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
4.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
5.         return proto;  
6.     }  
7. }  

1. public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
2.   
3.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
4.     private String string;  
5.   
6.     private SerializableObject obj;  
7.   
8.     /* 浅复制 */  
9.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
10.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
11.         return proto;  
12.     }  
13.   
14.     /* 深复制 */  
15.     public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
16.   
17.         /* 写入当前对象的二进制流 */  
18.         ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
19.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
20.         oos.writeObject(this);  
21.   
22.         /* 读出二进制流产生的新对象 */  
23.         ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
24.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
25.         return ois.readObject();  
26.     }  
27.   
28.     public String getString() {  
29.         return string;  
30.     }  
31.   
32.     public void setString(String string) {  
33.         this.string = string;  
34.     }  
35.   
36.     public SerializableObject getObj() {  
37.         return obj;  
38.     }  
39.   
40.     public void setObj(SerializableObject obj) {  
41.         this.obj = obj;  
42.     }  
43.   
44. }  
45.   
46. class SerializableObject implements Serializable {  
47.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
48. }  

我们接着讨论设计模式，上篇文章我讲完了5种创建型模式，这章开始，我将讲下7种结构型模式：适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。其中对象的适配器模式是各种模式的起源，我们看下面的图：

6、适配器模式

 适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示，目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类：类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。

01、类的适配器模式

核心思想就是：有一个Source类，拥有一个方法，待适配，目标接口是Targetable，通过Adapter类，将Source的功能扩展到Targetable里，看代码：

Adapter类继承Source类，实现Targetable接口，下面是测试类：

输出：

this is original method!
this is the targetable method!

这样Targetable接口的实现类就具有了Source类的功能。

02、对象的适配器模式

基本思路和类的适配器模式相同，只是将Adapter类作修改，这次不继承Source类，而是持有Source类的实例，以达到解决兼容性的问题。看图：

只需要修改Adapter类的源码即可：

测试类：

输出与第一种一样，只是适配的方法不同而已。

03、接口的适配器模式

第三种适配器模式是接口的适配器模式，接口的适配器是这样的：有时我们写的一个接口中有多个抽象方法，当我们写该接口的实现类时，必须实现该接口的所有方法，这明显有时比较浪费，因为并不是所有的方法都是我们需要的，有时只需要某一些，此处为了解决这个问题，我们引入了接口的适配器模式，借助于一个抽象类，该抽象类实现了该接口，实现了所有的方法，而我们不和原始的接口打交道，只和该抽象类取得联系，所以我们写一个类，继承该抽象类，重写我们需要的方法就行。看一下类图：

这个很好理解，在实际开发中，我们也常会遇到这种接口中定义了太多的方法，以致于有时我们在一些实现类中并不是都需要。看代码：

抽象类Wrapper2：

测试输出：

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

达到了我们的效果！

 讲了这么多，总结一下三种适配器模式的应用场景：

类的适配器模式：当希望将一个类转换成满足另一个新接口的类时，可以使用类的适配器模式，创建一个新类，继承原有的类，实现新的接口即可。

对象的适配器模式：当希望将一个对象转换成满足另一个新接口的对象时，可以创建一个Wrapper类，持有原类的一个实例，在Wrapper类的方法中，调用实例的方法就行。

接口的适配器模式：当不希望实现一个接口中所有的方法时，可以创建一个抽象类Wrapper，实现所有方法，我们写别的类的时候，继承抽象类即可。

7、装饰模式（Decorator）

顾名思义，装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能，而且是动态的，要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口，装饰对象持有被装饰对象的实例，关系图如下：

Source类是被装饰类，Decorator类是一个装饰类，可以为Source类动态的添加一些功能，代码如下：

测试类：

输出：

before decorator!
the original method!
after decorator!

装饰器模式的应用场景：

1、需要扩展一个类的功能。

2、动态的为一个对象增加功能，而且还能动态撤销。（继承不能做到这一点，继承的功能是静态的，不能动态增删。）

缺点：产生过多相似的对象，不易排错！

8、代理模式（Proxy）

其实每个模式名称就表明了该模式的作用，代理模式就是多一个代理类出来，替原对象进行一些操作，比如我们在租房子的时候回去找中介，为什么呢？因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面，希望找一个更熟悉的人去帮你做，此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司，我们需要请律师，因为律师在法律方面有专长，可以替我们进行操作，表达我们的想法。先来看看关系图：

根据上文的阐述，代理模式就比较容易的理解了，我们看下代码：

测试类：

输出：

before proxy!
the original method!
after proxy!

代理模式的应用场景：

如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进，此时有两种办法：

1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放，对修改关闭”的原则。

2、就是采用一个代理类调用原有的方法，且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

使用代理模式，可以将功能划分的更加清晰，有助于后期维护！

9、外观模式（Facade）

外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的，像spring一样，可以将类和类之间的关系配置到配置文件中，而外观模式就是将他们的关系放在一个Facade类中，降低了类类之间的耦合度，该模式中没有涉及到接口，看下类图：（我们以一个计算机的启动过程为例）

我们先看下实现类：

User类如下：

输出：

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!

如果我们没有Computer类，那么，CPU、Memory、Disk他们之间将会相互持有实例，产生关系，这样会造成严重的依赖，修改一个类，可能会带来其他类的修改，这不是我们想要看到的，有了Computer类，他们之间的关系被放在了Computer类里，这样就起到了解耦的作用，这，就是外观模式！

10、桥接模式（Bridge）

桥接模式就是把事物和其具体实现分开，使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是：将抽象化与实现化解耦，使得二者可以独立变化，像我们常用的JDBC桥DriverManager一样，JDBC进行连接数据库的时候，在各个数据库之间进行切换，基本不需要动太多的代码，甚至丝毫不用动，原因就是JDBC提供统一接口，每个数据库提供各自的实现，用一个叫做数据库驱动的程序来桥接就行了。我们来看看关系图：

实现代码：

先定义接口：

分别定义两个实现类：

定义一个桥，持有Sourceable的一个实例：

测试类：

output：

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

这样，就通过对Bridge类的调用，实现了对接口Sourceable的实现类SourceSub1和SourceSub2的调用。接下来我再画个图，大家就应该明白了，因为这个图是我们JDBC连接的原理，有数据库学习基础的，一结合就都懂了。

11、组合模式（Composite）

组合模式有时又叫部分-整体模式在处理类似树形结构的问题时比较方便，看看关系图：

直接来看代码：

使用场景：将多个对象组合在一起进行操作，常用于表示树形结构中，例如二叉树，数等。

12、享元模式（Flyweight）

享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。

FlyWeightFactory负责创建和管理享元单元，当一个客户端请求时，工厂需要检查当前对象池中是否有符合条件的对象，如果有，就返回已经存在的对象，如果没有，则创建一个新对象，FlyWeight是超类。一提到共享池，我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池，想想每个连接的特点，我们不难总结出：适用于作共享的一些个对象，他们有一些共有的属性，就拿数据库连接池来说，url、driverClassName、username、password及dbname，这些属性对于每个连接来说都是一样的，所以就适合用享元模式来处理，建一个工厂类，将上述类似属性作为内部数据，其它的作为外部数据，在方法调用时，当做参数传进来，这样就节省了空间，减少了实例的数量。

看个例子：

看下数据库连接池的代码：

 C、关系模式（11种）

先来张图，看看这11中模式的关系：

第一类：通过父类与子类的关系进行实现。

第二类：两个类之间。

第三类：类的状态。

第四类：通过中间类

父类与子类关系

13、策略模式（strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使他们可以相互替换，且算法的变化不会影响到使用算法的客户。需要设计一个接口，为一系列实现类提供统一的方法，多个实现类实现该接口，设计一个抽象类（可有可无，属于辅助类），提供辅助函数，关系图如下：

图中ICalculator提供同意的方法，
AbstractCalculator是辅助类，提供辅助方法，接下来，依次实现下每个类：

首先统一接口：

辅助类：

三个实现类：

简单的测试类：

输出：10

策略模式的决定权在用户，系统本身提供不同算法的实现，新增或者删除算法，对各种算法做封装。因此，策略模式多用在算法决策系统中，外部用户只需要决定用哪个算法即可。

14、模板方法模式（Template Method）

解释一下模板方法模式，就是指：一个抽象类中，有一个主方法，再定义1...n个方法，可以是抽象的，也可以是实际的方法，定义一个类，继承该抽象类，重写抽象方法，通过调用抽象类，实现对子类的调用，先看个关系图：

就是在AbstractCalculator类中定义一个主方法calculate，calculate()调用spilt()等，Plus和Minus分别继承AbstractCalculator类，通过对AbstractCalculator的调用实现对子类的调用，看下面的例子：

测试类：

我跟踪下这个小程序的执行过程：首先将exp和"\\+"做参数，调用AbstractCalculator类里的calculate(String,String)方法，在calculate(String,String)里调用同类的split()，之后再调用calculate(int ,int)方法，从这个方法进入到子类中，执行完return num1 + num2后，将值返回到AbstractCalculator类，赋给result，打印出来。正好验证了我们开头的思路。

类之间的关系

15、观察者模式（Observer）

包括这个模式在内的接下来的四个模式，都是类和类之间的关系，不涉及到继承，学的时候应该 记得归纳，记得本文最开始的那个图。观察者模式很好理解，类似于邮件订阅和RSS订阅，当我们浏览一些博客或wiki时，经常会看到RSS图标，就这的意思是，当你订阅了该文章，如果后续有更新，会及时通知你。其实，简单来讲就一句话：当一个对象变化时，其它依赖该对象的对象都会收到通知，并且随着变化！对象之间是一种一对多的关系。先来看看关系图：

我解释下这些类的作用：MySubject类就是我们的主对象，Observer1和Observer2是依赖于MySubject的对象，当MySubject变化时，Observer1和Observer2必然变化。AbstractSubject类中定义着需要监控的对象列表，可以对其进行修改：增加或删除被监控对象，且当MySubject变化时，负责通知在列表内存在的对象。我们看实现代码：

一个Observer接口：

两个实现类：

Subject接口及实现类：

测试类：

输出：

update self!
observer1 has received!
observer2 has received!

 这些东西，其实不难，只是有些抽象，不太容易整体理解，建议读者：根据关系图，新建项目，自己写代码（或者参考我的代码）,按照总体思路走一遍，这样才能体会它的思想，理解起来容易！

16、迭代子模式（Iterator）

顾名思义，迭代器模式就是顺序访问聚集中的对象，一般来说，集合中非常常见，如果对集合类比较熟悉的话，理解本模式会十分轻松。这句话包含两层意思：一是需要遍历的对象，即聚集对象，二是迭代器对象，用于对聚集对象进行遍历访问。我们看下关系图：

这个思路和我们常用的一模一样，MyCollection中定义了集合的一些操作，MyIterator中定义了一系列迭代操作，且持有Collection实例，我们来看看实现代码：

两个接口：

两个实现：

测试类：

输出：A B C D E

此处我们貌似模拟了一个集合类的过程，感觉是不是很爽？其实JDK中各个类也都是这些基本的东西，加一些设计模式，再加一些优化放到一起的，只要我们把这些东西学会了，掌握好了，我们也可以写出自己的集合类，甚至框架！

17、责任链模式（Chain of Responsibility）

Abstracthandler类提供了get和set方法，方便MyHandle类设置和修改引用对象，MyHandle类是核心，实例化后生成一系列相互持有的对象，构成一条链。

输出：

h1deal!
h2deal!
h3deal!

此处强调一点就是，链接上的请求可以是一条链，可以是一个树，还可以是一个环，模式本身不约束这个，需要我们自己去实现，同时，在一个时刻，命令只允许由一个对象传给另一个对象，而不允许传给多个对象。

 18、命令模式（Command）

命令模式很好理解，举个例子，司令员下令让士兵去干件事情，从整个事情的角度来考虑，司令员的作用是，发出口令，口令经过传递，传到了士兵耳朵里，士兵去执行。这个过程好在，三者相互解耦，任何一方都不用去依赖其他人，只需要做好自己的事儿就行，司令员要的是结果，不会去关注到底士兵是怎么实现的。我们看看关系图：

Invoker是调用者（司令员），Receiver是被调用者（士兵），MyCommand是命令，实现了Command接口，持有接收对象，看实现代码：

输出：command received!

这个很哈理解，命令模式的目的就是达到命令的发出者和执行者之间解耦，实现请求和执行分开，熟悉Struts的同学应该知道，Struts其实就是一种将请求和呈现分离的技术，其中必然涉及命令模式的思想！

其实每个设计模式都是很重要的一种思想，看上去很熟，其实是因为我们在学到的东西中都有涉及，尽管有时我们并不知道，其实在Java本身的设计之中处处都有体现，像AWT、JDBC、集合类、IO管道或者是Web框架，里面设计模式无处不在。因为我们篇幅有限，很难讲每一个设计模式都讲的很详细，不过我会尽我所能，尽量在有限的空间和篇幅内，把意思写清楚了，更好让大家明白。本章不出意外的话，应该是设计模式最后一讲了，首先还是上一下上篇开头的那个图：

本章讲讲第三类和第四类。

类的状态

19、备忘录模式（Memento）

主要目的是保存一个对象的某个状态，以便在适当的时候恢复对象，个人觉得叫备份模式更形象些，通俗的讲下：假设有原始类A，A中有各种属性，A可以决定需要备份的属性，备忘录类B是用来存储A的一些内部状态，类C呢，就是一个用来存储备忘录的，且只能存储，不能修改等操作。做个图来分析一下：

Original类是原始类，里面有需要保存的属性value及创建一个备忘录类，用来保存value值。Memento类是备忘录类，Storage类是存储备忘录的类，持有Memento类的实例，该模式很好理解。直接看源码：

测试类：

输出：

初始化状态为：egg
修改后的状态为：niu
恢复后的状态为：egg

简单描述下：新建原始类时，value被初始化为egg，后经过修改，将value的值置为niu，最后倒数第二行进行恢复状态，结果成功恢复了。其实我觉得这个模式叫“备份-恢复”模式最形象。

20、状态模式（State）

核心思想就是：当对象的状态改变时，同时改变其行为，很好理解！就拿QQ来说，有几种状态，在线、隐身、忙碌等，每个状态对应不同的操作，而且你的好友也能看到你的状态，所以，状态模式就两点：1、可以通过改变状态来获得不同的行为。2、你的好友能同时看到你的变化。看图：

State类是个状态类，Context类可以实现切换，我们来看看代码：

execute the first opt!
execute the second opt!

根据这个特性，状态模式在日常开发中用的挺多的，尤其是做网站的时候，我们有时希望根据对象的某一属性，区别开他们的一些功能，比如说简单的权限控制等。

通过中间类

21、访问者模式（Visitor）

访问者模式把数据结构和作用于结构上的操作解耦合，使得操作集合可相对自由地演化。访问者模式适用于数据结构相对稳定算法又易变化的系统。因为访问者模式使得算法操作增加变得容易。若系统数据结构对象易于变化，经常有新的数据对象增加进来，则不适合使用访问者模式。访问者模式的优点是增加操作很容易，因为增加操作意味着增加新的访问者。访问者模式将有关行为集中到一个访问者对象中，其改变不影响系统数据结构。其缺点就是增加新的数据结构很困难。—— From 百科

简单来说，访问者模式就是一种分离对象数据结构与行为的方法，通过这种分离，可达到为一个被访问者动态添加新的操作而无需做其它的修改的效果。简单关系图：

来看看原码：一个Visitor类，存放要访问的对象，

该模式适用场景：如果我们想为一个现有的类增加新功能，不得不考虑几个事情：1、新功能会不会与现有功能出现兼容性问题？2、以后会不会再需要添加？3、如果类不允许修改代码怎么办？面对这些问题，最好的解决方法就是使用访问者模式，访问者模式适用于数据结构相对稳定的系统，把数据结构和算法解耦，

22、中介者模式（Mediator）

中介者模式也是用来降低类类之间的耦合的，因为如果类类之间有依赖关系的话，不利于功能的拓展和维护，因为只要修改一个对象，其它关联的对象都得进行修改。如果使用中介者模式，只需关心和Mediator类的关系，具体类类之间的关系及调度交给Mediator就行，这有点像spring容器的作用。先看看图：

User类统一接口，User1和User2分别是不同的对象，二者之间有关联，如果不采用中介者模式，则需要二者相互持有引用，这样二者的耦合度很高，为了解耦，引入了Mediator类，提供统一接口，MyMediator为其实现类，里面持有User1和User2的实例，用来实现对User1和User2的控制。这样User1和User2两个对象相互独立，他们只需要保持好和Mediator之间的关系就行，剩下的全由MyMediator类来维护！基本实现：

user1 exe!
user2 exe!

23、解释器模式（Interpreter）

Context类是一个上下文环境类，Plus和Minus分别是用来计算的实现，代码如下：

基本就这样，解释器模式用来做各种各样的解释器，如正则表达式等的解释器等等！