设计模式的面试题(总结最全面的一篇)

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什么是设计模式

  • 设计模式,是一套被反复使用、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可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性。

为什么要学习设计模式

  • 看懂源代码:如果你不懂设计模式去看Jdk、Spring、SpringMVC、IO等等等等的源码,你会很迷茫,你会寸步难行
  • 看看前辈的代码:你去个公司难道都是新项目让你接手?很有可能是接盘的,前辈的开发难道不用设计模式?
  • 编写自己的理想中的好代码:我个人反正是这样的,对于我自己开发的项目我会很认真,我对他比对我女朋友还好,把项目当成自己的儿子一样

设计模式分类

  • 创建型模式,共五种:工厂方法模式、抽象工厂模式单例模式、建造者模式、原型模式。
  • 结构型模式,共七种:适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。
  • 行为型模式,共十一种:策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

设计模式的六大原则

开放封闭原则(Open Close Principle)

  • 原则思想:尽量通过扩展软件实体来解决需求变化,而不是通过修改已有的代码来完成变化
  • 描述:一个软件产品在生命周期内,都会发生变化,既然变化是一个既定的事实,我们就应该在设计的时候尽量适应这些变化,以提高项目的稳定性和灵活性。
  • 优点:单一原则告诉我们,每个类都有自己负责的职责,里氏替换原则不能破坏继承关系的体系。

里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

  • 原则思想:使用的基类可以在任何地方使用继承的子类,完美的替换基类。
  • 大概意思是:子类可以扩展父类的功能,但不能改变父类原有的功能。子类可以实现父类的抽象方法,但不能覆盖父类的非抽象方法,子类中可以增加自己特有的方法。
  • 优点:增加程序的健壮性,即使增加了子类,原有的子类还可以继续运行,互不影响。

依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)

  • 依赖倒置原则的核心思想是面向接口编程.
  • 依赖倒转原则要求我们在程序代码中传递参数时或在关联关系中,尽量引用层次高的抽象层类,
  • 这个是开放封闭原则的基础,具体内容是:对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。

接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

  • 这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思,从这儿我们看出,其实设计模式就是一个软件的设计思想,从大型软件架构出发,为了升级和维护方便。所以上文中多次出现:降低依赖,降低耦合。
  • 例如:支付类的接口和订单类的接口,需要把这俩个类别的接口变成俩个隔离的接口

迪米特法则(最少知道原则)(Demeter Principle)

  • 原则思想:一个对象应当对其他对象有尽可能少地了解,简称类间解耦
  • 大概意思就是一个类尽量减少自己对其他对象的依赖,原则是低耦合,高内聚,只有使各个模块之间的耦合尽量的低,才能提高代码的复用率。
  • 优点:低耦合,高内聚。

单一职责原则(Principle of single responsibility)

  • 原则思想:一个方法只负责一件事情。
  • 描述:单一职责原则很简单,一个方法 一个类只负责一个职责,各个职责的程序改动,不影响其它程序。 这是常识,几乎所有程序员都会遵循这个原则。
  • 优点:降低类和类的耦合,提高可读性,增加可维护性和可拓展性,降低可变性的风险。

单例模式

1.什么是单例

  • 保证一个类只有一个实例,并且提供一个访问该全局访问点

2.那些地方用到了单例模式

  1. 网站的计数器,一般也是采用单例模式实现,否则难以同步。
  2. 应用程序的日志应用,一般都是单例模式实现,只有一个实例去操作才好,否则内容不好追加显示。
  3. 多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式,因为线程池要方便对池中的线程进行控制
  4. Windows的(任务管理器)就是很典型的单例模式,他不能打开俩个
  5. windows的(回收站)也是典型的单例应用。在整个系统运行过程中,回收站只维护一个实例。

3.单例优缺点

优点:

  1. 在单例模式中,活动的单例只有一个实例,对单例类的所有实例化得到的都是相同的一个实例。这样就防止其它对象对自己的实例化,确保所有的对象都访问一个实例
  2. 单例模式具有一定的伸缩性,类自己来控制实例化进程,类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。
  3. 提供了对唯一实例的受控访问。
  4. 由于在系统内存中只存在一个对象,因此可以节约系统资源,当需要频繁创建和销毁的对象时单例模式无疑可以提高系统的性能。
  5. 允许可变数目的实例。
  6. 避免对共享资源的多重占用。

缺点:

  1. 不适用于变化的对象,如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化,单例就会引起数据的错误,不能保存彼此的状态。
  2. 由于单利模式中没有抽象层,因此单例类的扩展有很大的困难。
  3. 单例类的职责过重,在一定程度上违背了“单一职责原则”。
  4. 滥用单例将带来一些负面问题,如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类,可能会导致共享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出;如果实例化的对象长时间不被利用,系统会认为是垃圾而被回收,这将导致对象状态的丢失。

4.单例模式使用注意事项:

  1. 使用时不能用反射模式创建单例,否则会实例化一个新的对象
  2. 使用懒单例模式时注意线程安全问题
  3. 饿单例模式和懒单例模式构造方法都是私有的,因而是不能被继承的,有些单例模式可以被继承(如登记式模式)

5.单例防止反射漏洞攻击

private static boolean flag = false;

private Singleton() {

if (flag == false) {
flag = !flag;
} else {
throw new RuntimeException("单例模式被侵犯!");
}
}

public static void main(String[] args) {

}

6.如何选择单例创建方式

  • 如果不需要延迟加载单例,可以使用枚举或者饿汉式,相对来说枚举性好于饿汉式。 如果需要延迟加载,可以使用静态内部类或者懒汉式,相对来说静态内部类好于懒韩式。 最好使用饿汉式

7.单例创建方式

(主要使用懒汉和懒汉式)

  1. 饿汉式:类初始化时,会立即加载该对象,线程天生安全,调用效率高。
  2. 懒汉式: 类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。
  3. 静态内部方式:结合了懒汉式和饿汉式各自的优点,真正需要对象的时候才会加载,加载类是线程安全的。
  4. 枚举单例: 使用枚举实现单例模式 优点:实现简单、调用效率高,枚举本身就是单例,由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞, 缺点没有延迟加载。
  5. 双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因,可能会初始化多次,不推荐使用)

1.饿汉式

  1. 饿汉式:类初始化时,会立即加载该对象,线程天生安全,调用效率高。
package com.lijie;

//饿汉式
public class Demo1 {

// 类初始化时,会立即加载该对象,线程安全,调用效率高
private static Demo1 demo1 = new Demo1();

private Demo1() {
System.out.println("私有Demo1构造参数初始化");
}

public static Demo1 getInstance() {
return demo1;
}

public static void main(String[] args) {
Demo1 s1 = Demo1.getInstance();
Demo1 s2 = Demo1.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}
}

2.懒汉式

  1. 懒汉式: 类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象,具备懒加载功能。
package com.lijie;

//懒汉式
public class Demo2 {

//类初始化时,不会初始化该对象,真正需要使用的时候才会创建该对象。
private static Demo2 demo2;

private Demo2() {
System.out.println("私有Demo2构造参数初始化");
}

public synchronized static Demo2 getInstance() {
if (demo2 == null) {
demo2 = new Demo2();
}
return demo2;
}

public static void main(String[] args) {
Demo2 s1 = Demo2.getInstance();
Demo2 s2 = Demo2.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}
}

3.静态内部类

  1. 静态内部方式:结合了懒汉式和饿汉式各自的优点,真正需要对象的时候才会加载,加载类是线程安全的。
package com.lijie;

// 静态内部类方式
public class Demo3 {

private Demo3() {
System.out.println("私有Demo3构造参数初始化");
}

public static class SingletonClassInstance {
private static final Demo3 DEMO_3 = new Demo3();
}

// 方法没有同步
public static Demo3 getInstance() {
return SingletonClassInstance.DEMO_3;
}

public static void main(String[] args) {
Demo3 s1 = Demo3.getInstance();
Demo3 s2 = Demo3.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}
}

4.枚举单例式

  1. 枚举单例: 使用枚举实现单例模式 优点:实现简单、调用效率高,枚举本身就是单例,由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞, 缺点没有延迟加载。
package com.lijie;

//使用枚举实现单例模式 优点:实现简单、枚举本身就是单例,由jvm从根本上提供保障!避免通过反射和反序列化的漏洞 缺点没有延迟加载
public class Demo4 {

public static Demo4 getInstance() {
return Demo.INSTANCE.getInstance();
}

public static void main(String[] args) {
Demo4 s1 = Demo4.getInstance();
Demo4 s2 = Demo4.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}

//定义枚举
private static enum Demo {
INSTANCE;
// 枚举元素为单例
private Demo4 demo4;

private Demo() {
System.out.println("枚举Demo私有构造参数");
demo4 = new Demo4();
}

public Demo4 getInstance() {
return demo4;
}
}
}

5.双重检测锁方式

  1. 双重检测锁方式 (因为JVM本质重排序的原因,可能会初始化多次,不推荐使用)
package com.lijie;

//双重检测锁方式
public class Demo5 {

private static Demo5 demo5;

private Demo5() {
System.out.println("私有Demo4构造参数初始化");
}

public static Demo5 getInstance() {
if (demo5 == null) {
synchronized (Demo5.class) {
if (demo5 == null) {
demo5 = new Demo5();
}
}
}
return demo5;
}

public static void main(String[] args) {
Demo5 s1 = Demo5.getInstance();
Demo5 s2 = Demo5.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}
}

工厂模式

1.什么是工厂模式

  • 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。实现了创建者和调用者分离,工厂模式分为简单工厂、工厂方法、抽象工厂模式

2.工厂模式好处

  • 工厂模式是我们最常用的实例化对象模式了,是用工厂方法代替new操作的一种模式。
  • 利用工厂模式可以降低程序的耦合性,为后期的维护修改提供了很大的便利。
  • 将选择实现类、创建对象统一管理和控制。从而将调用者跟我们的实现类解耦。

3.为什么要学习工厂设计模式

  • 不知道你们面试题问到过源码没有,你知道Spring的源码吗,MyBatis的源码吗,等等等 如果你想学习很多框架的源码,或者你想自己开发自己的框架,就必须先掌握设计模式(工厂设计模式用的是非常非常广泛的)

4.Spring开发中的工厂设计模式

1.Spring IOC

  • 看过Spring源码就知道,在Spring IOC容器创建bean的过程是使用了工厂设计模式
  • Spring中无论是通过xml配置还是通过配置类还是注解进行创建bean,大部分都是通过简单工厂来进行创建的。
  • 当容器拿到了beanName和class类型后,动态的通过反射创建具体的某个对象,最后将创建的对象放到Map中。

2.为什么Spring IOC要使用工厂设计模式创建Bean呢

  • 在实际开发中,如果我们A对象调用B,B调用C,C调用D的话我们程序的耦合性就会变高。(耦合大致分为类与类之间的依赖,方法与方法之间的依赖。)
  • 在很久以前的三层架构编程时,都是控制层调用业务层,业务层调用数据访问层时,都是是直接new对象,耦合性大大提升,代码重复量很高,对象满天飞
  • 为了避免这种情况,Spring使用工厂模式编程,写一个工厂,由工厂创建Bean,以后我们如果要对象就直接管工厂要就可以,剩下的事情不归我们管了。Spring IOC容器的工厂中有个静态的Map集合,是为了让工厂符合单例设计模式,即每个对象只生产一次,生产出对象后就存入到Map集合中,保证了实例不会重复影响程序效率。

5.工厂模式分类

  • 工厂模式分为简单工厂、工厂方法、抽象工厂模式
  简单工厂 :用来生产同一等级结构中的任意产品。(不支持拓展增加产品)
工厂方法 :用来生产同一等级结构中的固定产品。(支持拓展增加产品)
抽象工厂 :用来生产不同产品族的全部产品。(不支持拓展增加产品;支持增加产品族)

我下面来使用代码演示一下:

5.1 简单工厂模式

什么是简单工厂模式

  • 简单工厂模式相当于是一个工厂中有各种产品,创建在一个类中,客户无需知道具体产品的名称,只需要知道产品类所对应的参数即可。但是工厂的职责过重,而且当类型过多时不利于系统的扩展维护。

代码演示:

  1. 创建工厂
package com.lijie;

public interface Car {
public void run();
}
  1. 创建工厂的产品(宝马)
package com.lijie;

public class Bmw implements Car {
public void run() {
System.out.println("我是宝马汽车...");
}
}
  1. 创建工另外一种产品(奥迪)
package com.lijie;

public class AoDi implements Car {
public void run() {
System.out.println("我是奥迪汽车..");
}
}
  1. 创建核心工厂类,由他决定具体调用哪产品
package com.lijie;

public class CarFactory {

public static Car createCar(String name) {
if ("".equals(name)) {
return null;
}
if(name.equals("奥迪")){
return new AoDi();
}
if(name.equals("宝马")){
return new Bmw();
}
return null;
}
}
  1. 演示创建工厂的具体实例
package com.lijie;

public class Client01 {

public static void main(String[] args) {
Car aodi =CarFactory.createCar("奥迪");
Car bmw =CarFactory.createCar("宝马");
aodi.run();
bmw.run();
}
}

单工厂的优点/缺点

  • 优点:简单工厂模式能够根据外界给定的信息,决定究竟应该创建哪个具体类的对象。明确区分了各自的职责和权力,有利于整个软件体系结构的优化。
  • 缺点:很明显工厂类集中了所有实例的创建逻辑,容易违反GRASPR的高内聚的责任分配原则

5.2 工厂方法模式

什么是工厂方法模式

  • 工厂方法模式Factory Method,又称多态性工厂模式。在工厂方法模式中,核心的工厂类不再负责所有的产品的创建,而是将具体创建的工作交给子类去做。该核心类成为一个抽象工厂角色,仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口,而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节

代码演示:

  1. 创建工厂
package com.lijie;

public interface Car {
public void run();
}
  1. 创建工厂方法调用接口(所有的产品需要new出来必须继承他来实现方法)
package com.lijie;

public interface CarFactory {

Car createCar();

}
  1. 创建工厂的产品(奥迪)
package com.lijie;

public class AoDi implements Car {
public void run() {
System.out.println("我是奥迪汽车..");
}
}
  1. 创建工厂另外一种产品(宝马)
package com.lijie;

public class Bmw implements Car {
public void run() {
System.out.println("我是宝马汽车...");
}
}
  1. 创建工厂方法调用接口的实例(奥迪)
package com.lijie;

public class AoDiFactory implements CarFactory {

public Car createCar() {

return new AoDi();
}
}
  1. 创建工厂方法调用接口的实例(宝马)
package com.lijie;

public class BmwFactory implements CarFactory {

public Car createCar() {

return new Bmw();
}

}
  1. 演示创建工厂的具体实例
package com.lijie;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
Car aodi = new AoDiFactory().createCar();
Car jili = new BmwFactory().createCar();
aodi.run();
jili.run();
}
}

5.3 抽象工厂模式

什么是抽象工厂模式

  • 抽象工厂简单地说是工厂的工厂,抽象工厂可以创建具体工厂,由具体工厂来产生具体产品。null_3.png代码演示:
  1. 创建第一个子工厂,及实现类
package com.lijie;

//汽车
public interface Car {
void run();
}

class CarA implements Car{

public void run() {
System.out.println("宝马");
}

}
class CarB implements Car{

public void run() {
System.out.println("摩拜");
}

}
  1. 创建第二个子工厂,及实现类
package com.lijie;

//发动机
public interface Engine {

void run();

}

class EngineA implements Engine {

public void run() {
System.out.println("转的快!");
}

}

class EngineB implements Engine {

public void run() {
System.out.println("转的慢!");
}

}
  1. 创建一个总工厂,及实现类(由总工厂的实现类决定调用那个工厂的那个实例)
package com.lijie;

public interface TotalFactory {
// 创建汽车
Car createChair();
// 创建发动机
Engine createEngine();
}

//总工厂实现类,由他决定调用哪个工厂的那个实例
class TotalFactoryReally implements TotalFactory {

public Engine createEngine() {

return new EngineA();
}

public Car createChair() {

return new CarA();
}
}
  1. 运行测试
package com.lijie;

public class Test {

public static void main(String[] args) {
TotalFactory totalFactory2 = new TotalFactoryReally();
Car car = totalFactory2.createChair();
car.run();

TotalFactory totalFactory = new TotalFactoryReally();
Engine engine = totalFactory.createEngine();
engine.run();
}
}

代理模式

1.什么是代理模式

  • 通过代理控制对象的访问,可以在这个对象调用方法之前、调用方法之后去处理/添加新的功能。(也就是AO的P微实现)
  • 代理在原有代码乃至原业务流程都不修改的情况下,直接在业务流程中切入新代码,增加新功能,这也和Spring的(面向切面编程)很相似

2.代理模式应用场景

  • Spring AOP、日志打印、异常处理、事务控制、权限控制等

3.代理的分类

  • 静态代理(静态定义代理类)
  • 动态代理(动态生成代理类,也称为Jdk自带动态代理)
  • Cglib 、javaassist(字节码操作库)

4.三种代理的区别

  1. 静态代理:简单代理模式,是动态代理的理论基础。常见使用在代理模式
  2. jdk动态代理:使用反射完成代理。需要有顶层接口才能使用,常见是mybatis的mapper文件是代理。
  3. cglib动态代理:也是使用反射完成代理,可以直接代理类(jdk动态代理不行),使用字节码技术,不能对 final类进行继承。(需要导入jar包)

5.用代码演示三种代理

5.1.静态代理

什么是静态代理

  • 由程序员创建或工具生成代理类的源码,再编译代理类。所谓静态也就是在程序运行前就已经存在代理类的字节码文件,代理类和委托类的关系在运行前就确定了。

代码演示:

  • 我有一段这样的代码:(如何能在不修改UserDao接口类的情况下开事务和关闭事务呢)
package com.lijie;

//接口类
public class UserDao{
public void save() {
System.out.println("保存数据方法");
}
}

package com.lijie;

//运行测试类
public class Test{
public static void main(String[] args) {
UserDao userDao = new UserDao();
userDao.save();
}
}

修改代码,添加代理类

package com.lijie;

//代理类
public class UserDaoProxy extends UserDao {
private UserDao userDao;

public UserDaoProxy(UserDao userDao) {
this.userDao = userDao;
}

public void save() {
System.out.println("开启事物...");
userDao.save();
System.out.println("关闭事物...");
}

}

//添加完静态代理的测试类
public class Test{
public static void main(String[] args) {
UserDao userDao = new UserDao();
UserDaoProxy userDaoProxy = new UserDaoProxy(userDao);
userDaoProxy.save();
}
}
  • 缺点:每个需要代理的对象都需要自己重复编写代理,很不舒服,
  • 优点:但是可以面相实际对象或者是接口的方式实现代理

2.2.动态代理

什么是动态代理

  • 动态代理也叫做,JDK代理、接口代理。
  • 动态代理的对象,是利用JDK的API,动态的在内存中构建代理对象(是根据被代理的接口来动态生成代理类的class文件,并加载运行的过程),这就叫动态代理
package com.lijie;

//接口
public interface UserDao {
void save();
}

package com.lijie;

//接口实现类
public class UserDaoImpl implements UserDao {
public void save() {
System.out.println("保存数据方法");
}
}
  • //下面是代理类,可重复使用,不像静态代理那样要自己重复编写代理
package com.lijie;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;

// 每次生成动态代理类对象时,实现了InvocationHandler接口的调用处理器对象
public class InvocationHandlerImpl implements InvocationHandler {

// 这其实业务实现类对象,用来调用具体的业务方法
private Object target;

// 通过构造函数传入目标对象
public InvocationHandlerImpl(Object target) {
this.target = target;
}

//动态代理实际运行的代理方法
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("调用开始处理");
//下面invoke()方法是以反射的方式来创建对象,第一个参数是要创建的对象,第二个是构成方法的参数,由第二个参数来决定创建对象使用哪个构造方法
Object result = method.invoke(target, args);
System.out.println("调用结束处理");
return result;
}
}
  • //利用动态代理使用代理方法
package com.lijie;

import java.lang.reflect.Proxy;

public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 被代理对象
UserDao userDaoImpl = new UserDaoImpl();
InvocationHandlerImpl invocationHandlerImpl = new InvocationHandlerImpl(userDaoImpl);

//类加载器
ClassLoader loader = userDaoImpl.getClass().getClassLoader();
Class<?>[] interfaces = userDaoImpl.getClass().getInterfaces();

// 主要装载器、一组接口及调用处理动态代理实例
UserDao newProxyInstance = (UserDao) Proxy.newProxyInstance(loader, interfaces, invocationHandlerImpl);
newProxyInstance.save();
}
}
  • 缺点:必须是面向接口,目标业务类必须实现接口
  • 优点:不用关心代理类,只需要在运行阶段才指定代理哪一个对象

5.3.CGLIB动态代理

CGLIB动态代理原理:

  • 利用asm开源包,对代理对象类的class文件加载进来,通过修改其字节码生成子类来处理。

什么是CGLIB动态代理

  • CGLIB动态代理和jdk代理一样,使用反射完成代理,不同的是他可以直接代理类(jdk动态代理不行,他必须目标业务类必须实现接口),CGLIB动态代理底层使用字节码技术,CGLIB动态代理不能对 final类进行继承。(CGLIB动态代理需要导入jar包)

代码演示:

package com.lijie;

//接口
public interface UserDao {
void save();
}

package com.lijie;

//接口实现类
public class UserDaoImpl implements UserDao {
public void save() {
System.out.println("保存数据方法");
}
}

package com.lijie;

import org.springframework.cglib.proxy.Enhancer;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodInterceptor;
import org.springframework.cglib.proxy.MethodProxy;
import java.lang.reflect.Method;

//代理主要类
public class CglibProxy implements MethodInterceptor {
private Object targetObject;
// 这里的目标类型为Object,则可以接受任意一种参数作为被代理类,实现了动态代理
public Object getInstance(Object target) {
// 设置需要创建子类的类
this.targetObject = target;
Enhancer enhancer = new Enhancer();
enhancer.setSuperclass(target.getClass());
enhancer.setCallback(this);
return enhancer.create();
}

//代理实际方法
public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
System.out.println("开启事物");
Object result = proxy.invoke(targetObject, args);
System.out.println("关闭事物");
// 返回代理对象
return result;
}
}


package com.lijie;

//测试CGLIB动态代理
public class Test {
public static void main(String[] args) {
CglibProxy cglibProxy = new CglibProxy();
UserDao userDao = (UserDao) cglibProxy.getInstance(new UserDaoImpl());
userDao.save();
}
}

建造者模式

1.什么是建造者模式

  • 建造者模式:是将一个复杂的对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的方式进行创建。
  • 工厂类模式是提供的是创建单个类的产品
  • 而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理,用来具有不同的属性的产品

建造者模式通常包括下面几个角色:

  1. uilder:给出一个抽象接口,以规范产品对象的各个组成成分的建造。这个接口规定要实现复杂对象的哪些部分的创建,并不涉及具体的对象部件的创建。
  2. ConcreteBuilder:实现Builder接口,针对不同的商业逻辑,具体化复杂对象的各部分的创建。 在建造过程完成后,提供产品的实例。
  3. Director:调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分,在指导者中不涉及具体产品的信息,只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。
  4. Product:要创建的复杂对象。

2.建造者模式的使用场景

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。
  • 与工厂模式的区别是:建造者模式更加关注与零件装配的顺序。
  • JAVA 中的 StringBuilder就是建造者模式创建的,他把一个单个字符的char数组组合起来
  • Spring不是建造者模式,它提供的操作应该是对于字符串本身的一些操作,而不是创建或改变一个字符串。

3.代码案例

  1. 建立一个装备对象Arms
package com.lijie;

//装备类
public class Arms {
//头盔
private String helmet;
//铠甲
private String armor;
//武器
private String weapon;

//省略Git和Set方法...........
}
  1. 创建Builder接口(给出一个抽象接口,以规范产品对象的各个组成成分的建造,这个接口只是规范)
package com.lijie;

public interface PersonBuilder {

void builderHelmetMurder();

void builderArmorMurder();

void builderWeaponMurder();

void builderHelmetYanLong();

void builderArmorYanLong();

void builderWeaponYanLong();

Arms BuilderArms(); //组装
}
  1. 创建Builder实现类(这个类主要实现复杂对象创建的哪些部分需要什么属性)
package com.lijie;

public class ArmsBuilder implements PersonBuilder {
private Arms arms;

//创建一个Arms实例,用于调用set方法
public ArmsBuilder() {
arms = new Arms();
}

public void builderHelmetMurder() {
arms.setHelmet("夺命头盔");
}

public void builderArmorMurder() {
arms.setArmor("夺命铠甲");
}

public void builderWeaponMurder() {
arms.setWeapon("夺命宝刀");
}

public void builderHelmetYanLong() {
arms.setHelmet("炎龙头盔");
}

public void builderArmorYanLong() {
arms.setArmor("炎龙铠甲");
}

public void builderWeaponYanLong() {
arms.setWeapon("炎龙宝刀");
}

public Arms BuilderArms() {
return arms;
}
}
  1. Director(调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分,在指导者中不涉及具体产品的信息,只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建)
package com.lijie;

public class PersonDirector {

//组装
public Arms constructPerson(PersonBuilder pb) {
pb.builderHelmetYanLong();
pb.builderArmorMurder();
pb.builderWeaponMurder();
return pb.BuilderArms();
}

//这里进行测试
public static void main(String[] args) {
PersonDirector pb = new PersonDirector();
Arms arms = pb.constructPerson(new ArmsBuilder());
System.out.println(arms.getHelmet());
System.out.println(arms.getArmor());
System.out.println(arms.getWeapon());
}
}

模板方法模式

1.什么是模板方法

  • 模板方法模式:定义一个操作中的算法骨架(父类),而将一些步骤延迟到子类中。 模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构来重定义该算法的

2.什么时候使用模板方法

  • 实现一些操作时,整体步骤很固定,但是呢。就是其中一小部分需要改变,这时候可以使用模板方法模式,将容易变的部分抽象出来,供子类实现。

3.实际开发中应用场景哪里用到了模板方法

  • 其实很多框架中都有用到了模板方法模式
  • 例如:数据库访问的封装、Junit单元测试、servlet中关于doGet/doPost方法的调用等等

4.现实生活中的模板方法

例如:

  1. 去餐厅吃饭,餐厅给我们提供了一个模板就是:看菜单,点菜,吃饭,付款,走人 (这里 “点菜和付款” 是不确定的由子类来完成的,其他的则是一个模板。)

5.代码实现模板方法模式

  1. 先定义一个模板。把模板中的点菜和付款,让子类来实现。
package com.lijie;

//模板方法
public abstract class RestaurantTemplate {

// 1.看菜单
public void menu() {
System.out.println("看菜单");
}

// 2.点菜业务
abstract void spotMenu();

// 3.吃饭业务
public void havingDinner(){ System.out.println("吃饭"); }

// 3.付款业务
abstract void payment();

// 3.走人
public void GoR() { System.out.println("走人"); }

//模板通用结构
public void process(){
menu();
spotMenu();
havingDinner();
payment();
GoR();
}
}
  1. 具体的模板方法子类 1
package com.lijie;

public class RestaurantGinsengImpl extends RestaurantTemplate {

void spotMenu() {
System.out.println("人参");
}

void payment() {
System.out.println("5快");
}
}
  1. 具体的模板方法子类 2
package com.lijie;

public class RestaurantLobsterImpl extends RestaurantTemplate {

void spotMenu() {
System.out.println("龙虾");
}

void payment() {
System.out.println("50块");
}
}
  1. 客户端测试
package com.lijie;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
//调用第一个模板实例
RestaurantTemplate restaurantTemplate = new RestaurantGinsengImpl();
restaurantTemplate.process();
}
}

外观模式

1.什么是外观模式

  • 外观模式:也叫门面模式,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。
  • 它向现有的系统添加一个接口,用这一个接口来隐藏实际的系统的复杂性。
  • 使用外观模式,他外部看起来就是一个接口,其实他的内部有很多复杂的接口已经被实现

2.外观模式例子

  • 用户注册完之后,需要调用阿里短信接口、邮件接口、微信推送接口。
  1. 创建阿里短信接口
package com.lijie;

//阿里短信消息
public interface AliSmsService {
void sendSms();
}

package com.lijie;

public class AliSmsServiceImpl implements AliSmsService {

public void sendSms() {
System.out.println("阿里短信消息");
}

}
  1. 创建邮件接口
package com.lijie;

//发送邮件消息
public interface EamilSmsService {
void sendSms();
}

package com.lijie;

public class EamilSmsServiceImpl implements EamilSmsService{
public void sendSms() {
System.out.println("发送邮件消息");
}
}
  1. 创建微信推送接口
package com.lijie;

//微信消息推送
public interface WeiXinSmsService {
void sendSms();
}

package com.lijie;

public class WeiXinSmsServiceImpl implements WeiXinSmsService {
public void sendSms() {
System.out.println("发送微信消息推送");
}
}
  1. 创建门面(门面看起来很简单使用,复杂的东西以及被门面给封装好了)
package com.lijie;

public class Computer {
AliSmsService aliSmsService;
EamilSmsService eamilSmsService;
WeiXinSmsService weiXinSmsService;

public Computer() {
aliSmsService = new AliSmsServiceImpl();
eamilSmsService = new EamilSmsServiceImpl();
weiXinSmsService = new WeiXinSmsServiceImpl();
}

//只需要调用它
public void sendMsg() {
aliSmsService.sendSms();
eamilSmsService.sendSms();
weiXinSmsService.sendSms();
}
}
  1. 启动测试
package com.lijie;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
//普通模式需要这样
AliSmsService aliSmsService = new AliSmsServiceImpl();
EamilSmsService eamilSmsService = new EamilSmsServiceImpl();
WeiXinSmsService weiXinSmsService = new WeiXinSmsServiceImpl();
aliSmsService.sendSms();
eamilSmsService.sendSms();
weiXinSmsService.sendSms();

//利用外观模式简化方法
new Computer().sendMsg();
}
}

原型模式

1.什么是原型模式

  • 原型设计模式简单来说就是克隆
  • 原型表明了有一个样板实例,这个原型是可定制的。原型模式多用于创建复杂的或者构造耗时的实例,因为这种情况下,复制一个已经存在的实例可使程序运行更高效。

2.原型模式的应用场景

  1. 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。这时我们就可以通过原型拷贝避免这些消耗。
  2. 通过new产生的一个对象需要非常繁琐的数据准备或者权限,这时可以使用原型模式。
  3. 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,即保护性拷贝。
我们Spring框架中的多例就是使用原型。

3.原型模式的使用方式

  1. 实现Cloneable接口。在java语言有一个Cloneable接口,它的作用只有一个,就是在运行时通知虚拟机可以安全地在实现了此接口的类上使用clone方法。在java虚拟机中,只有实现了这个接口的类才可以被拷贝,否则在运行时会抛出CloneNotSupportedException异常。
  2. 重写Object类中的clone方法。Java中,所有类的父类都是Object类,Object类中有一个clone方法,作用是返回对象的一个拷贝,但是其作用域protected类型的,一般的类无法调用,因此Prototype类需要将clone方法的作用域修改为public类型。

3.1原型模式分为浅复制和深复制

  1. (浅复制)只是拷贝了基本类型的数据,而引用类型数据,只是拷贝了一份引用地址。
  2. (深复制)在计算机中开辟了一块新的内存地址用于存放复制的对象。

4.代码演示

  1. 创建User类
package com.lijie;

import java.util.ArrayList;

public class User implements Cloneable {
private String name;
private String password;
private ArrayList<String> phones;

protected User clone() {
try {
User user = (User) super.clone();
//重点,如果要连带引用类型一起复制,需要添加底下一条代码,如果不加就对于是复制了引用地址
user.phones = (ArrayList<String>) this.phones.clone();//设置深复制
return user;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}

//省略所有属性Git Set方法......
}
  1. 测试复制
package com.lijie;

import java.util.ArrayList;

public class Client {
public static void main(String[] args) {
//创建User原型对象
User user = new User();
user.setName("李三");
user.setPassword("123456");
ArrayList<String> phones = new ArrayList<>();
phones.add("17674553302");
user.setPhones(phones);

//copy一个user对象,并且对象的属性
User user2 = user.clone();
user2.setPassword("654321");

//查看俩个对象是否是一个
System.out.println(user == user2);

//查看属性内容
System.out.println(user.getName() + " | " + user2.getName());
System.out.println(user.getPassword() + " | " + user2.getPassword());
//查看对于引用类型拷贝
System.out.println(user.getPhones() == user2.getPhones());
}
}
  1. 如果不需要深复制,需要删除User 中的
//默认引用类型为浅复制,这是设置了深复制
user.phones = (ArrayList<String>) this.phones.clone();

策略模式

1.什么是策略模式

  • 定义了一系列的算法 或 逻辑 或 相同意义的操作,并将每一个算法、逻辑、操作封装起来,而且使它们还可以相互替换。(其实策略模式Java中用的非常非常广泛)
  • 我觉得主要是为了 简化 if…else 所带来的复杂和难以维护。

2.策略模式应用场景

  • 策略模式的用意是针对一组算法或逻辑,将每一个算法或逻辑封装到具有共同接口的独立的类中,从而使得它们之间可以相互替换。
  1. 例如:我要做一个不同会员打折力度不同的三种策略,初级会员,中级会员,高级会员(三种不同的计算)。
  2. 例如:我要一个支付模块,我要有微信支付、支付宝支付、银联支付等

3.策略模式的优点和缺点

  • 优点: 1、算法可以自由切换。 2、避免使用多重条件判断。 3、扩展性非常良好。
  • 缺点: 1、策略类会增多。 2、所有策略类都需要对外暴露。

4.代码演示

  • 模拟支付模块有微信支付、支付宝支付、银联支付
  1. 定义抽象的公共方法
package com.lijie;

//策略模式 定义抽象方法 所有支持公共接口
abstract class PayStrategy {

// 支付逻辑方法
abstract void algorithmInterface();

}
  1. 定义实现微信支付
package com.lijie;

class PayStrategyA extends PayStrategy {

void algorithmInterface() {
System.out.println("微信支付");
}
}
  1. 定义实现支付宝支付
package com.lijie;

class PayStrategyB extends PayStrategy {

void algorithmInterface() {
System.out.println("支付宝支付");
}
}
  1. 定义实现银联支付
package com.lijie;

class PayStrategyC extends PayStrategy {

void algorithmInterface() {
System.out.println("银联支付");
}
}
  1. 定义下文维护算法策略
package com.lijie;// 使用上下文维护算法策略

class Context {

PayStrategy strategy;

public Context(PayStrategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}

public void algorithmInterface() {
strategy.algorithmInterface();
}

}
  1. 运行测试
package com.lijie;

class ClientTestStrategy {
public static void main(String[] args) {
Context context;
//使用支付逻辑A
context = new Context(new PayStrategyA());
context.algorithmInterface();
//使用支付逻辑B
context = new Context(new PayStrategyB());
context.algorithmInterface();
//使用支付逻辑C
context = new Context(new PayStrategyC());
context.algorithmInterface();
}
}

观察者模式

1.什么是观察者模式

  • 先讲什么是行为性模型,行为型模式关注的是系统中对象之间的相互交互,解决系统在运行时对象之间的相互通信和协作,进一步明确对象的职责。
  • 观察者模式,是一种行为性模型,又叫发布-订阅模式,他定义对象之间一种一对多的依赖关系,使得当一个对象改变状态,则所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。

2.模式的职责

  • 观察者模式主要用于1对N的通知。当一个对象的状态变化时,他需要及时告知一系列对象,令他们做出相应。

实现有两种方式:

  1. 推:每次都会把通知以广播的方式发送给所有观察者,所有的观察者只能被动接收。
  2. 拉:观察者只要知道有情况即可,至于什么时候获取内容,获取什么内容,都可以自主决定。

3.观察者模式应用场景

  1. 关联行为场景,需要注意的是,关联行为是可拆分的,而不是“组合”关系。事件多级触发场景。
  2. 跨系统的消息交换场景,如消息队列、事件总线的处理机制。

4.代码实现观察者模式

  1. 定义抽象观察者,每一个实现该接口的实现类都是具体观察者。
package com.lijie;

//观察者的接口,用来存放观察者共有方法
public interface Observer {
// 观察者方法
void update(int state);
}
  1. 定义具体观察者
package com.lijie;

// 具体观察者
public class ObserverImpl implements Observer {

// 具体观察者的属性
private int myState;

public void update(int state) {
myState=state;
System.out.println("收到消息,myState值改为:"+state);
}

public int getMyState() {
return myState;
}
}
  1. 定义主题。主题定义观察者数组,并实现增、删及通知操作。
package com.lijie;

import java.util.Vector;

//定义主题,以及定义观察者数组,并实现增、删及通知操作。
public class Subjecct {
//观察者的存储集合,不推荐ArrayList,线程不安全,
private Vector<Observer> list = new Vector<>();

// 注册观察者方法
public void registerObserver(Observer obs) {
list.add(obs);
}
// 删除观察者方法
public void removeObserver(Observer obs) {
list.remove(obs);
}

// 通知所有的观察者更新
public void notifyAllObserver(int state) {
for (Observer observer : list) {
observer.update(state);
}
}
}
  1. 定义具体的,他继承继承Subject类,在这里实现具体业务,在具体项目中,该类会有很多。
package com.lijie;

//具体主题
public class RealObserver extends Subjecct {
//被观察对象的属性
private int state;
public int getState(){
return state;
}
public void setState(int state){
this.state=state;
//主题对象(目标对象)值发生改变
this.notifyAllObserver(state);
}
}
  1. 运行测试
package com.lijie;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// 目标对象
RealObserver subject = new RealObserver();
// 创建多个观察者
ObserverImpl obs1 = new ObserverImpl();
ObserverImpl obs2 = new ObserverImpl();
ObserverImpl obs3 = new ObserverImpl();
// 注册到观察队列中
subject.registerObserver(obs1);
subject.registerObserver(obs2);
subject.registerObserver(obs3);
// 改变State状态
subject.setState(300);
System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为:"+obs1.getMyState());
System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为:"+obs2.getMyState());
System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为:"+obs3.getMyState());
// 改变State状态
subject.setState(400);
System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为:"+obs1.getMyState());
System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为:"+obs2.getMyState());
System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为:"+obs3.getMyState());
}
}

文章就到这了,没错,没了

察者方法 public void removeObserver(Observer obs) { list.remove(obs); }

// 通知所有的观察者更新
public void notifyAllObserver(int state) {
for (Observer observer : list) {
observer.update(state);
}
}
  1. 定义具体的,他继承继承Subject类,在这里实现具体业务,在具体项目中,该类会有很多。

package com.lijie;

//具体主题
public class RealObserver extends Subjecct {
//被观察对象的属性
private int state;
public int getState(){
return state;
}
public void setState(int state){
this.state=state;
//主题对象(目标对象)值发生改变
this.notifyAllObserver(state);
}
}

运行测试

package com.lijie;

public class Client {

public static void main(String[] args) {
// 目标对象
RealObserver subject = new RealObserver();
// 创建多个观察者
ObserverImpl obs1 = new ObserverImpl();
ObserverImpl obs2 = new ObserverImpl();
ObserverImpl obs3 = new ObserverImpl();
// 注册到观察队列中
subject.registerObserver(obs1);
subject.registerObserver(obs2);
subject.registerObserver(obs3);
// 改变State状态
subject.setState(300);
System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为:"+obs1.getMyState());
System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为:"+obs2.getMyState());
System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为:"+obs3.getMyState());
// 改变State状态
subject.setState(400);
System.out.println("obs1观察者的MyState状态值为:"+obs1.getMyState());
System.out.println("obs2观察者的MyState状态值为:"+obs2.getMyState());
System.out.println("obs3观察者的MyState状态值为:"+obs3.getMyState());
}
}

如果不是必要,准备上面那九个设计模式就好了,全部记住有点难!

本文作者:小杰,
原文链接:https://juejin.cn/post/6844904125721772039
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