【Java 设计模式】23 种设计模式

设计模式是什么

“每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案的核心。这样，你就能一次又一次地使用该方案而不必重复劳动。”

----- Christopher Alexander

Alexander 是 20 世纪 70 年代的一位著名的建筑师 ，他为了解决同一个问题而设计出的不同版本的建筑结构，突然发现了这些高质量的设计中都具有着相似部分，然后他就把这些相似的部分提炼出来，总结成了一套经验，留着后续再设计时使用。

计算机行业里的设计模式

设计模式是在软件设计中经常出现的问题的解决方案，它们是经验丰富的开发人员通过时间和实践总结出来的最佳实践。

✨说白一点

它就是一套经过前人踩坑之后，总结出来的一套被反反复复使用的解决方案，

也即，前人栽树，后人乘凉。

在 Java 中，我们有幸继承了许多经典的设计模式，其中最著名的是《设计模式：可复用面向对象软件的基础》一书中总结的 23 种设计模式。这些设计模式可以分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式，本文我们将简要概述一下这些设计模式。

创建型模式（共 5 种）

1. 单例模式（Singleton Pattern）
   • 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局点
   • 示例：java.lang.Runtime、数据库连接池
2. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）
   • 定义一个用于创建对象的接口，但是由子类决定实例化哪一个类
   • 示例：java.util.Calendar、java.util.Collection
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
   • 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类
   • 示例：javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
4. 建造者模式（Builder Pattern）
   • 将一个复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示
   • 示例：java.lang.StringBuilder、java.lang.StringBuffer
5. 原型模式（Prototype Pattern）
   • 通过复制现有的对象来创建新对象，而不是从头开始创建
   • 示例：java.lang.Object#clone()

结构型模式（共 7 种）

1. 适配器模式（Adapter Pattern）
   • 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口
   • 示例：java.util.Arrays#asList()
2. 桥接模式（Bridge Pattern）
   • 将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化
   • 示例：java.util.logging
3. 组合模式（Composite Pattern）
   • 将对象以树形结构组合以表示“部分-整体”的层次结构
   • 示例：java.awt.Container、javax.swing.JComponent
4. 装饰器模式（Decorator Pattern）
   • 动态地给一个对象添加一些额外的职责
   • 示例：java.io.InputStream
5. 外观模式（Facade Pattern）
   • 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面
   • 示例：java.net.URL、javax.faces.webapp.FacesServlet
6. 代理模式（Proxy Pattern）
   • 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问
   • 示例：java.lang.reflect.Proxy、java.rmi.*
7. 享元模式（Flyweight Pattern）
   • 用共享的方式高效地支持大量小粒度对象。
   • 示例：java.lang.Integer#valueOf(int)、java.lang.String#intern()

行为型模式（共 11 种）

1. 观察者模式（Observer Pattern）
   • 定义对象间的一对多依赖，当一个对象改变状态，所有依赖者都会受到通知并自动更新
   • 示例：java.util.Observer、java.util.Observable
2. 策略模式（Strategy Pattern）
   • 定义一系列算法，将它们封装起来，并且使它们可以相互替换
   • 示例：java.util.Comparator、java.util.Arrays#sort()
3. 命令模式（Command Pattern）
   • 将请求封装成对象，使得可以用不同的请求对客户进行参数化
   • 示例：java.lang.Runnable、javax.swing.Action
4. 状态模式（State Pattern）
   • 允许对象在其内部状态改变时改变它的行为
   • 示例：java.util.Iterator、javax.faces.lifecycle.Lifecycle
5. 责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）
   • 为解除请求的发送者和接收者之间的耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求
   • 示例：java.util.logging.Logger#log()
6. 访问者模式（Visitor Pattern）
   • 将算法与对象结构分离，并且可以在不改变对象结构的前提下定义新的操作
   • 示例：javax.lang.model.element.Element、javax.lang.model.element.ElementVisitor
7. 中介者模式（Mediator Pattern）
   • 用一个中介对象来封装一系列的对象交互
   • 示例：java.util.Timer、java.util.concurrent.Executor
8. 备忘录模式（Memento Pattern）
   • 在不破坏封装的情况下，捕获对象的内部状态，并在对象之外保存这个状态
   • 示例：java.util.Date
9. 迭代器模式（Iterator Pattern）
   • 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而不暴露其内部表示
   • 示例：java.util.Iterator、java.util.Collection
10. 模板方法模式（Template Method Pattern）
    • 定义一个操作中的算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中
    • 示例：java.util.AbstractList、java.util.AbstractMap
11. 解释器模式（Interpreter Pattern）
    • 定义一个语言的文法，并且建立一个解释器来解释该语言中的句子
    • 示例：java.util.regex.Pattern、javax.el.ELResolver

总结

这些设计模式提供了在特定情境中解决问题的通用方法，每种设计模式都有其适用的场景和优缺点。使用它们可以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。当我们对它们充分的掌握了，也可以自己去创造模式。最后，就像是倚天屠龙记中张无忌学习太极功似的，化有形于无形，无招胜有招（即所有模式变无模式）。