Java的23种设计模式（三） ^有更新！

2018-02-26 | 0 评论 | 1,651 浏览

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（十一）组合模式（Composite）
（十二）享元模式（Flyweight）
（十三）策略模式（Strategy）
（十四）模板方法模式（Template Method）
（十五）观察者模式（Observer）
（十六）迭代子模式（Iterator）

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（十一）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：

public class TreeNode {

private String name;

private TreeNode parent;

private Vector<TreeNode> children = new Vector<TreeNode>();

public TreeNode(String name){

this.name = name;

}

public String getName() {

return name;

}

public void setName(String name) {

this.name = name;

}

public TreeNode getParent() {

return parent;

}

public void setParent(TreeNode parent) {

this.parent = parent;

}

//添加孩子节点

public void add(TreeNode node){

children.add(node);

}

//删除孩子节点

public void remove(TreeNode node){

children.remove(node);

}

//取得孩子节点

public Enumeration<TreeNode> getChildren(){

return children.elements();

}

public class Tree {

TreeNode root = null;

public Tree(String name) {

root = new TreeNode(name);

}

public static void main(String[] args) {

Tree tree = new Tree("A");

TreeNode nodeB = new TreeNode("B");

TreeNode nodeC = new TreeNode("C");

nodeB.add(nodeC);

tree.root.add(nodeB);

System.out.println("build the tree finished!");

}

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。

（十二）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：

public class ConnectionPool {

private Vector<Connection> pool;

/*公有属性*/

private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";

private String username = "root";

private String password = "root";

private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";

private int poolSize = 100;

private static ConnectionPool instance = null;

Connection conn = null;

/*构造方法，做一些初始化工作*/

private ConnectionPool() {

pool = new Vector<Connection>(poolSize);

for (int i = 0; i < poolSize; i++) {

try {

Class.forName(driverClassName);

conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);

pool.add(conn);

} catch (ClassNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

} catch (SQLException e) {

e.printStackTrace();

}

/* 返回连接到连接池 */

public synchronized void release() {

pool.add(conn);

}

/* 返回连接池中的一个数据库连接 */

public synchronized Connection getConnection() {

if (pool.size() > 0) {

Connection conn = pool.get(0);

pool.remove(conn);

return conn;

} else {

return null;

}

通过连接池的管理，实现了数据库连接的共享，不需要每一次都重新创建连接，节省了数据库重新创建的开销，提升了系统的性能！

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

（十三）策略模式（Strategy）

在软件开发中常常遇到这种情况，实现某一个功能有多种算法或者策略，我们可以根据环境或者条件的不同选择不同的算法或者策略来完成该功能。如查找、排序等，一种常用的方法是硬编码(Hard Coding)在一个类中，如需要提供多种查找算法，可以将这些算法写到一个类中，在该类中提供多个方法，每一个方法对应一个具体的查找算法；当然也可以将这些查找算法封装在一个统一的方法中，通过if…else…或者case等条件判断语句来进行选择。

这两种实现方法我们都可以称之为硬编码，如果需要增加一种新的查找算法，需要修改封装算法类的源代码；更换查找算法，也需要修改客户端调用代码。在这个算法类中封装了大量查找算法，该类代码将较复杂，维护较为困难。如果我们将这些策略包含在客户端，这种做法更不可取，将导致客户端程序庞大而且难以维护，如果存在大量可供选择的算法时问题将变得更加严重。

问题

如何让算法和对象分开来，使得算法可以独立于使用它的客户而变化？

方案

把一个类中经常改变或者将来可能改变的部分提取出来，作为一个接口，然后在类中包含这个对象的实例，这样类的实例在运行时就可以随意调用实现了这个接口的类的行为。

比如定义一系列的算法,把每一个算法封装起来, 并且使它们可相互替换，使得算法可独立于使用它的客户而变化。这就是策略模式。

适用情况

许多相关的类仅仅是行为有异。“策略”提供了一种用多个行为中的一个行为来配置一个类的方法。即一个系统需要动态地在几种算法中选择一种。

当一个应用程序需要实现一种特定的服务或者功能，而且该程序有多种实现方式时使用。一个类定义了多种行为 , 并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现。将相关的条件分支移入它们各自的Strategy类中以代替这些条件语句。

优点

1、可以动态的改变对象的行为

缺点

1、客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略类

2、策略模式将造成产生很多策略类

组成

环境类(Context):用一个ConcreteStrategy对象来配置。维护一个对Strategy对象的引用。可定义一个接口来让Strategy访问它的数据。

抽象策略类(Strategy):定义所有支持的算法的公共接口。 Context使用这个接口来调用某ConcreteStrategy定义的算法。

具体策略类(ConcreteStrategy):以Strategy接口实现某具体算法。

应用

场景如下，刘备要到江东娶老婆了，走之前诸葛亮给赵云三个锦囊妙计，说是按天机拆开能解决棘手问题。场景中出现三个要素：三个妙计（具体策略类）、一个锦囊（环境类）、赵云（调用者）。

抽象策略类（Strategy）

public interface Strategy {

public void operate();

}

三个实现类（ConcreteStrategy）：

妙计一：初到吴国

public class BackDoor implements IStrategy {

@Override

public void operate() {

System.out.println("找乔国老帮忙，让吴国太给孙权施加压力，使孙权不能杀刘备");

}

妙计二：求吴国太开绿灯放行

public class GivenGreenLight implements IStrategy {

@Override

public void operate() {

System.out.println("求吴国太开个绿灯，放行");

}

妙计三：孙夫人断后，挡住追兵

public class BlackEnemy implements IStrategy {

@Override

public void operate() {

System.out.println("孙夫人断后，挡住追兵");

}

环境类（Context)

public class Context {

private Strategy strategy;

//构造函数，要你使用哪个妙计

public Context(Strategy strategy){

this.strategy = strategy;

}

public void setStrategy(Strategy strategy){

this.strategy = strategy;

}

public void operate(){

this.strategy.operate();

}

下面就是使用的情况了

public class Zhaoyun {

public static void main(String[] args) {

Context context;

System.out.println("----------刚到吴国使用第一个锦囊---------------");

context = new Context(new BackDoor());

context.operate();

System.out.println("\n");

System.out.println("----------刘备乐不思蜀使用第二个锦囊---------------");

context.setStrategy(new GivenGreenLight());

context.operate();

System.out.println("\n");

System.out.println("----------孙权的追兵来了，使用第三个锦囊---------------");

context.setStrategy(new BlackEnemy());

context.operate();

System.out.println("\n");

}

以上就是策略模式，多种不同解决方案动态切换，起到改变对象行为的效果。

（十四）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：

public abstract class AbstractCalculator {

/*主方法，实现对本类其它方法的调用*/

public final int calculate(String exp,String opt){

int array[] = split(exp,opt);

return calculate(array[0],array[1]);

}

/*被子类重写的方法*/

abstract public int calculate(int num1,int num2);

public int[] split(String exp,String opt){

String array[] = exp.split(opt);

int arrayInt[] = new int[2];

arrayInt[0] = Integer.parseInt(array[0]);

arrayInt[1] = Integer.parseInt(array[1]);

return arrayInt;

}

public class Plus extends AbstractCalculator {

@Override

public int calculate(int num1,int num2) {

return num1 + num2;

}

public class Test {

public static void main(String[] args) {

String exp = "8+8";

AbstractCalculator cal = new Plus();

int result = cal.calculate(exp, "\\+");

System.out.println(result);

}

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。

（十五）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：

public interface Observer {

public void update();

}

public interface Subject {

/*增加观察者*/

public void add(Observer observer);

/*删除观察者*/

public void del(Observer observer);

/*通知所有的观察者*/

public void notifyObservers();

/*自身的操作*/

public void operation();

}

public abstract class AbstractSubject implements Subject {

private Vector<Observer> vector = new Vector<Observer>();

@Override

public void add(Observer observer) {

vector.add(observer);

}

@Override

public void del(Observer observer) {

vector.remove(observer);

}

@Override

public void notifyObservers() {

Enumeration<Observer> enumo = vector.elements();

while(enumo.hasMoreElements()){

enumo.nextElement().update();

}

public class MySubject extends AbstractSubject {

@Override

public void operation() {

System.out.println("update self!");

notifyObservers();

}

public class Observer1 implements Observer {

@Override

public void update() {

System.out.println("observer1 has received!");

}

public class Observer2 implements Observer {

@Override

public void update() {

System.out.println("observer2 has received!");

}

public class ObserverTest {

public static void main(String[] args) {

Subject sub = new MySubject();

sub.add(new Observer1());

sub.add(new Observer2());

sub.operation();

}

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！

（十六）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：

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（十一）组合模式（Composite）

（十二）享元模式（Flyweight）

（十三）策略模式（Strategy）

（十四）模板方法模式（Template Method）

（十五）观察者模式（Observer）

（十六）迭代子模式（Iterator）

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