1、design pattern in java 1设计模式因业务需要， “中科永联”正式更名为“中程在线” ，欢迎大家浏览新网站“中程在线信息产业培训网”中科永联高级技术培训中心（）设计模式（Design pattern）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。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。GoF 的“设计模式”是第一次将设计模式提升到理论高度，并将之规范化，本书提出了 23 种基本设计模式，自此，在可
2、复用面向对象软件的发展过程中，新的大量的设计模式不断出现。一、设计模式和框架现在，可复用面向对象软件系统现在一般划分为三大类：应用程序工具箱和框架(Framework),我们平时开发的具体软件都是应用程序；Java 的 API 属于工具箱;而框架是构成一类特定软件可复用设计的一组相互协作的类。EJB（EnterpriseJavaBeans）是 Java应用于企业计算的框架.框架通常定义了应用体系的整体结构类和对象的关系等等设计参数，以便于具体应用实现者能集中精力于应用本身的特定细节。框架主要记录软件应用中共同的设计决策，框架强调设计复用，因此框架设计中必然要使用设计模式.另外，设计模式有助于对
3、框架结构的理解，成熟的框架通常使用了多种设计模式,如果你熟悉这些设计模式，毫无疑问，你将迅速掌握框架的结构，我们一般开发者如果突然接触 EJBJ2EE 等框架，会觉得特别难学，难掌握，那么转而先掌握设计模式，无疑是给了你剖析 EJB 或 J2EE 系统的一把利器。二、设计模式的原则近年来，大家都开始注意设计模式。那么，到底我们为什么要用设计模式呢？这么多设计模式为什么要这么设计呢？说实话，以前我还真没搞清楚。就是看大家一口一个“Design pattern“，心就有点发虚。于是就买了本“四人帮“的设计模式，结果看得似懂非懂:看得时候好像是懂了，过一会就忘了。可能是本人比较“愚钝“吧:)最近，有
4、了点感悟。“独乐不如众乐“，与大家分享一下，还望指教!为什么要提倡“Design Pattern“呢？根本原因是为了代码复用，增加可维护性。那么怎么才能实现代码复用呢？OO 界有前辈的几个原则：“开闭“原则(Open Closed Principal)、里氏代换原则、合成复用原则。设计模式就是实现了这些原则，从而达到了代码复用、增加可维护性的目的。1、“开闭“原则此原则是由“Bertrand Meyer“提出的。原文是：“Software entities should be open for extension,but closed for modification“。就是说模块应对扩展开放
5、，而对修改关闭。模块应尽量在不修改原(是“原“，指原来的代码)代码的情况下进行扩展。那么怎么扩展呢？我们看工厂模式“factory pattern“:假设中关村有一个卖盗版盘和毛片的小子，我们给他设计一“光盘销售管理软件“。我们应该先设计一“光盘“接口。如图：| | 光盘 |_|+卖() | |_|而盗版盘和毛片是其子类。小子通过“DiscFactory“来管理这些光盘。代码为：public class DiscFactory public static 光盘 getDisc(String name) return (光盘)Class.forName(name).getInstance();
6、有人要买盗版盘，怎么实现呢？public class 小子 public static void main(String args) 光盘 d=DiscFactory.getDisc(“盗版盘“); 光盘.卖(); 如果有一天，这小子良心发现了，开始卖正版软件。没关系，我们只要再创建一个“光盘“的子类“正版软件“就可以了。不需要修改原结构和代码。怎么样？对扩展开发，对修改关闭。“开-闭原则“工厂模式是对具体产品进行扩展，有的项目可能需要更多的扩展性，要对这个“工厂“也进行扩展，那就成了“抽象工厂模式“。2、里氏代换原则里氏代换原则是由“Barbara Liskov“提出的。如果调用的是父类的话
7、，那么换成子类也完全可以运行。比如：光盘 d=new 盗版盘();d.卖();现在要将“盗版盘“类改为“毛片“类，没问题，完全可以运行。Java 编译程序会检查程序是否符合里氏代换原则。还记得 java 继承的一个原则吗？子类 overload 方法的访问权限不能小于父类对应方法的访问权限。比如“光盘“中的方法“卖“访问权限是“public“，那么“盗版盘“和“毛片“中的“卖“方法就不能是 package 或private，编译不能通过。为什么要这样呢？你想啊：如果“盗版盘“的“卖“方法是 private。那么下面这段代码就不能执行了：光盘 d=new 盗版盘();d.卖();可以说：里氏代换
8、原则是继承复用的一个基础。3、合成复用原则就是说要少用继承，多用合成关系来实现。我曾经这样写过程序：有几个类要与数据库打交道，就写了一个数据库操作的类，然后别的跟数据库打交道的类都继承这个。结果后来，我修改了数据库操作类的一个方法，各个类都需要改动。“牵一发而动全身“!面向对象是要把波动限制在尽量小的范围。在 Java 中，应尽量针对 Interface 编程，而非实现类。这样，更换子类不会影响调用它方法的代码。要让各个类尽可能少的跟别人联系，“不要与陌生人说话“。这样，城门失火，才不至于殃及池鱼。扩展性和维护性才能提高理解了这些原则，再看设计模式，只是在具体问题上怎么实现这些原则而已。张无忌
9、学太极拳，忘记了所有招式，打倒了“玄幂二老“，所谓“心中无招“。设计模式可谓招数，如果先学通了各种模式，又忘掉了所有模式而随心所欲，可谓 OO 之最高境界。呵呵，搞笑，搞笑！（JR）4 依赖倒转原则抽象不应该依赖与细节，细节应当依赖与抽象。要针对接口编程，而不是针对实现编程。传递参数，或者在组合聚合关系中，尽量引用层次高的类。主要是在构造对象时可以动态的创建各种具体对象，当然如果一些具体类比较稳定，就不必在弄一个抽象类做它的父类，这样有画蛇添足的感觉5 接口隔离原则定制服务的例子，每一个接口应该是一种角色，不多不少，不干不该干的事，该干的事都要干6 抽象类抽象类不会有实例，一般作为父类为子类继
10、承，一般包含这个系的共同属性和方法。注意：好的继承关系中，只有叶节点是具体类，其他节点应该都是抽象类，也就是说具体类是不被继承的。将尽可能多的共同代码放到抽象类中。7 迪米特法则最少知识原则。不要和陌生人说话。三、一个模式的四个基本要素 设计模式使人们可以更加简单方便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系统开发者更加容易理解其设计思路。 1. 模式名称（pattern name） 一个助记名，它用一两个词来描述模式的问题、解决方案和效果。命名一个新的模式增加了我们的设计词汇。设计模式允许我们在较高的抽象层次上进行设计。基于一个模式词汇表，我们自己以及同事之间就可以讨
11、论模式并在编写文档时使用它们。模式名可以帮助我们思考，便于我们与其他人交流设计思想及设计结果。找到恰当的模式名也是我们设计模式编目工作的难点之一。 2. 问题(problem) 描述了应该在何时使用模式。它解释了设计问题和问题存在的前因后果，它可能描述了特定的设计问题，如怎样用对象表示算法等。也可能描述了导致不灵活设计的类或对象结构。有时候，问题部分会包括使用模式必须满足的一系列先决条件。 3. 解决方案(solution) 描述了设计的组成成分，它们之间的相互关系及各自的职责和协作方式。因为模式就像一个模板，可应用于多种不同场合，所以解决方案并不描述一个特定而具体的设计或实现，而是提供设计问
12、题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合（类或对象组合）来解决这个问题。 4. 效果(consequences) 描述了模式应用的效果及使用模式应权衡的问题。尽管我们描述设计决策时，并不总提到模式效果，但它们对于评价设计选择和理解使用模式的代价及好处具有重要意义。软件效果大多关注对时间和空间的衡量，它们也表述了语言和实现问题。因为复用是面向对象设计的要素之一，所以模式效果包括它对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响，显式地列出这些效果对理解和评价这些模式很有帮助。 四、一些基本的设计模式 Abstract Factory：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
13、。 Adapter：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。Adapter 模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。 Bridge：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。 Builder：将一个复杂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表示。 Chain of Responsibility：为解除请求的发送者和接收者之间耦合，而使多个对象都有机会处理这个请求。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它。 Command：将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志
14、，以及支持可取消的操作。 Composite：将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。它使得客户对单个对象和复合对象的使用具有一致性。 Decorator：动态地给一个对象添加一些额外的职责。就扩展功能而言， 它比生成子类方式更为灵活。 Facade：为子系统中的一组接口提供一个一致的界面， F a c a d e 模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。 Factory Method：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。 Flyweight：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。
15、 Interpreter：给定一个语言, 定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器, 该解释器使用该表示来解释语言中的句子。 Iterator：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。 Mediator：用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。 Memento：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到保存的状态。 Observer：定义对象间的一种一对多的依赖关系,以便当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对
16、象都得到通知并自动刷新。 Prototype：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这个原型来创建新的对象。 Proxy：为其他对象提供一个代理以控制对这个对象的访问。 Singleton：保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 State：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它所属的类。 Strategy：定义一系列的算法,把它们一个个封装起来, 并且使它们可相互替换。本模式使得算法的变化可独立于使用它的客户。 Template Method：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。Template Method 使得子类可以不改
17、变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。 Visitor：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作。它使你可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。 创建型 结构型 行为型 类 Factory Method Adapter_Class InterpreterTemplate Method 对象 Abstract FactoryBuilderPrototypeSingleton Adapter_ObjectBridgeCompositeDecoratorFacadeFlyweightProxy Chain of ResponsibilityCommandIteratorM
18、ediatorMementoObserverStateStrategyVisitor 概览 名称 Factory Method 结构意图定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method 使一个类的实例化延迟到其子类。 适用性 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。 名称 Abstract Factory 结构 意图 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。 适用性 一个
19、系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时。 一个系统要由多个产品系列中的一个来配置时。 当你要强调一系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时。 当你提供一个产品类库，而只想显示它们的接口而不是实现时。 名称 Builder 结构 意图 将一个复杂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表示。 适用性 当创建复杂对象的算法应该独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式时。 当构造过程必须允许被构造的对象有不同的表示时。 名称 Prototype 结构 意图 用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。 适用性 当要实例化的类是在运行时刻指定时，例如，通过动态
20、装载；或者 为了避免创建一个与产品类层次平行的工厂类层次时；或者 当一个类的实例只能有几个不同状态组合中的一种时。建立相应数目的原型并克隆它们可能比每次用合适的状态手工实例化该类更方便一些。 名称 Singleton 结构 意图 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。 适用性 当类只能有一个实例而且客户可以从一个众所周知的访问点访问它时。 当这个唯一实例应该是通过子类化可扩展的，并且客户应该无需更改代码就能使用一个扩展的实例时。 名称 Adapter 结构 意图 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。A d a p t e r 模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那
21、些类可以一起工作。 适用性 你想使用一个已经存在的类，而它的接口不符合你的需求。 你想创建一个可以复用的类，该类可以与其他不相关的类或不可预见的类（即那些接口可能不一定兼容的类）协同工作。 （仅适用于对象 A d a p t e r ）你想使用一些已经存在的子类，但是不可能对每一个都进行子类化以匹配它们的接口。对象适配器可以适配它的父类接口。 名称 Bridge 结构 意图 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。 适用性 你不希望在抽象和它的实现部分之间有一个固定的绑定关系。例如这种情况可能是因为，在程序运行时刻实现部分应可以被选择或者切换。 类的抽象以及它的实现都应该可以通过
22、生成子类的方法加以扩充。这时 B r i d g e 模式使你可以对不同的抽象接口和实现部分进行组合，并分别对它们进行扩充。 对一个抽象的实现部分的修改应对客户不产生影响，即客户的代码不必重新编译。 （C + +）你想对客户完全隐藏抽象的实现部分。在 C + +中，类的表示在类接口中是可见的。 有许多类要生成。这样一种类层次结构说明你必须将一个对象分解成两个部分。R u m b a u g h 称这种类层次结构为“嵌套的普化”（nested generalizations ） 。 你想在多个对象间共享实现（可能使用引用计数） ，但同时要求客户并不知道这一点。一个简单的例子便是 C o p l
23、i e n 的 S t r i n g 类 C o p 9 2 ，在这个类中多个对象可以共享同一个字符串表示（S t r i n g R e p ） 。 名称 Composite 结构 意图 将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构。C o m p o s i t e 使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。适用性 你想表示对象的部分-整体层次结构。 你希望用户忽略组合对象与单个对象的不同，用户将统一地使用组合结构中的所有对象。 名称 Decorator 结构 意图 动态地给一个对象添加一些额外的职责。就增加功能来说，D e c o r a t o r 模式相比生成子类更为灵活
24、。 适用性 在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。 处理那些可以撤消的职责。 当不能采用生成子类的方法进行扩充时。一种情况是，可能有大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长。另一种情况可能是因为类定义被隐藏，或类定义不能用于生成子类。 名称 Facade 结构 意图 为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，F a c a d e 模式定义了一个高层接口，这个接口使得这一子系统更加容易使用。 适用性 当你要为一个复杂子系统提供一个简单接口时。子系统往往因为不断演化而变得越来越复杂。大多数模式使用时都会产生更多更小的类。这使得子系统更具可
25、重用性，也更容易对子系统进行定制，但这也给那些不需要定制子系统的用户带来一些使用上的困难。F a c a d e 可以提供一个简单的缺省视图，这一视图对大多数用户来说已经足够，而那些需要更多的可定制性的用户可以越过 f a c a d e 层。 客户程序与抽象类的实现部分之间存在着很大的依赖性。引入 f a c a d e 将这个子系统与客户以及其他的子系统分离，可以提高子系统的独立性和可移植性。 当你需要构建一个层次结构的子系统时，使用 f a c a d e 模式定义子系统中每层的入口点。如果子系统之间是相互依赖的，你可以让它们仅通过 f a c a d e 进行通讯，从而简化了它们之间的
26、依赖关系。 名称 Flyweight 结构 意图 运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。 适用性 一个应用程序使用了大量的对象。 完全由于使用大量的对象，造成很大的存储开销。 对象的大多数状态都可变为外部状态。 如果删除对象的外部状态，那么可以用相对较少的共享对象取代很多组对象。 应用程序不依赖于对象标识。由于 F l y w e i g h t 对象可以被共享，对于概念上明显有别的对象，标识测试将返回真值。 名称 Proxy 结构 意图 为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。 适用性 在需要用比较通用和复杂的对象指针代替简单的指针的时候，使用 P r o x y 模式。下面是一 些
27、可以使用 P r o x y 模式常见情况：1) 远程代理（Remote Proxy ）为一个对象在不同的地址空间提供局部代表。 NEXTSTEPAdd94 使用 N X P r o x y 类实现了这一目的。CoplienCop92 称这种代理为“大使” （A m b a s s a d o r ） 。2 )虚代理（Virtual Proxy ）根据需要创建开销很大的对象。在动机一节描述的 I m a g e P r o x y 就是这样一种代理的例子。3) 保护代理（Protection Proxy ）控制对原始对象的访问。保护代理用于对象应该有不同 的访问权限的时候。例如，在 C h o
28、 i c e s 操作系统 C I R M 9 3 中 K e m e l P r o x i e s 为操作系统对象提供 了访问保护。4 )智能指引（Smart Reference ）取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操作。 它的典型用途包括：对指向实际对象的引用计数，这样当该对象没有引用时，可以自动释放它(也称为 S m a r tP o i n t e r s E d e 9 2 )。 当第一次引用一个持久对象时，将它装入内存。 在访问一个实际对象前，检查是否已经锁定了它，以确保其他对象不能改变它。 名称 Chain of Responsibility 结构 意图 使多个对象都
29、有机会处理请求，从而避免请求的发送者和接收者之间的耦合关系。将这些对象连成一条链，并沿着这条链传递该请求，直到有一个对象处理它为止。 适用性 有多个的对象可以处理一个请求，哪个对象处理该请求运行时刻自动确定。 你想在不明确指定接收者的情况下，向多个对象中的一个提交一个请求。 可处理一个请求的对象集合应被动态指定。 名称 Command 结构 意图 将一个请求封装为一个对象，从而使你可用不同的请求对客户进行参数化；对请求排队或记录请求日志，以及支持可撤消的操作。适用性 像上面讨论的 M e n u I t e m 对象那样，抽象出待执行的动作以参数化某对象。你可用过程语言中的回调（c a l l
30、 b a c k ）函数表达这种参数化机制。所谓回调函数是指函数先在某处注册，而它将在稍后某个需要的时候被调用。C o m m a n d 模式是回调机制的一个面向对象的替代品。 在不同的时刻指定、排列和执行请求。一个 C o m m a n d 对象可以有一个与初始请求无关的生存期。如果一个请求的接收者可用一种与地址空间无关的方式表达，那么就可将负责该请求的命令对象传送给另一个不同的进程并在那儿实现该请求。 支持取消操作。C o m m a n d 的 E x c u t e 操作可在实施操作前将状态存储起来，在取消操作时这个状态用来消除该操作的影响。C o m m a n d 接口必须添加
31、一个 U n e x e c u t e 操作，该操作取消上一次 E x e c u t e 调用的效果。执行的命令被存储在一个历史列表中。可通过向后和向前遍历这一列表并分别调用 U n e x e c u t e 和 E x e c u t e 来实现重数不限的“取消”和“重做” 。 支持修改日志，这样当系统崩溃时，这些修改可以被重做一遍。在C o m m a n d 接口中添加装载操作和存储操作，可以用来保持变动的一个一致的修改日志。从崩溃中恢复的过程包括从磁盘中重新读入记录下来的命令并用 E x e c u t e 操作重新执行它们。 用构建在原语操作上的高层操作构造一个系统。这样一种结
32、构在支持事务( t r a n s a c t i o n )的信息系统中很常见。一个事务封装了对数据的一组变动。C o m m a n d 模式提供了对事务进行建模的方法。C o m m a n d 有一个公共的接口，使得你可以用同一种方式调用所有的事务。同时使用该模式也易于添加新事务以扩展系统。 名称 Interpreter 结构 意图 给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。 适用性 当有一个语言需要解释执行, 并且你可将该语言中的句子表示为一个抽象语法树时，可使用解释器模式。而当存在以下情况时该模式效果最好： 该文法简单对于复杂的
33、文法, 文法的类层次变得庞大而无法管理。此时语法分析程序生成器这样的工具是更好的选择。它们无需构建抽象语法树即可解释表达式, 这样可以节省空间而且还可能节省时间。 效率不是一个关键问题最高效的解释器通常不是通过直接解释语法分析树实现的, 而是首先将它们转换成另一种形式。例如，正则表达式通常被转换成状态机。但即使在这种情况下, 转换器仍可用解释器模式实现, 该模式仍是有用的。 名称 Iterator 结构 意图 提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。 适用性 访问一个聚合对象的内容而无需暴露它的内部表示。 支持对聚合对象的多种遍历。 为遍历不同的聚合结构提供
34、一个统一的接口(即, 支持多态迭代)。 名称 Mediator 结构 意图 用一个中介对象来封装一系列的对象交互。中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。 适用性 一组对象以定义良好但是复杂的方式进行通信。产生的相互依赖关系结构混乱且难以理解。 一个对象引用其他很多对象并且直接与这些对象通信,导致难以复用该对象。 想定制一个分布在多个类中的行为，而又不想生成太多的子类。 名称 Memento 结构 意图 在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态。这样以后就可将该对象恢复到原先保存的状态。 适用性 必须保存一个对象在某一个时刻的(部分)状态, 这样以后需要时它才能恢复到先前的状态。 如果一个用接口来让其它对象直接得到这些状态，将会暴露对象的实现细节并破坏对象的封装性。
