JDK中的设计模式简介

这篇文章主要讲解了“JDK中的设计模式简介”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“JDK中的设计模式简介”吧！

设计模式是什么

（1）反复出现问题的解决方案
（2）增强软件的灵活性
（3）适应软件不断变化

学习JDK中设计模式的好处

（1）借鉴优秀代码的设计，有助于提高代码设计能力
（2）JDK的设计中体现了大多数设计模式，是学习设计模式的较好的方式
（3）可以更加深入的了解JDK

类间关系

继承、委托、依赖、聚合、组合

介绍方式

（1）作用：归纳某设计模式的基本要点
（2）JDK中体现：某设计模式在JDK中是怎样体现出来的
（3）类图：某设计模式在JDK中所对应的类图

经典设计模式在JDK中的体现

1.Singleton（单例）
作用：保证类只有一个实例；提供一个全局访问点
JDK中体现：
（1）Runtime
（2）NumberFormat
类图：

静态工厂

作用：（1）代替构造函数创建对象（2）方法名比构造函数清晰JDK中体现：（1）Integer.valueOf（2）Class.forName

类图：

工厂方法

作用：子类决定哪一个类实例化JDK中体现：Collection.iterator方法

类图：

建造者模式

作用：（1）将构造逻辑提到单独的类中（2）分离类的构造逻辑和表现JDK中体现：DocumentBuilder(org.w3c.dom)

类图：

原型模型

作用：
（1）复制对象
（2）浅复制、深复制
JDK中体现：Object.clone；Cloneable
类图：

适配器模式

作用：使不兼容的接口相容JDK中体现：（1）java.io.InputStreamReader(InputStream)（2）java.io.OutputStreamWriter(OutputStream)

类图：

桥接模式

作用：将抽象部分与其实现部分分离，使它们都可以独立地变化JDK中体现：java.util.logging中的Handler和Formatter

类图：

组合模式

作用：一致地对待组合对象和独立对象    JDK中体现：    （1）org.w3c.dom    （2）javax.swing.JComponent#add(Component)

类图：

装饰者模式

作用：为类添加新的功能；防止类继承带来的爆炸式增长JDK中体现：（1）java.io包（2）java.util.Collections#synchronizedList(List)

类图：

外观模式

作用：（1）封装一组交互类，一致地对外提供接口（2）封装子系统，简化子系统调用JDK中体现：java.util.logging包

类图：

享元模式

作用：共享对象，节省内存JDK中体现：（1）Integer.valueOf(int i)；Character.valueOf(char c)（2）String常量池

类图：
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代理模式

作用：（1）透明调用被代理对象，无须知道复杂实现细节（2）增加被代理类的功能JDK中体现：动态代理；RMI

类图：
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迭代器模式

作用：将集合的迭代和集合本身分离JDK中体现：Iterator、Enumeration接口

类图：

观察者模式

作用：通知对象状态改变JDK中体现：（1）java.util.Observer,Observable（2）Swing中的Listener

类图：
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模板方法模式

作用：定义算法的结构，子类只实现不同的部分JDK中体现：ThreadPoolExecutor.Worker

类图：

策略模式

作用：提供不同的算法JDK中的体现：ThreadPoolExecutor中的四种拒绝策略

类图：

责任链模式

作用：请求会被链上的对象处理，但是客户端不知道请求会被哪些对象处理JDK中体现：（1）java.util.logging.Logger会将log委托给parent logger（2）ClassLoader的委托模型

类图：

命令模式

作用：（1）封装操作，使接口一致（2）将调用者和接收者在空间和时间上解耦合JDK中体现：Runnable；Callable；ThreadPoolExecutor

类图：

状态模式

作用：将主对象和其状态分离，状态对象负责主对象的状态转换，使主对象类功能减轻JDK中体现：未发现

类图：

六、参考文献

Design Pattern（GoF）

Software Architecture Design Patterns in Java

JDK 5 Documentation

http://stackoverflow.com/questions/1673841/examples-of-gof-design-patterns

http://java.csdn.net/a/20101129/282644.html**

本系列文章将整理到我在GitHub上的《Java面试指南》仓库，更多精彩内容请到我的仓库里查看

https://github.com/h3pl/Java-Tutorial

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结构型模式

前面创建型模式介绍了创建对象的一些设计模式，这节介绍的结构型模式旨在通过改变代码结构来达到解耦的目的，使得我们的代码容易维护和扩展。

代理模式

第一个要介绍的代理模式是最常使用的模式之一了，用一个代理来隐藏具体实现类的实现细节，通常还用于在真实的实现的前后添加一部分逻辑。

既然说是代理，那就要对客户端隐藏真实实现，由代理来负责客户端的所有请求。当然，代理只是个代理，它不会完成实际的业务逻辑，而是一层皮而已，但是对于客户端来说，它必须表现得就是客户端需要的真实实现。

理解代理这个词，这个模式其实就简单了。

public interface FoodService {    Food makeChicken();    Food makeNoodle();}public class FoodServiceImpl implements FoodService {    public Food makeChicken() {          Food f = new Chicken()        f.setChicken("1kg");          f.setSpicy("1g");          f.setSalt("3g");        return f;    }    public Food makeNoodle() {        Food f = new Noodle();        f.setNoodle("500g");        f.setSalt("5g");        return f;    }}// 代理要表现得“就像是”真实实现类，所以需要实现 FoodServicepublic class FoodServiceProxy implements FoodService {    // 内部一定要有一个真实的实现类，当然也可以通过构造方法注入    private FoodService foodService = new FoodServiceImpl();    public Food makeChicken() {        System.out.println("我们马上要开始制作鸡肉了");        // 如果我们定义这句为核心代码的话，那么，核心代码是真实实现类做的，        // 代理只是在核心代码前后做些“无足轻重”的事情        Food food = foodService.makeChicken();        System.out.println("鸡肉制作完成啦，加点胡椒粉"); // 增强          food.addCondiment("pepper");        return food;    }    public Food makeNoodle() {        System.out.println("准备制作拉面~");        Food food = foodService.makeNoodle();        System.out.println("制作完成啦")        return food;    }}

客户端调用，注意，我们要用代理来实例化接口：

// 这里用代理类来实例化FoodService foodService = new FoodServiceProxy();foodService.makeChicken();

我们发现没有，代理模式说白了就是做 “方法包装” 或做 “方法增强”。在面向切面编程中，算了还是不要吹捧这个名词了，在 AOP 中，其实就是动态代理的过程。比如 Spring 中，我们自己不定义代理类，但是 Spring 会帮我们动态来定义代理，然后把我们定义在 @Before、@After、@Around 中的代码逻辑动态添加到代理中。

说到动态代理，又可以展开说 …… Spring 中实现动态代理有两种，一种是如果我们的类定义了接口，如 UserService 接口和 UserServiceImpl 实现，那么采用 JDK 的动态代理，感兴趣的读者可以去看看 java.lang.reflect.Proxy 类的源码；另一种是我们自己没有定义接口的，Spring 会采用 CGLIB 进行动态代理，它是一个 jar 包，性能还不错。

适配器模式

说完代理模式，说适配器模式，是因为它们很相似，这里可以做个比较。

适配器模式做的就是，有一个接口需要实现，但是我们现成的对象都不满足，需要加一层适配器来进行适配。

适配器模式总体来说分三种：默认适配器模式、对象适配器模式、类适配器模式。先不急着分清楚这几个，先看看例子再说。

默认适配器模式

首先，我们先看看最简单的适配器模式默认适配器模式(Default Adapter)是怎么样的。

我们用 Appache commons-io 包中的 FileAlterationListener 做例子，此接口定义了很多的方法，用于对文件或文件夹进行监控，一旦发生了对应的操作，就会触发相应的方法。

public interface FileAlterationListener {    void onStart(final FileAlterationObserver observer);    void onDirectoryCreate(final File directory);    void onDirectoryChange(final File directory);    void onDirectoryDelete(final File directory);    void onFileCreate(final File file);    void onFileChange(final File file);    void onFileDelete(final File file);    void onStop(final FileAlterationObserver observer);}

此接口的一大问题是抽象方法太多了，如果我们要用这个接口，意味着我们要实现每一个抽象方法，如果我们只是想要监控文件夹中的文件创建和文件删除事件，可是我们还是不得不实现所有的方法，很明显，这不是我们想要的。

所以，我们需要下面的一个适配器，它用于实现上面的接口，但是所有的方法都是空方法，这样，我们就可以转而定义自己的类来继承下面这个类即可。

public class FileAlterationListenerAdaptor implements FileAlterationListener {    public void onStart(final FileAlterationObserver observer) {    }    public void onDirectoryCreate(final File directory) {    }    public void onDirectoryChange(final File directory) {    }    public void onDirectoryDelete(final File directory) {    }    public void onFileCreate(final File file) {    }    public void onFileChange(final File file) {    }    public void onFileDelete(final File file) {    }    public void onStop(final FileAlterationObserver observer) {    }}

比如我们可以定义以下类，我们仅仅需要实现我们想实现的方法就可以了：

public class FileMonitor extends FileAlterationListenerAdaptor {    public void onFileCreate(final File file) {        // 文件创建        doSomething();    }    public void onFileDelete(final File file) {        // 文件删除        doSomething();    }}

当然，上面说的只是适配器模式的其中一种，也是最简单的一种，无需多言。下面，再介绍“正统的”适配器模式。

对象适配器模式

来看一个《Head First 设计模式》中的一个例子，我稍微修改了一下，看看怎么将鸡适配成鸭，这样鸡也能当鸭来用。因为，现在鸭这个接口，我们没有合适的实现类可以用，所以需要适配器。

public interface Duck {    public void quack(); // 鸭的呱呱叫      public void fly(); // 飞}public interface Cock {    public void gobble(); // 鸡的咕咕叫      public void fly(); // 飞}public class WildCock implements Cock {    public void gobble() {        System.out.println("咕咕叫");    }      public void fly() {        System.out.println("鸡也会飞哦");    }}

鸭接口有 fly() 和 quare() 两个方法，鸡 Cock 如果要冒充鸭，fly() 方法是现成的，但是鸡不会鸭的呱呱叫，没有 quack() 方法。这个时候就需要适配了：

// 毫无疑问，首先，这个适配器肯定需要 implements Duck，这样才能当做鸭来用public class CockAdapter implements Duck {    Cock cock;    // 构造方法中需要一个鸡的实例，此类就是将这只鸡适配成鸭来用      public CockAdapter(Cock cock) {        this.cock = cock;    }    // 实现鸭的呱呱叫方法      @Override      public void quack() {        // 内部其实是一只鸡的咕咕叫        cock.gobble();    }      @Override      public void fly() {        cock.fly();    }}

客户端调用很简单了：

public static void main(String[] args) {    // 有一只野鸡      Cock wildCock = new WildCock();      // 成功将野鸡适配成鸭      Duck duck = new CockAdapter(wildCock);      ...}

到这里，大家也就知道了适配器模式是怎么回事了。无非是我们需要一只鸭，但是我们只有一只鸡，这个时候就需要定义一个适配器，由这个适配器来充当鸭，但是适配器里面的方法还是由鸡来实现的。

我们用一个图来简单说明下：

上图应该还是很容易理解的，我就不做更多的解释了。下面，我们看看类适配模式怎么样的。

类适配器模式

废话少说，直接上图：

看到这个图，大家应该很容易理解的吧，通过继承的方法，适配器自动获得了所需要的大部分方法。这个时候，客户端使用更加简单，直接 Target t = new SomeAdapter(); 就可以了。

适配器模式总结

1. 类适配和对象适配的异同

   一个采用继承，一个采用组合；

   类适配属于静态实现，对象适配属于组合的动态实现，对象适配需要多实例化一个对象。

   总体来说，对象适配用得比较多。

2. 适配器模式和代理模式的异同

   比较这两种模式，其实是比较对象适配器模式和代理模式，在代码结构上，它们很相似，都需要一个具体的实现类的实例。但是它们的目的不一样，代理模式做的是增强原方法的活；适配器做的是适配的活，为的是提供“把鸡包装成鸭，然后当做鸭来使用”，而鸡和鸭它们之间原本没有继承关系。

桥梁模式

理解桥梁模式，其实就是理解代码抽象和解耦。

我们首先需要一个桥梁，它是一个接口，定义提供的接口方法。

public interface DrawAPI {   public void draw(int radius, int x, int y);}

然后是一系列实现类：

public class RedPen implements DrawAPI {   @Override   public void draw(int radius, int x, int y) {      System.out.println("用红色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);   }}public class GreenPen implements DrawAPI {   @Override   public void draw(int radius, int x, int y) {      System.out.println("用绿色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);   }}public class BluePen implements DrawAPI {   @Override   public void draw(int radius, int x, int y) {      System.out.println("用蓝色笔画图，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);   }}

定义一个抽象类，此类的实现类都需要使用 DrawAPI：

public abstract class Shape {   protected DrawAPI drawAPI;   protected Shape(DrawAPI drawAPI){      this.drawAPI = drawAPI;   }   public abstract void draw();    }

定义抽象类的子类：

// 圆形public class Circle extends Shape {   private int radius;   public Circle(int radius, DrawAPI drawAPI) {      super(drawAPI);      this.radius = radius;   }   public void draw() {      drawAPI.draw(radius, 0, 0);   }}// 长方形public class Rectangle extends Shape {    private int x;      private int y;      public Rectangle(int x, int y, DrawAPI drawAPI) {        super(drawAPI);          this.x = x;          this.y = y;    }      public void draw() {      drawAPI.draw(0, x, y);   }}

最后，我们来看客户端演示：

public static void main(String[] args) {    Shape greenCircle = new Circle(10, new GreenPen());      Shape redRectangle = new Rectangle(4, 8, new RedPen());      greenCircle.draw();      redRectangle.draw();}

可能大家看上面一步步还不是特别清晰，我把所有的东西整合到一张图上：

这回大家应该就知道抽象在哪里，怎么解耦了吧。桥梁模式的优点也是显而易见的，就是非常容易进行扩展。

本节引用了这里的例子，并对其进行了修改。

装饰模式

要把装饰模式说清楚明白，不是件容易的事情。也许读者知道 Java IO 中的几个类是典型的装饰模式的应用，但是读者不一定清楚其中的关系，也许看完就忘了，希望看完这节后，读者可以对其有更深的感悟。

首先，我们先看一个简单的图，看这个图的时候，了解下层次结构就可以了：

我们来说说装饰模式的出发点，从图中可以看到，接口 Component 其实已经有了 ConcreteComponentA 和 ConcreteComponentB 两个实现类了，但是，如果我们要增强这两个实现类的话，我们就可以采用装饰模式，用具体的装饰器来装饰实现类，以达到增强的目的。

从名字来简单解释下装饰器。既然说是装饰，那么往往就是添加小功能这种，而且，我们要满足可以添加多个小功能。最简单的，代理模式就可以实现功能的增强，但是代理不容易实现多个功能的增强，当然你可以说用代理包装代理的方式，但是那样的话代码就复杂了。

首先明白一些简单的概念，从图中我们看到，所有的具体装饰者们 ConcreteDecorator 都可以作为 Component 来使用，因为它们都实现了 Component 中的所有接口。它们和 Component 实现类 ConcreteComponent 的区别是，它们只是装饰者，起装饰作用，也就是即使它们看上去牛逼轰轰，但是它们都只是在具体的实现中加了层皮来装饰而已。

注意这段话中混杂在各个名词中的 Component 和 Decorator，别搞混了。

下面来看看一个例子，先把装饰模式弄清楚，然后再介绍下 java io 中的装饰模式的应用。

最近大街上流行起来了“快乐柠檬”，我们把快乐柠檬的饮料分为三类：红茶、绿茶、咖啡，在这三大类的基础上，又增加了许多的口味，什么金桔柠檬红茶、金桔柠檬珍珠绿茶、芒果红茶、芒果绿茶、芒果珍珠红茶、烤珍珠红茶、烤珍珠芒果绿茶、椰香胚芽咖啡、焦糖可可咖啡等等，每家店都有很长的菜单，但是仔细看下，其实原料也没几样，但是可以搭配出很多组合，如果顾客需要，很多没出现在菜单中的饮料他们也是可以做的。

在这个例子中，红茶、绿茶、咖啡是最基础的饮料，其他的像金桔柠檬、芒果、珍珠、椰果、焦糖等都属于装饰用的。当然，在开发中，我们确实可以像门店一样，开发这些类：LemonBlackTea、LemonGreenTea、MangoBlackTea、MangoLemonGreenTea……但是，很快我们就发现，这样子干肯定是不行的，这会导致我们需要组合出所有的可能，而且如果客人需要在红茶中加双份柠檬怎么办？三份柠檬怎么办？万一有个变态要四份柠檬，所以这种做法是给自己找加班的。

不说废话了，上代码。

首先，定义饮料抽象基类：

public abstract class Beverage {      // 返回描述      public abstract String getDescription();      // 返回价格      public abstract double cost();}

然后是三个基础饮料实现类，红茶、绿茶和咖啡：

public class BlackTea extends Beverage {      public String getDescription() {        return "红茶";    }      public double cost() {        return 10;    }}public class GreenTea extends Beverage {    public String getDescription() {        return "绿茶";    }      public double cost() {        return 11;    }}...// 咖啡省略

定义调料，也就是装饰者的基类，此类必须继承自 Beverage：

// 调料public abstract class Condiment extends Beverage {}

然后我们来定义柠檬、芒果等具体的调料，它们属于装饰者，毫无疑问，这些调料肯定都需要继承 Condiment 类：

public class Lemon extends Condiment {    private Beverage bevarage;      // 这里很关键，需要传入具体的饮料，如需要传入没有被装饰的红茶或绿茶，      // 当然也可以传入已经装饰好的芒果绿茶，这样可以做芒果柠檬绿茶      public Lemon(Beverage bevarage) {        this.bevarage = bevarage;    }      public String getDescription() {        // 装饰        return bevarage.getDescription() + ", 加柠檬";    }      public double cost() {          // 装饰        return beverage.cost() + 2; // 加柠檬需要 2 元    }}public class Mango extends Condiment {    private Beverage bevarage;      public Mango(Beverage bevarage) {        this.bevarage = bevarage;    }      public String getDescription() {        return bevarage.getDescription() + ", 加芒果";    }      public double cost() {        return beverage.cost() + 3; // 加芒果需要 3 元    }}...// 给每一种调料都加一个类

看客户端调用：

public static void main(String[] args) {      // 首先，我们需要一个基础饮料，红茶、绿茶或咖啡    Beverage beverage = new GreenTea();      // 开始装饰      beverage = new Lemon(beverage); // 先加一份柠檬      beverage = new Mongo(beverage); // 再加一份芒果      System.out.println(beverage.getDescription() + " 价格：￥" + beverage.cost());      //"绿茶, 加柠檬, 加芒果 价格：￥16"}

如果我们需要芒果珍珠双份柠檬红茶：

Beverage beverage = new Mongo(new Pearl(new Lemon(new Lemon(new BlackTea()))));

是不是很变态？

看看下图可能会清晰一些：

到这里，大家应该已经清楚装饰模式了吧。

下面，我们再来说说 java IO 中的装饰模式。看下图 InputStream 派生出来的部分类：

我们知道 InputStream 代表了输入流，具体的输入来源可以是文件（FileInputStream）、管道（PipedInputStream）、数组（ByteArrayInputStream）等，这些就像前面奶茶的例子中的红茶、绿茶，属于基础输入流。

FilterInputStream 承接了装饰模式的关键节点，其实现类是一系列装饰器，比如 BufferedInputStream 代表用缓冲来装饰，也就使得输入流具有了缓冲的功能，LineNumberInputStream 代表用行号来装饰，在操作的时候就可以取得行号了，DataInputStream 的装饰，使得我们可以从输入流转换为 java 中的基本类型值。

当然，在 java IO 中，如果我们使用装饰器的话，就不太适合面向接口编程了，如：

InputStream inputStream = new LineNumberInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("")));

这样的结果是，InputStream 还是不具有读取行号的功能，因为读取行号的方法定义在 LineNumberInputStream 类中。

我们应该像下面这样使用：

DataInputStream is = new DataInputStream(                              new BufferedInputStream(                                  new FileInputStream("")));

所以说嘛，要找到纯的严格符合设计模式的代码还是比较难的。

门面模式

门面模式（也叫外观模式，Facade Pattern）在许多源码中有使用，比如 slf4j 就可以理解为是门面模式的应用。这是一个简单的设计模式，我们直接上代码再说吧。

首先，我们定义一个接口：

public interface Shape {   void draw();}

定义几个实现类：

public class Circle implements Shape {   @Override   public void draw() {      System.out.println("Circle::draw()");   }}public class Rectangle implements Shape {   @Override   public void draw() {      System.out.println("Rectangle::draw()");   }}

客户端调用：

public static void main(String[] args) {    // 画一个圆形      Shape circle = new Circle();      circle.draw();      // 画一个长方形      Shape rectangle = new Rectangle();      rectangle.draw();}

以上是我们常写的代码，我们需要画圆就要先实例化圆，画长方形就需要先实例化一个长方形，然后再调用相应的 draw() 方法。

下面，我们看看怎么用门面模式来让客户端调用更加友好一些。

我们先定义一个门面：

public class ShapeMaker {   private Shape circle;   private Shape rectangle;   private Shape square;   public ShapeMaker() {      circle = new Circle();      rectangle = new Rectangle();      square = new Square();   }     public void drawCircle(){      circle.draw();   }   public void drawRectangle(){      rectangle.draw();   }   public void drawSquare(){      square.draw();   }}

看看现在客户端怎么调用：

public static void main(String[] args) {  ShapeMaker shapeMaker = new ShapeMaker();  // 客户端调用现在更加清晰了  shapeMaker.drawCircle();  shapeMaker.drawRectangle();  shapeMaker.drawSquare();        }

门面模式的优点显而易见，客户端不再需要关注实例化时应该使用哪个实现类，直接调用门面提供的方法就可以了，因为门面类提供的方法的方法名对于客户端来说已经很友好了。

组合模式

组合模式用于表示具有层次结构的数据，使得我们对单个对象和组合对象的访问具有一致性。

直接看一个例子吧，每个员工都有姓名、部门、薪水这些属性，同时还有下属员工集合（虽然可能集合为空），而下属员工和自己的结构是一样的，也有姓名、部门这些属性，同时也有他们的下属员工集合。

public class Employee {   private String name;   private String dept;   private int salary;   private List<Employee> subordinates; // 下属   public Employee(String name,String dept, int sal) {      this.name = name;      this.dept = dept;      this.salary = sal;      subordinates = new ArrayList<Employee>();   }   public void add(Employee e) {      subordinates.add(e);   }   public void remove(Employee e) {      subordinates.remove(e);   }   public List<Employee> getSubordinates(){     return subordinates;   }   public String toString(){      return ("Employee :[ Name : " + name + ", dept : " + dept + ", salary :" + salary+" ]");   }   }

通常，这种类需要定义 add(node)、remove(node)、getChildren() 这些方法。

这说的其实就是组合模式，这种简单的模式我就不做过多介绍了，相信各位读者也不喜欢看我写废话。

享元模式

英文是 Flyweight Pattern，不知道是谁最先翻译的这个词，感觉这翻译真的不好理解，我们试着强行关联起来吧。Flyweight 是轻量级的意思，享元分开来说就是 共享 元器件，也就是复用已经生成的对象，这种做法当然也就是轻量级的了。

复用对象最简单的方式是，用一个 HashMap 来存放每次新生成的对象。每次需要一个对象的时候，先到 HashMap 中看看有没有，如果没有，再生成新的对象，然后将这个对象放入 HashMap 中。

这种简单的代码我就不演示了。

感谢各位的阅读，以上就是“JDK中的设计模式简介”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对JDK中的设计模式简介这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是编程网，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！