转自https://javadoop.com/post/design-pattern
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一直想写一篇介绍设计模式的文章,让读者可以很快看完,而且一看就懂,看懂就会用,同时不会将各个模式搞混。自认为本文还是写得不错的,花了不少心思来写这文章和做图,力求让读者真的能看着简单同时有所收获。
设计模式是对大家实际工作中写的各种代码进行高层次抽象的总结,其中最出名的当属 Gang of Four (GoF) 的分类了,他们将设计模式分类为 23 种经典的模式,根据用途我们又可以分为三大类,分别为创建型模式、结构型模式和行为型模式。是的,我不善于扯这些有的没的,还是少点废话吧~
有一些重要的设计原则在开篇和大家分享下,这些原则将贯通全文:
- 面向接口编程,而不是面向实现。这个很重要,也是优雅的、可扩展的代码的第一步,这就不需要多说了吧。
- 职责单一原则。每个类都应该只有一个单一的功能,并且该功能应该由这个类完全封装起来。
- 对修改关闭,对扩展开放。对修改关闭是说,我们辛辛苦苦加班写出来的代码,该实现的功能和该修复的 bug 都完成了,别人可不能说改就改;对扩展开放就比较好理解了,也就是说在我们写好的代码基础上,很容易实现扩展。
目录
创建型模式
创建型模式的作用就是创建对象,说到创建一个对象,最熟悉的就是 new 一个对象,然后 set 相关属性。但是,在很多场景下,我们需要给客户端提供更加友好的创建对象的方式,尤其是那种我们定义了类,但是需要提供给其他开发者用的时候。
简单工厂模式
和名字一样简单,非常简单,直接上代码吧:
1 | public class FoodFactory { |
其中,LanZhouNoodle 和 HuangMenChicken 都继承自 Food。
简单地说,简单工厂模式通常就是这样,一个工厂类 XxxFactory,里面有一个静态方法,根据我们不同的参数,返回不同的派生自同一个父类(或实现同一接口)的实例对象。
我们强调职责单一原则,一个类只提供一种功能,FoodFactory 的功能就是只要负责生产各种 Food。
工厂模式
简单工厂模式很简单,如果它能满足我们的需要,我觉得就不要折腾了。之所以需要引入工厂模式,是因为我们往往需要使用两个或两个以上的工厂。
1 | public interface FoodFactory { |
其中,ChineseFoodA、ChineseFoodB、AmericanFoodA、AmericanFoodB 都派生自 Food。
客户端调用:
1 | public class APP { |
虽然都是调用 makeFood(“A”) 制作 A 类食物,但是,不同的工厂生产出来的完全不一样。
第一步,我们需要选取合适的工厂,然后第二步基本上和简单工厂一样。
核心在于,我们需要在第一步选好我们需要的工厂。比如,我们有 LogFactory 接口,实现类有 FileLogFactory 和 KafkaLogFactory,分别对应将日志写入文件和写入 Kafka 中,显然,我们客户端第一步就需要决定到底要实例化 FileLogFactory 还是 KafkaLogFactory,这将决定之后的所有的操作。
虽然简单,不过我也把所有的构件都画到一张图上,这样读者看着比较清晰:
抽象工厂模式
当涉及到产品族的时候,就需要引入抽象工厂模式了。
一个经典的例子是造一台电脑。我们先不引入抽象工厂模式,看看怎么实现。
因为电脑是由许多的构件组成的,我们将 CPU 和主板进行抽象,然后 CPU 由 CPUFactory 生产,主板由 MainBoardFactory 生产,然后,我们再将 CPU 和主板搭配起来组合在一起,如下图:
这个时候的客户端调用是这样的:
1 | // 得到 Intel 的 CPU |
单独看 CPU 工厂和主板工厂,它们分别是前面我们说的工厂模式。这种方式也容易扩展,因为要给电脑加硬盘的话,只需要加一个 HardDiskFactory 和相应的实现即可,不需要修改现有的工厂。
但是,这种方式有一个问题,那就是如果 Intel 家产的 CPU 和 AMD 产的主板不能兼容使用,那么这代码就容易出错,因为客户端并不知道它们不兼容,也就会错误地出现随意组合。
下面就是我们要说的产品族的概念,它代表了组成某个产品的一系列附件的集合:
当涉及到这种产品族的问题的时候,就需要抽象工厂模式来支持了。我们不再定义 CPU 工厂、主板工厂、硬盘工厂、显示屏工厂等等,我们直接定义电脑工厂,每个电脑工厂负责生产所有的设备,这样能保证肯定不存在兼容问题。
这个时候,对于客户端来说,不再需要单独挑选 CPU厂商、主板厂商、硬盘厂商等,直接选择一家品牌工厂,品牌工厂会负责生产所有的东西,而且能保证肯定是兼容可用的。
1 | public static void main(String[] args) { |
当然,抽象工厂的问题也是显而易见的,比如我们要加个显示器,就需要修改所有的工厂,给所有的工厂都加上制造显示器的方法。这有点违反了对修改关闭,对扩展开放这个设计原则。
单例模式
单例模式用得最多,错得最多。
饿汉模式最简单:
1 | public class Singleton { |
很多人都能说出饿汉模式的缺点,可是我觉得生产过程中,很少碰到这种情况:你定义了一个单例的类,不需要其实例,可是你却把一个或几个你会用到的静态方法塞到这个类中。
饱汉模式最容易出错:
1 | public class Singleton { |
双重检查,指的是两次检查 instance 是否为 null。
volatile 在这里是需要的,希望能引起读者的关注。
很多人不知道怎么写,直接就在 getInstance() 方法签名上加上 synchronized,这就不多说了,性能太差。
嵌套类最经典,以后大家就用它吧:
1 | public class Singleton3 { |
注意,很多人都会把这个嵌套类说成是静态内部类,严格地说,内部类和嵌套类是不一样的,它们能访问的外部类权限也是不一样的。
最后,一定有人跳出来说用枚举实现单例,是的没错,枚举类很特殊,它在类加载的时候会初始化里面的所有的实例,而且 JVM 保证了它们不会再被实例化,所以它天生就是单例的。不说了,读者自己看着办吧,不建议使用。
建造者模式
经常碰见的 XxxBuilder 的类,通常都是建造者模式的产物。建造者模式其实有很多的变种,但是对于客户端来说,我们的使用通常都是一个模式的:
1 | Food food = new FoodBuilder().a().b().c().build(); |
套路就是先 new 一个 Builder,然后可以链式地调用一堆方法,最后再调用一次 build() 方法,我们需要的对象就有了。
来一个中规中矩的建造者模式:
1 | class User { |
核心是:先把所有的属性都设置给 Builder,然后 build() 方法的时候,将这些属性复制给实际产生的对象。
看看客户端的调用:
1 | public class APP { |
说实话,建造者模式的链式写法很吸引人,但是,多写了很多“无用”的 builder 的代码,感觉这个模式没什么用。不过,当属性很多,而且有些必填,有些选填的时候,这个模式会使代码清晰很多。我们可以在 Builder 的构造方法中强制让调用者提供必填字段,还有,在 build() 方法中校验各个参数比在 User 的构造方法中校验,代码要优雅一些。
题外话,强烈建议读者使用 lombok,用了 lombok 以后,上面的一大堆代码会变成如下这样:
1 | @Builder |
怎么样,省下来的时间是不是又可以干点别的了。
当然,如果你只是想要链式写法,不想要建造者模式,有个很简单的办法,User 的 getter 方法不变,所有的 setter 方法都让其 return this 就可以了,然后就可以像下面这样调用:
1 | User user = new User().setName("").setPassword("").setAge(20); |
原型模式
这是我要说的创建型模式的最后一个设计模式了。
原型模式很简单:有一个原型实例,基于这个原型实例产生新的实例,也就是“克隆”了。
Object 类中有一个 clone() 方法,它用于生成一个新的对象,当然,如果我们要调用这个方法,java 要求我们的类必须先实现 Cloneable 接口,此接口没有定义任何方法,但是不这么做的话,在 clone() 的时候,会抛出 CloneNotSupportedException 异常。
1 | protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException; |
java 的克隆是浅克隆,碰到对象引用的时候,克隆出来的对象和原对象中的引用将指向同一个对象。通常实现深克隆的方法是将对象进行序列化,然后再进行反序列化。
原型模式了解到这里我觉得就够了,各种变着法子说这种代码或那种代码是原型模式,没什么意义。
创建型模式总结
创建型模式总体上比较简单,它们的作用就是为了产生实例对象,算是各种工作的第一步了,因为我们写的是面向对象的代码,所以我们第一步当然是需要创建一个对象了。
简单工厂模式最简单;工厂模式在简单工厂模式的基础上增加了选择工厂的维度,需要第一步选择合适的工厂;抽象工厂模式有产品族的概念,如果各个产品是存在兼容性问题的,就要用抽象工厂模式。单例模式就不说了,为了保证全局使用的是同一对象,一方面是安全性考虑,一方面是为了节省资源;建造者模式专门对付属性很多的那种类,为了让代码更优美;原型模式用得最少,了解和 Object 类中的 clone() 方法相关的知识即可。
参考文章
转自https://javadoop.com/post/design-pattern
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