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Java开发中的23种模式(二)

4、建造者模式(Builder)

工厂类模式提供的是创建单个类的模式,而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理,用来创建复合对象,所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性,其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来得到的。我们看一下代码:

还和前面一样,一个Sender接口,两个实现类MailSender和SmsSender。最后,建造者类如下:

[java] view plaincopy

  1. public class Builder {  

  2.       

  3.     private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  

  4.       

  5.     public void produceMailSender(int count){  

  6.         for(int i=0; i<count; i++){  

  7.             list.add(new MailSender());  

  8.         }  

  9.     }  

  10.       

  11.     public void produceSmsSender(int count){  

  12.         for(int i=0; i<count; i++){  

  13.             list.add(new SmsSender());  

  14.         }  

  15.     }  

  16. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class Test {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Builder builder = new Builder();  

  5.         builder.produceMailSender(10);  

  6.     }  

  7. }  

从这点看出,建造者模式将很多功能集成到一个类里,这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工程模式的区别就是:工厂模式关注的是创建单个产品,而建造者模式则关注创建符合对象,多个部分。因此,是选择工厂模式还是建造者模式,依实际情况而定。

5、原型模式(Prototype)

原型模式虽然是创建型的模式,但是与工程模式没有关系,从名字即可看出,该模式的思想就是将一个对象作为原型,对其进行复制、克隆,产生一个和原对象类似的新对象。本小结会通过对象的复制,进行讲解。在Java中,复制对象是通过clone()实现的,先创建一个原型类:

[java] view plaincopy

  1. public class Prototype implements Cloneable {  

  2.   

  3.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  

  4.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  

  5.         return proto;  

  6.     }  


很简单,一个原型类,只需要实现Cloneable接口,覆写clone方法,此处clone方法可以改成任意的名称,因为Cloneable接口是个空接口,你可以任意定义实现类的方法名,如cloneA或者cloneB,因为此处的重点是super.clone()这句话,super.clone()调用的是Object的clone()方法,而在Object类中,clone()是native的,具体怎么实现,我会在另一篇文章中,关于解读Java中本地方法的调用,此处不再深究。在这儿,我将结合对象的浅复制和深复制来说一下,首先需要了解对象深、浅复制的概念:

浅复制:将一个对象复制后,基本数据类型的变量都会重新创建,而引用类型,指向的还是原对象所指向的。

深复制:将一个对象复制后,不论是基本数据类型还有引用类型,都是重新创建的。简单来说,就是深复制进行了完全彻底的复制,而浅复制不彻底。

此处,写一个深浅复制的例子:

[java] view plaincopy

  1. public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  

  2.   

  3.     private static final long serialVersionUID = 1L;  

  4.     private String string;  

  5.   

  6.     private SerializableObject obj;  

  7.   

  8.     /* 浅复制 */  

  9.     public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  

  10.         Prototype proto = (Prototype) super.clone();  

  11.         return proto;  

  12.     }  

  13.   

  14.     /* 深复制 */  

  15.     public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  

  16.   

  17.         /* 写入当前对象的二进制流 */  

  18.         ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  

  19.         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  

  20.         oos.writeObject(this);  

  21.   

  22.         /* 读出二进制流产生的新对象 */  

  23.         ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  

  24.         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  

  25.         return ois.readObject();  

  26.     }  

  27.   

  28.     public String getString() {  

  29.         return string;  

  30.     }  

  31.   

  32.     public void setString(String string) {  

  33.         this.string = string;  

  34.     }  

  35.   

  36.     public SerializableObject getObj() {  

  37.         return obj;  

  38.     }  

  39.   

  40.     public void setObj(SerializableObject obj) {  

  41.         this.obj = obj;  

  42.     }  

  43.   

  44. }  

  45.   

  46. class SerializableObject implements Serializable {  

  47.     private static final long serialVersionUID = 1L;  

  48. }  

 

要实现深复制,需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入,再写出二进制数据对应的对象。

我们接着讨论设计模式,上篇文章我讲完了5种创建型模式,这章开始,我将讲下7种结构型模式:适配器模式、装饰模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。其中对象的适配器模式是各种模式的起源,我们看下面的图:


 适配器模式将某个类的接口转换成客户端期望的另一个接口表示,目的是消除由于接口不匹配所造成的类的兼容性问题。主要分为三类:类的适配器模式、对象的适配器模式、接口的适配器模式。首先,我们来看看类的适配器模式,先看类图:


核心思想就是:有一个Source类,拥有一个方法,待适配,目标接口时Targetable,通过Adapter类,将Source的功能扩展到Targetable里,看代码:

[java] view plaincopy

  1. public class Source {  

  2.   

  3.     public void method1() {  

  4.         System.out.println("this is original method!");  

  5.     }  

  6. }  

[java] view plaincopy

  1. public interface Targetable {  

  2.   

  3.     /* 与原类中的方法相同 */  

  4.     public void method1();  

  5.   

  6.     /* 新类的方法 */  

  7.     public void method2();  

  8. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Adapter extends Source implements Targetable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method2() {  

  5.         System.out.println("this is the targetable method!");  

  6.     }  

  7. }  

Adapter类继承Source类,实现Targetable接口,下面是测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class AdapterTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Targetable target = new Adapter();  

  5.         target.method1();  

  6.         target.method2();  

  7.     }  

  8. }  

输出:

this is original method!
this is the targetable method!

这样Targetable接口的实现类就具有了Source类的功能。

对象的适配器模式

基本思路和类的适配器模式相同,只是将Adapter类作修改,这次不继承Source类,而是持有Source类的实例,以达到解决兼容性的问题。看图:


 

只需要修改Adapter类的源码即可:

[java] view plaincopy

  1. public class Wrapper implements Targetable {  

  2.   

  3.     private Source source;  

  4.       

  5.     public Wrapper(Source source){  

  6.         super();  

  7.         this.source = source;  

  8.     }  

  9.     @Override  

  10.     public void method2() {  

  11.         System.out.println("this is the targetable method!");  

  12.     }  

  13.   

  14.     @Override  

  15.     public void method1() {  

  16.         source.method1();  

  17.     }  

  18. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class AdapterTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Source source = new Source();  

  5.         Targetable target = new Wrapper(source);  

  6.         target.method1();  

  7.         target.method2();  

  8.     }  

  9. }  

输出与第一种一样,只是适配的方法不同而已。

第三种适配器模式是接口的适配器模式,接口的适配器是这样的:有时我们写的一个接口中有多个抽象方法,当我们写该接口的实现类时,必须实现该接口的所有方法,这明显有时比较浪费,因为并不是所有的方法都是我们需要的,有时只需要某一些,此处为了解决这个问题,我们引入了接口的适配器模式,借助于一个抽象类,该抽象类实现了该接口,实现了所有的方法,而我们不和原始的接口打交道,只和该抽象类取得联系,所以我们写一个类,继承该抽象类,重写我们需要的方法就行。看一下类图:


这个很好理解,在实际开发中,我们也常会遇到这种接口中定义了太多的方法,以致于有时我们在一些实现类中并不是都需要。看代码:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.       

  3.     public void method1();  

  4.     public void method2();  

  5. }  

抽象类Wrapper2:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class Wrapper2 implements Sourceable{  

  2.       

  3.     public void method1(){}  

  4.     public void method2(){}  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub1 extends Wrapper2 {  

  2.     public void method1(){  

  3.         System.out.println("the sourceable interface's first Sub1!");  

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub2 extends Wrapper2 {  

  2.     public void method2(){  

  3.         System.out.println("the sourceable interface's second Sub2!");  

  4.     }  

  5. }  

[java] view plaincopy

  1. public class WrapperTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  

  5.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  

  6.           

  7.         source1.method1();  

  8.         source1.method2();  

  9.         source2.method1();  

  10.         source2.method2();  

  11.     }  

  12. }  

测试输出:

the sourceable interface's first Sub1!
the sourceable interface's second Sub2!

达到了我们的效果!

 讲了这么多,总结一下三种适配器模式的应用场景:

类的适配器模式:当希望将一个类转换成满足另一个新接口的类时,可以使用类的适配器模式,创建一个新类,继承原有的类,实现新的接口即可。

对象的适配器模式:当希望将一个对象转换成满足另一个新接口的对象时,可以创建一个Wrapper类,持有原类的一个实例,在Wrapper类的方法中,调用实例的方法就行。

接口的适配器模式:当不希望实现一个接口中所有的方法时,可以创建一个抽象类Wrapper,实现所有方法,我们写别的类的时候,继承抽象类即可。

7、装饰模式(Decorator)

顾名思义,装饰模式就是给一个对象增加一些新的功能,而且是动态的,要求装饰对象和被装饰对象实现同一个接口,装饰对象持有被装饰对象的实例,关系图如下:


Source类是被装饰类,Decorator类是一个装饰类,可以为Source类动态的添加一些功能,代码如下:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Source implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("the original method!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Decorator implements Sourceable {  

  2.   

  3.     private Sourceable source;  

  4.       

  5.     public Decorator(Sourceable source){  

  6.         super();  

  7.         this.source = source;  

  8.     }  

  9.     @Override  

  10.     public void method() {  

  11.         System.out.println("before decorator!");  

  12.         source.method();  

  13.         System.out.println("after decorator!");  

  14.     }  

  15. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class DecoratorTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source = new Source();  

  5.         Sourceable obj = new Decorator(source);  

  6.         obj.method();  

  7.     }  

  8. }  

输出:

before decorator!
the original method!
after decorator!

装饰器模式的应用场景:

1、需要扩展一个类的功能。

2、动态的为一个对象增加功能,而且还能动态撤销。(继承不能做到这一点,继承的功能是静态的,不能动态增删。)

缺点:产生过多相似的对象,不易排错!

8、代理模式(Proxy)

其实每个模式名称就表明了该模式的作用,代理模式就是多一个代理类出来,替原对象进行一些操作,比如我们在租房子的时候回去找中介,为什么呢?因为你对该地区房屋的信息掌握的不够全面,希望找一个更熟悉的人去帮你做,此处的代理就是这个意思。再如我们有的时候打官司,我们需要请律师,因为律师在法律方面有专长,可以替我们进行操作,表达我们的想法。先来看看关系图:

 

根据上文的阐述,代理模式就比较容易的理解了,我们看下代码:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Source implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("the original method!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Proxy implements Sourceable {  

  2.   

  3.     private Source source;  

  4.     public Proxy(){  

  5.         super();  

  6.         this.source = new Source();  

  7.     }  

  8.     @Override  

  9.     public void method() {  

  10.         before();  

  11.         source.method();  

  12.         atfer();  

  13.     }  

  14.     private void atfer() {  

  15.         System.out.println("after proxy!");  

  16.     }  

  17.     private void before() {  

  18.         System.out.println("before proxy!");  

  19.     }  

  20. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class ProxyTest {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Sourceable source = new Proxy();  

  5.         source.method();  

  6.     }  

  7.   

  8. }  

输出:

before proxy!
the original method!
after proxy!

代理模式的应用场景:

如果已有的方法在使用的时候需要对原有的方法进行改进,此时有两种办法:

1、修改原有的方法来适应。这样违反了“对扩展开放,对修改关闭”的原则。

2、就是采用一个代理类调用原有的方法,且对产生的结果进行控制。这种方法就是代理模式。

使用代理模式,可以将功能划分的更加清晰,有助于后期维护!

9、外观模式(Facade)

外观模式是为了解决类与类之家的依赖关系的,像spring一样,可以将类和类之间的关系配置到配置文件中,而外观模式就是将他们的关系放在一个Facade类中,降低了类类之间的耦合度,该模式中没有涉及到接口,看下类图:(我们以一个计算机的启动过程为例)


我们先看下实现类:

[java] view plaincopy

  1. public class CPU {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("cpu startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("cpu shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Memory {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("memory startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("memory shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Disk {  

  2.       

  3.     public void startup(){  

  4.         System.out.println("disk startup!");  

  5.     }  

  6.       

  7.     public void shutdown(){  

  8.         System.out.println("disk shutdown!");  

  9.     }  

  10. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Computer {  

  2.     private CPU cpu;  

  3.     private Memory memory;  

  4.     private Disk disk;  

  5.       

  6.     public Computer(){  

  7.         cpu = new CPU();  

  8.         memory = new Memory();  

  9.         disk = new Disk();  

  10.     }  

  11.       

  12.     public void startup(){  

  13.         System.out.println("start the computer!");  

  14.         cpu.startup();  

  15.         memory.startup();  

  16.         disk.startup();  

  17.         System.out.println("start computer finished!");  

  18.     }  

  19.       

  20.     public void shutdown(){  

  21.         System.out.println("begin to close the computer!");  

  22.         cpu.shutdown();  

  23.         memory.shutdown();  

  24.         disk.shutdown();  

  25.         System.out.println("computer closed!");  

  26.     }  

  27. }  

User类如下:

[java] view plaincopy

  1. public class User {  

  2.   

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.         Computer computer = new Computer();  

  5.         computer.startup();  

  6.         computer.shutdown();  

  7.     }  

  8. }  

输出:

start the computer!
cpu startup!
memory startup!
disk startup!
start computer finished!
begin to close the computer!
cpu shutdown!
memory shutdown!
disk shutdown!
computer closed!

如果我们没有Computer类,那么,CPU、Memory、Disk他们之间将会相互持有实例,产生关系,这样会造成严重的依赖,修改一个类,可能会带来其他类的修改,这不是我们想要看到的,有了Computer类,他们之间的关系被放在了Computer类里,这样就起到了解耦的作用,这,就是外观模式!

10、桥接模式(Bridge)

桥接模式就是把事物和其具体实现分开,使他们可以各自独立的变化。桥接的用意是:将抽象化与实现化解耦,使得二者可以独立变化,像我们常用的JDBC桥DriverManager一样,JDBC进行连接数据库的时候,在各个数据库之间进行切换,基本不需要动太多的代码,甚至丝毫不用动,原因就是JDBC提供统一接口,每个数据库提供各自的实现,用一个叫做数据库驱动的程序来桥接就行了。我们来看看关系图:


实现代码:

先定义接口:

[java] view plaincopy

  1. public interface Sourceable {  

  2.     public void method();  

  3. }  

分别定义两个实现类:

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub1 implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("this is the first sub!");  

  6.     }  

  7. }  

[java] view plaincopy

  1. public class SourceSub2 implements Sourceable {  

  2.   

  3.     @Override  

  4.     public void method() {  

  5.         System.out.println("this is the second sub!");  

  6.     }  

  7. }  

定义一个桥,持有Sourceable的一个实例:

[java] view plaincopy

  1. public abstract class Bridge {  

  2.     private Sourceable source;  

  3.   

  4.     public void method(){  

  5.         source.method();  

  6.     }  

  7.       

  8.     public Sourceable getSource() {  

  9.         return source;  

  10.     }  

  11.   

  12.     public void setSource(Sourceable source) {  

  13.         this.source = source;  

  14.     }  

  15. }  

[java] view plaincopy

  1. public class MyBridge extends Bridge {  

  2.     public void method(){  

  3.         getSource().method();  

  4.     }  

  5. }  

测试类:

[java] view plaincopy

  1. public class BridgeTest {  

  2.       

  3.     public static void main(String[] args) {  

  4.           

  5.         Bridge bridge = new MyBridge();  

  6.           

  7.         /*调用第一个对象*/  

  8.         Sourceable source1 = new SourceSub1();  

  9.         bridge.setSource(source1);  

  10.         bridge.method();  

  11.           

  12.         /*调用第二个对象*/  

  13.         Sourceable source2 = new SourceSub2();  

  14.         bridge.setSource(source2);  

  15.         bridge.method();  

  16.     }  

  17. }  

output:

this is the first sub!
this is the second sub!

这样,就通过对Bridge类的调用,实现了对接口Sourceable的实现类SourceSub1和SourceSub2的调用。接下来我再画个图,大家就应该明白了,因为这个图是我们JDBC连接的原理,有数据库学习基础的,一结合就都懂了。


11、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:

[java] view plaincopy

  1. public class TreeNode {  

  2.       

  3.     private String name;  

  4.     private TreeNode parent;  

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

  6.       

  7.     public TreeNode(String name){  

  8.         this.name = name;  

  9.     }  

  10.   

  11.     public String getName() {  

  12.         return name;  

  13.     }  

  14.   

  15.     public void setName(String name) {  

  16.         this.name = name;  

  17.     }  

  18.   

  19.     public TreeNode getParent() {  

  20.         return parent;  

  21.     }  

  22.   

  23.     public void setParent(TreeNode parent) {  

  24.         this.parent = parent;  

  25.     }  

  26.       

  27.     //添加孩子节点  

  28.     public void add(TreeNode node){  

  29.         children.add(node);  

  30.     }  

  31.       

  32.     //删除孩子节点  

  33.     public void remove(TreeNode node){  

  34.         children.remove(node);  

  35.     }  

  36.       

  37.     //取得孩子节点  

  38.     public Enumeration<TreeNode> getChildren(){  

  39.         return children.elements();  

  40.     }  

  41. }  

[java] view plaincopy

  1. public class Tree {  

  2.   

  3.     TreeNode root = null;  

  4.   

  5.     public Tree(String name) {  

  6.         root = new TreeNode(name);  

  7.     }  

  8.   

  9.     public static void main(String[] args) {  

  10.         Tree tree = new Tree("A");  

  11.         TreeNode nodeB = new TreeNode("B");  

  12.         TreeNode nodeC = new TreeNode("C");  

  13.           

  14.         nodeB.add(nodeC);  

  15.         tree.root.add(nodeB);  

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

  17.     }  

  18. }  

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。


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