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.     }  

7. } 

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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