[[341744]]

 設(shè)計(jì)模式能夠幫助我們優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)，讓代碼更優(yōu)雅靈活。有哪些常見的設(shè)計(jì)模式?如何合理運(yùn)用?本文分享作者對(duì)工廠模式、單例模式、裝飾模式、策略模式、代理模式和觀察者模式的理解，介紹每種模式的模式結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、適用場(chǎng)景、注意實(shí)現(xiàn)及代碼實(shí)現(xiàn)。

一 前言

最近在改造一些歷史的代碼，發(fā)現(xiàn)一個(gè)很明顯的特點(diǎn)，大部分代碼是記敘文，按照事件的發(fā)展過程將故事平鋪直敘的講解出來。

這種方式的好處是比較符合人類的思維習(xí)慣，一條主線講到底，代碼閱讀起來沒有太大難度，只要順著藤就能摸到瓜，但是缺點(diǎn)也很明顯，一旦故事線中需要插入一些新的元素，比如：加入一個(gè)新的人物角色、新的時(shí)間線，都會(huì)需要大量更改故事線以配合這個(gè)新元素的融入，甚至對(duì)原有文章造成破壞性的影響。

為了解決這個(gè)問題，人們總結(jié)出了很多種文章結(jié)構(gòu)，例如：總-分結(jié)構(gòu)，并列結(jié)構(gòu)，總-分-總結(jié)構(gòu)等等，有了這些結(jié)構(gòu)，在加入新元素的時(shí)候，甚至不必考慮新元素與原故事情節(jié)的關(guān)聯(lián)性，直接單拉一個(gè)分支故事線獨(dú)立去講就好了，只要能夠在整體故事結(jié)束前，與匯聚到主線故事就可以了(是不是很像git?)。

在軟件開發(fā)領(lǐng)域，也有很多這樣的非常有用的實(shí)踐總結(jié)，我們稱之為設(shè)計(jì)模式。對(duì)于設(shè)計(jì)模式，大家都不陌生，隨便找個(gè)人，估計(jì)都能講出N個(gè)設(shè)計(jì)模式來，但是除了這些設(shè)計(jì)模式的概念，很多人不知道如何靈活運(yùn)用這些設(shè)計(jì)模式。所以借這篇文章和大家共同學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式的思想。

二 理解設(shè)計(jì)模式

我盡量用最通俗易懂的示例和語(yǔ)言來講述我理解的設(shè)計(jì)模式，希望能對(duì)大家有所幫助。

另外也無(wú)需精通所有的設(shè)計(jì)模式，只要能夠融匯貫通常見的設(shè)計(jì)模式，就能讓你的代碼變得優(yōu)雅。就像程咬金只會(huì)三板斧，但是熟練度無(wú)人能及，照樣能橫行天下。

1 工廠模式(Factory)

簡(jiǎn)單工廠(Simple Factory)

小明追妹子的時(shí)候，請(qǐng)她喝了不少咖啡，她愛喝卡布奇諾，每次去咖啡店，只要跟服務(wù)員說“來杯卡布奇諾”就行了，雖然各家的口味有些不同，但是不管是星爸爸還是Costa，都能夠提供卡布奇諾這種咖啡。這里的星爸爸和Costa就是生產(chǎn)咖啡的工廠。

(1)簡(jiǎn)單工廠模式結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單工廠模式包含如下角色：

• Factory：工廠角色-負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建所有實(shí)例的內(nèi)部邏輯.
• Product：抽象產(chǎn)品角色-是所創(chuàng)建的所有對(duì)象的父類，負(fù)責(zé)描述所有實(shí)例所共有的公共接口。
• ConcreteProduct：具體產(chǎn)品角色-是創(chuàng)建目標(biāo)，所有創(chuàng)建的對(duì)象都充當(dāng)這個(gè)角色的某個(gè)具體類的實(shí)例。

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

(2)優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：客戶類和工廠類分開。消費(fèi)者任何時(shí)候需要某種產(chǎn)品，只需向工廠請(qǐng)求即可。消費(fèi)者無(wú)須修改就可以接納新產(chǎn)品。
• 缺點(diǎn)：是當(dāng)產(chǎn)品修改時(shí)，工廠類也要做相應(yīng)的修改。

工廠方法(Factory Method)

以前經(jīng)常帶老婆去優(yōu)衣庫(kù)(簡(jiǎn)單工廠)買衣服，就那么多款式，逛的次數(shù)多了，她就煩了。后來我改變策略，帶老婆去逛商場(chǎng)(抽象工廠)，商場(chǎng)里有各式品牌的店鋪，不用我管，她自己就能逛上一整天。

區(qū)別于簡(jiǎn)單工廠，核心工廠類(商場(chǎng))不再負(fù)責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體創(chuàng)建的工作交給子類(服裝店)去做，成為一個(gè)抽象工廠角色，僅負(fù)責(zé)給出具體工廠類必須實(shí)現(xiàn)的接口(門店)，而不接觸哪一個(gè)產(chǎn)品類應(yīng)當(dāng)被實(shí)例化這種細(xì)節(jié)。

(1)工廠方法模式結(jié)構(gòu)

工廠方法模式包含如下角色：

• Product：抽象產(chǎn)品
• ConcreteProduct：具體產(chǎn)品
• Factory：抽象工廠
• ConcreteFactory：具體工廠

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

工廠模式總結(jié)

(1)適用場(chǎng)景

輸出的產(chǎn)品是標(biāo)準(zhǔn)品，誰(shuí)來做都可以。

(2)舉例

常見的數(shù)據(jù)庫(kù)連接工廠，SqlSessionFactory，產(chǎn)品是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，至于是oracle提供的，還是mysql提供的，我并不需要關(guān)心，因?yàn)槎寄茏屛彝ㄟ^sql來操作數(shù)據(jù)。

(3)注意事項(xiàng)

項(xiàng)目初期，軟件結(jié)構(gòu)和需求都沒有穩(wěn)定下來時(shí)，不建議使用此模式，因?yàn)槠淞觿?shì)也很明顯，增加了代碼的復(fù)雜度，增加了調(diào)用層次，增加了內(nèi)存負(fù)擔(dān)。所以要注意防止模式的濫用。

(4)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

package FactoryMethod; 
public class FactoryPattern 
{ 
    public static void main(String[] args) 
{ 
        Factory factory = new ConcreteFactoryA(); 
        Product product = factory.createProduct(); 
        product.use(); 
    } 
} 
//抽象產(chǎn)品：提供了產(chǎn)品的接口 
interface Product 
{ 
    public void use(); 
} 
//具體產(chǎn)品A：實(shí)現(xiàn)抽象產(chǎn)品中的抽象方法 
class ConcreteProductA implements Product 
{ 
    public void use() 
{ 
        System.out.println("具體產(chǎn)品A顯示..."); 
    } 
} 
//具體產(chǎn)品B：實(shí)現(xiàn)抽象產(chǎn)品中的抽象方法 
class ConcreteProductB implements Product 
{ 
    public void use() 
{ 
        System.out.println("具體產(chǎn)品B顯示..."); 
    } 
} 
//抽象工廠：提供了廠品的生成方法 
interface Factory 
{ 
    public Product createProduct(); 
} 
//具體工廠A：實(shí)現(xiàn)了廠品的生成方法 
class ConcreteFactoryA implements AbstractFactory 
{ 
    public Product createProduct() 
{ 
        System.out.println("具體工廠A生成-->具體產(chǎn)品A."); 
        return new ConcreteProductA(); 
    } 
} 
//具體工廠B：實(shí)現(xiàn)了廠品的生成方法 
class ConcreteFactoryB implements AbstractFactory 
{ 
    public Product createProduct() 
{ 
        System.out.println("具體工廠B生成-->具體產(chǎn)品B."); 
        return new ConcreteProductB(); 
    } 
} 

2 單例模式(Singleton)

韋小寶有7個(gè)老婆，但是每個(gè)都只有他這一個(gè)老公，他的所有老婆叫老公時(shí)，指的都是他，他就是一個(gè)單例。

單例模式結(jié)構(gòu)

單例模式包含如下角色：

• Singleton：?jiǎn)卫?/li>

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：全局只有一個(gè)實(shí)例，便于統(tǒng)一控制，同時(shí)減少了系統(tǒng)資源開銷。
• 缺點(diǎn)：沒有抽象層，擴(kuò)展困難。

應(yīng)用場(chǎng)景

適合需要做全局統(tǒng)一控制的場(chǎng)景，例如：全局唯一的編碼生成器。

注意事項(xiàng)

只對(duì)外提供公共的getInstance方法，不提供任何公共構(gòu)造函數(shù)。

簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

public class Singleton 
{ 
    private static volatile Singleton instance=null;    //保證 instance 在所有線程中同步 
    private Singleton(){}    //private 避免類在外部被實(shí)例化 
    public static synchronized Singleton getInstance() 
{ 
        //getInstance 方法前加同步 
        if(instance == null) 
        { 
            instance = new Singleton(); 
        } 
        return instance; 
    } 
} 

3 裝飾模式(Decorator)

大學(xué)畢業(yè)，想要送給室友一個(gè)有紀(jì)念意義的禮物，就找到一張大家的合照，在上面寫上“永遠(yuǎn)的兄弟!”，然后拿去禮品店裝了個(gè)相框，再包上禮盒。這里的我和禮品店都是裝飾器，都沒有改變照片本身，卻都讓照片變得更適合作為禮物送人。

裝飾模式結(jié)構(gòu)

裝飾模式包含如下角色：

• Component：抽象構(gòu)件
• ConcreteComponent：具體構(gòu)件
• Decorator：抽象裝飾類
• ConcreteDecorator：具體裝飾類

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：比繼承更加靈活(繼承是耦合度很大的靜態(tài)關(guān)系)，可以動(dòng)態(tài)的為對(duì)象增加職責(zé)，可以通過使用不同的裝飾器組合為對(duì)象擴(kuò)展N個(gè)新功能，而不會(huì)影響到對(duì)象本身。
• 缺點(diǎn)：當(dāng)一個(gè)對(duì)象的裝飾器過多時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多的裝飾類小對(duì)象和裝飾組合策略，增加系統(tǒng)復(fù)雜度，增加代碼的閱讀理解成本。

適用場(chǎng)景

• 適合需要(通過配置，如：diamond)來動(dòng)態(tài)增減對(duì)象功能的場(chǎng)景。
• 適合一個(gè)對(duì)象需要N種功能排列組合的場(chǎng)景(如果用繼承，會(huì)使子類數(shù)量爆炸式增長(zhǎng))

注意事項(xiàng)

• 一個(gè)裝飾類的接口必須與被裝飾類的接口保持相同，對(duì)于客戶端來說無(wú)論是裝飾之前的對(duì)象還是裝飾之后的對(duì)象都可以一致對(duì)待。
• 盡量保持具體構(gòu)件類Component作為一個(gè)“輕”類，也就是說不要把太多的邏輯和狀態(tài)放在具體構(gòu)件類中，可以通過裝飾類。

簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

package decorator; 
public class DecoratorPattern 
{ 
    public static void main(String[] args) 
{ 
        Component component = new ConcreteComponent(); 
        component.operation(); 
        System.out.println("---------------------------------"); 
        Component decorator = new ConcreteDecorator(component); 
        decorator.operation(); 
    } 
} 
//抽象構(gòu)件角色 
interface  Component 
{ 
    public void operation(); 
} 
//具體構(gòu)件角色 
class ConcreteComponent implements Component 
{ 
    public ConcreteComponent() 
{ 
        System.out.println("創(chuàng)建具體構(gòu)件角色");        
    }    
    public void operation() 
{ 
        System.out.println("調(diào)用具體構(gòu)件角色的方法operation()");            
    } 
} 
//抽象裝飾角色 
class Decorator implements Component 
{ 
    private Component component;    
    public Decorator(Component component) 
{ 
        this.component=component; 
    }    
    public void operation() 
{ 
        component.operation(); 
    } 
} 
//具體裝飾角色 
class ConcreteDecorator extends Decorator 
{ 
    public ConcreteDecorator(Component component) 
{ 
        super(component); 
    }    
    public void operation() 
{ 
        super.operation(); 
        addBehavior(); 
    } 
    public void addBehavior() 
{ 
        System.out.println("為具體構(gòu)件角色增加額外的功能addBehavior()");            
    } 
} 

4 策略模式(Strategy)

男生追妹子時(shí)，一般都會(huì)用到這種模式，常見的策略有這些：約會(huì)吃飯;看電影;看演唱會(huì);逛街;去旅行……，雖然做的事情不同，但可以相互替換，唯一的目標(biāo)都是捕獲妹子的芳心。

策略模式結(jié)構(gòu)

• Context: 環(huán)境類
• Strategy: 抽象策略類
• ConcreteStrategy: 具體策略類

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：策略模式提供了對(duì)“開閉原則”的完美支持，用戶可以在不修改原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上選擇算法或行為。干掉復(fù)雜難看的if-else。
• 缺點(diǎn)：調(diào)用時(shí)，必須提前知道都有哪些策略模式類，才能自行決定當(dāng)前場(chǎng)景該使用何種策略。

試用場(chǎng)景

一個(gè)系統(tǒng)需要?jiǎng)討B(tài)地在幾種可替換算法中選擇一種。不希望使用者關(guān)心算法細(xì)節(jié)，將具體算法封裝進(jìn)策略類中。

注意事項(xiàng)

一定要在策略類的注釋中說明該策略的用途和適用場(chǎng)景。

簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

package strategy; 
public class StrategyPattern 
{ 
    public static void main(String[] args) 
{ 
        Context context = new Context(); 
        Strategy strategyA = new ConcreteStrategyA(); 
        context.setStrategy(strategyA); 
        context.algorithm(); 
        System.out.println("-----------------"); 
        Strategy strategyB = new ConcreteStrategyB(); 
        context.setStrategy(strategyB); 
        context.algorithm(); 
    } 
} 
//抽象策略類 
interface Strategy 
{    
    public void algorithm();    //策略方法 
} 
//具體策略類A 
class ConcreteStrategyA implements Strategy 
{ 
    public void algorithm() 
{ 
        System.out.println("具體策略A的策略方法被訪問！"); 
    } 
} 
//具體策略類B 
class ConcreteStrategyB implements Strategy 
{ 
  public void algorithm() 
{ 
      System.out.println("具體策略B的策略方法被訪問！"); 
  } 
} 
//環(huán)境類 
class Context 
{ 
    private Strategy strategy; 
    public Strategy getStrategy() 
{ 
        return strategy; 
    } 
    public void setStrategy(Strategy strategy) 
{ 
        this.strategy=strategy; 
    } 
    public void algorithm() 
{ 
        strategy.algorithm(); 
    } 
} 

5 代理模式(Proxy)

淘寶店客服總是會(huì)收到非常多的重復(fù)問題，例如：有沒有現(xiàn)貨?什么時(shí)候發(fā)貨?發(fā)什么快遞?大量回答重復(fù)性的問題太煩了，于是就出現(xiàn)了小蜜機(jī)器人，他來幫客服回答那些已知的問題，當(dāng)碰到小蜜無(wú)法解答的問題時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)到人工客服。這里的小蜜機(jī)器人就是客服的代理。

代理模式結(jié)構(gòu)

代理模式包含如下角色：

• Subject: 抽象主題角色
• Proxy: 代理主題角色
• RealSubject: 真實(shí)主題角色

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：代理可以協(xié)調(diào)調(diào)用方與被調(diào)用方，降低了系統(tǒng)的耦合度。根據(jù)代理類型和場(chǎng)景的不同，可以起到控制安全性、減小系統(tǒng)開銷等作用。
• 缺點(diǎn)：增加了一層代理處理，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時(shí)可能會(huì)降低系統(tǒng)的相應(yīng)速度。

試用場(chǎng)景

理論上可以代理任何對(duì)象，常見的代理模式有：

• 遠(yuǎn)程(Remote)代理：為一個(gè)位于不同的地址空間的對(duì)象提供一個(gè)本地的代理對(duì)象，這個(gè)不同的地址空間可以是在同一臺(tái)主機(jī)中，也可是在另一臺(tái)主機(jī)中，遠(yuǎn)程代理又叫做大使(Ambassador)。
• 虛擬(Virtual)代理：如果需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)資源消耗較大的對(duì)象，先創(chuàng)建一個(gè)消耗相對(duì)較小的對(duì)象來表示，真實(shí)對(duì)象只在需要時(shí)才會(huì)被真正創(chuàng)建。
• Copy-on-Write代理：它是虛擬代理的一種，把復(fù)制(克隆)操作延遲到只有在客戶端真正需要時(shí)才執(zhí)行。一般來說，對(duì)象的深克隆是一個(gè)開銷較大的操作，Copy-on-Write代理可以讓這個(gè)操作延遲，只有對(duì)象被用到的時(shí)候才被克隆。
• 保護(hù)(Protect or Access)代理：控制對(duì)一個(gè)對(duì)象的訪問，可以給不同的用戶提供不同級(jí)別的使用權(quán)限。
• 緩沖(Cache)代理：為某一個(gè)目標(biāo)操作的結(jié)果提供臨時(shí)的存儲(chǔ)空間，以便多個(gè)客戶端可以共享這些結(jié)果。
• 防火墻(Firewall)代理：保護(hù)目標(biāo)不讓惡意用戶接近。
• 同步化(Synchronization)代理：使幾個(gè)用戶能夠同時(shí)使用一個(gè)對(duì)象而沒有沖突。
• 智能引用(Smart Reference)代理：當(dāng)一個(gè)對(duì)象被引用時(shí)，提供一些額外的操作，如將此對(duì)象被調(diào)用的次數(shù)記錄下來等。

簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

package proxy; 
public class ProxyPattern 
{ 
    public static void main(String[] args) 
{ 
        Proxy proxy = new Proxy(); 
        proxy.request(); 
    } 
} 
//抽象主題 
interface Subject 
{ 
    void request(); 
} 
//真實(shí)主題 
class RealSubject implements Subject 
{ 
    public void request() 
{ 
        System.out.println("訪問真實(shí)主題方法..."); 
    } 
} 
//代理 
class Proxy implements Subject 
{ 
    private RealSubject realSubject; 
    public void request() 
{ 
        if (realSubject==null) 
        { 
            realSubject=new RealSubject(); 
        } 
        preRequest(); 
        realSubject.request(); 
        afterRequest(); 
    } 
    public void preRequest() 
{ 
        System.out.println("訪問真實(shí)主題之前的預(yù)處理。"); 
    } 
    public void afterRequest() 
{ 
        System.out.println("訪問真實(shí)主題之后的后續(xù)處理。"); 
    } 
} 

6 觀察者模式(Observer)

出差在外，想了解孩子在家的情況，這時(shí)候只要加入“相親相愛一家人”群，老爸老媽會(huì)經(jīng)常把孩子的照片和視頻發(fā)到群里，你要做的就是作為一個(gè)觀察者，刷一刷群里的信息就能夠了解一切了。

觀察者模式結(jié)構(gòu)

觀察者模式包含如下角色：

• Subject：目標(biāo)
• ConcreteSubject：具體目標(biāo)
• Observer：觀察者
• ConcreteObserver：具體觀察者

結(jié)構(gòu)圖：

時(shí)序圖：

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn)：將復(fù)雜的串行處理邏輯變?yōu)閱卧莫?dú)立處理邏輯，被觀察者只是按照自己的邏輯發(fā)出消息，不用關(guān)心誰(shuí)來消費(fèi)消息，每個(gè)觀察者只處理自己關(guān)心的內(nèi)容。邏輯相互隔離帶來簡(jiǎn)單清爽的代碼結(jié)構(gòu)。
• 缺點(diǎn)：觀察者較多時(shí)，可能會(huì)花費(fèi)一定的開銷來發(fā)消息，但這個(gè)消息可能僅一個(gè)觀察者消費(fèi)。

適用場(chǎng)景

適用于一對(duì)多的的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，一個(gè)對(duì)象發(fā)生變更，會(huì)觸發(fā)N個(gè)對(duì)象做相應(yīng)處理的場(chǎng)景。例如：訂單調(diào)度通知，任務(wù)狀態(tài)變化等。

注意事項(xiàng)

避免觀察者與被觀察者之間形成循環(huán)依賴，可能會(huì)因此導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)

package observer; 
import java.util.*; 
public class ObserverPattern 
{ 
    public static void main(String[] args) 
    { 
        Subject subject = new ConcreteSubject(); 
        Observer obsA = new ConcreteObserverA(); 
        Observer obsb = new ConcreteObserverB(); 
        subject.add(obsA); 
        subject.add(obsB); 
        subject.setState(0); 
    } 
} 
//抽象目標(biāo) 
abstract class Subject 
{ 
    protected List<Observer> observerList = new ArrayList<Observer>();    
    //增加觀察者方法 
    public void add(Observer observer) 
    { 
        observers.add(observer); 
    }     
    //刪除觀察者方法 
    public void remove(Observer observer) 
    { 
        observers.remove(observer); 
    }    
    public abstract void notify(); //通知觀察者方法 
} 
//具體目標(biāo) 
class ConcreteSubject extends Subject 
{ 
   private Integer state; 
   public void setState(Integer state){ 
        this.state = state; 
 
        // 狀態(tài)改變通知觀察者 
        notify(); 
    } 
    public void notify() 
    { 
        System.out.println("具體目標(biāo)狀態(tài)發(fā)生改變..."); 
        System.out.println("--------------");        
 
        for(Observer obs:observers) 
        { 
            obs.process(); 
        } 
 
    }           
} 
//抽象觀察者 
interface Observer 
{ 
    void process(); //具體的處理 
} 
//具體觀察者A 
class ConcreteObserverA implements Observer 
{ 
    public void process() 
    { 
        System.out.println("具體觀察者A處理！"); 
    } 
} 
//具體觀察者B 
class ConcreteObserverB implements Observer 
{ 
    public void process() 
    { 
        System.out.println("具體觀察者B處理！"); 
    } 
} 

【本文為51CTO專欄作者“阿里巴巴官方技術(shù)”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】

戳這里，看該作者更多好文