詳解Java中的五種設(shè)計(jì)模式
設(shè)計(jì)模式是一種可重用的解決方案，用于解決軟件設(shè)計(jì)中常見的問(wèn)題。不同類型的設(shè)計(jì)模式針對(duì)解決不同的特定問(wèn)題或問(wèn)題組合。
如下圖所示，一些常見的設(shè)計(jì)模式類型包括處理對(duì)象創(chuàng)建的創(chuàng)建型模式；處理對(duì)象組合和組織的結(jié)構(gòu)型模式；以及處理對(duì)象和類之間通信的行為型模式。
本文分享幾種與Java中常用的創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式相關(guān)的代碼示例。
創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式
創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式提供了各種對(duì)象創(chuàng)建機(jī)制，從而增加了現(xiàn)有代碼的靈活性和重用性。
其主要功能是以最佳方式提供非常具體的解決方案。它們可以進(jìn)一步分為以下類別。
1. 單例
單例是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，它確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，并提供對(duì)該實(shí)例的全局訪問(wèn)點(diǎn)。
單例模式基于對(duì)象只有一個(gè)實(shí)例的概念，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的全局控制。簡(jiǎn)而言之，單例設(shè)計(jì)模式確保只創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例，并且該實(shí)例在應(yīng)用程序內(nèi)可以全局訪問(wèn)。
public class SingletonClass {
private static SingletonClass instance;
private SingletonClass() {
// 私有構(gòu)造函數(shù)，防止外部實(shí)例化
}
public static SingletonClass getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonClass();
}
return instance;
}
}如下所示，當(dāng)我們發(fā)送Postman請(qǐng)求時(shí)，控制器類和結(jié)果將是同一個(gè)實(shí)例：
@RestController
@RequestMapping("/api")
public class SingletonController {
private SingletonClass singletonClass;
public SingletonController(SingletonClass singletonClass) {
this.singletonClass = singletonClass;
}
@GetMapping("/singleton")
public String getSingleton() {
return "This is a singleton instance: " + singletonClass.toString();
}
}
當(dāng)您想要確保類僅存在一個(gè)實(shí)例時(shí)（例如，由程序的不同部分共享的單個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象），您應(yīng)該使用單例設(shè)計(jì)模式。
2. 工廠
工廠方法是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，它提供了一種在創(chuàng)建過(guò)程中無(wú)需指定其具體類即可創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象的解決方案。
以下是Java代碼示例，PaymentProcessor是定義處理付款的合同的接口。
public interface PaymentProcessor {
void processPayment();
}CreditCardPaymentProcessor和PaypalPaymentProcessor是實(shí)現(xiàn)PaymentProcessor接口的具體類。這些類為CreditCard和PayPal付款特定的processPayment()方法提供了實(shí)現(xiàn)。
@Service
public class CreditCardPaymentProcessor implements PaymentProcessor {
@Override
public void processPayment() {
// 信用卡支付交易
}
}
@Service
public class PaypalPaymentProcessor implements PaymentProcessor {
@Override
public void processPayment() {
// PayPal支付交易
}
}PaymentProcessorFactory是實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)計(jì)模式的工廠類。該類負(fù)責(zé)根據(jù)給定的付款方式創(chuàng)建不同PaymentProcessor實(shí)現(xiàn)的實(shí)例。
@Component
public class PaymentProcessorFactory {
private final CreditCardPaymentProcessor creditCardPaymentProcessor;
private final PaypalPaymentProcessor paypalPaymentProcessor;
public PaymentProcessorFactory(CreditCardPaymentProcessor creditCardPaymentProcessor,
PaypalPaymentProcessor paypalPaymentProcessor) {
this.creditCardPaymentProcessor = creditCardPaymentProcessor;
this.paypalPaymentProcessor = paypalPaymentProcessor;
}
public PaymentProcessor createPaymentProcessor(String paymentMethod) {
if (paymentMethod.equalsIgnoreCase("creditcard")) {
return creditCardPaymentProcessor;
} else if (paymentMethod.equalsIgnoreCase("paypal")) {
return paypalPaymentProcessor;
}
throw new IllegalArgumentException("Invalid payment method: " + paymentMethod);
}
}入口點(diǎn)處理對(duì)/processPayment/{paymentMethod}的請(qǐng)求，并使用PaymentProcessorFactory根據(jù)提供的paymentMethod創(chuàng)建適當(dāng)?shù)母犊钐幚砥?。這簡(jiǎn)化了代碼并使添加新付款處理器變得容易。
工廠方法是一種用于節(jié)省系統(tǒng)資源的設(shè)計(jì)模式，它通過(guò)重復(fù)使用現(xiàn)有對(duì)象而不是重復(fù)構(gòu)建它們來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。
3. 抽象工廠
抽象工廠是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，它允許您生成相關(guān)對(duì)象系列，無(wú)需指定其具體類。
以下是Java代碼示例：
//工廠類
public interface ProductFactory {
Product createProduct();
}
public class ProductAFactory implements ProductFactory{
@Override
public Product createProduct() {
return new ProductA();
}
}
public class ProductBFactory implements ProductFactory{
@Override
public Product createProduct() {
return new ProductB();
}
}//產(chǎn)品類
public interface Product {
String getName();
}
public class ProductA implements Product {
@Override
public String getName() {
return "Product A";
}
}
public class ProductB implements Product {
@Override
public String getName() {
return "Product B";
}
}
// 使用 ProductAFactory 創(chuàng)建產(chǎn)品 A
ProductFactory productAFactory = new ProductAFactory();
Product productA = productAFactory.createProduct();
System.out.println("Product A: " + productA.getName());
// 使用 ProductBFactory 創(chuàng)建產(chǎn)品 B
ProductFactory productBFactory = new ProductBFactory();
Product productB = productBFactory.createProduct();
System.out.println("Product B: " + productB.getName());抽象工廠模式在處理不同組相關(guān)項(xiàng)目時(shí)非常有用，它可以避免代碼依賴于這些項(xiàng)目的特定類型。您可能事先不知道這些類型，或者希望為將來(lái)添加更多類型留出空間。這樣，您的代碼可以更加靈活和可擴(kuò)展。
4. Builder
Builder是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，它允許您以逐步構(gòu)建的方式創(chuàng)建復(fù)雜的對(duì)象。通過(guò)使用Builder模式，您可以使用相同的構(gòu)建代碼來(lái)生成不同類型和表示形式的對(duì)象。這種靈活性使得對(duì)象的構(gòu)建過(guò)程更加可控和可定制。
以下是Java代碼示例：：
@Builder
@Getter
@Setter
public class Beer {
//必填屬性
private String name;
private double drinkSize;
private double alcoholPercentage;
private double price;
// 其他屬性
private String brewery; // 生產(chǎn)啤酒的釀酒廠
private String countryOfOrigin; // 啤酒原產(chǎn)國(guó)
private String description; // 對(duì)啤酒特點(diǎn)的簡(jiǎn)要描述
private String packaging; // 包裝類型（瓶裝、罐裝、生啤等）
private String servingTemperature; // 推薦的飲用溫度
private String foodPairing; // 適合搭配該啤酒的食物
}@RestController
@RequestMapping("/api/beers")
public class BeerController {
@GetMapping("/basic")
public String createStandardBeer() {
Beer beer = Beer.builder()
.name("Standard Beer")
.drinkSize(500)
.alcoholPercentage(5.0)
.price(5.99)
.build();
return "Created beer: " + beer.getName() +
", Drink Size: " + beer.getDrinkSize() +
", Alcohol Percentage: " + beer.getAlcoholPercentage() +
", Price: " + beer.getPrice();
}
@GetMapping("/premium")
public String createPremiumBeer() {
Beer beer = Beer.builder()
.name("Sample Beer")
.drinkSize(330)
.alcoholPercentage(5.0)
.price(10.99)
.brewery("Crafty Brews")
.countryOfOrigin("United States")
.description("A refreshing lager with a smooth taste.")
.packaging("Bottle")
.servingTemperature("4-6°C")
.foodPairing("Pairs well with grilled chicken and salads.")
.build();
return "Created beer: " + beer.getName() +
", Drink Size: " + beer.getDrinkSize() +
", Alcohol Percentage: " + beer.getAlcoholPercentage() +
", Price: " + beer.getPrice() +
", Brewery: " + beer.getBrewery() +
", Country of Origin: " + beer.getCountryOfOrigin() +
", Description: " + beer.getDescription() +
", Packaging: " + beer.getPackaging() +
", Serving Temperature: " + beer.getServingTemperature() +
", Food Pairing: " + beer.getFoodPairing();
}
}
優(yōu)點(diǎn)：
- 減少構(gòu)造函數(shù)中的參數(shù)數(shù)量并提供可讀的方法調(diào)用。
- 允許在完整狀態(tài)下實(shí)例化對(duì)象。
- 簡(jiǎn)化了不可變對(duì)象的構(gòu)建過(guò)程。
缺點(diǎn)：
- 它會(huì)增加代碼行數(shù)，但提供了設(shè)計(jì)靈活性和改進(jìn)的代碼可讀性。
- 需要為每種產(chǎn)品類型創(chuàng)建單獨(dú)的ConcreteBuilder類。
5. 原型
原型是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式，它允許您復(fù)制現(xiàn)有對(duì)象，而不依賴于它們的具體類。
以下是Java代碼示例：
designpatterns
└── creational
└── prototype
├── controller
│ └── TreeController.java
├── model
│ ├── Tree.java
│ ├── PlasticTree.java
│ └── PineTree.java
└── PrototypeDemoApplication.java//抽象類
@Getter
@Setter
public abstract class Tree implements Cloneable {
private String type;
public abstract void copy();
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
//具體類-松樹
public class PineTree extends Tree {
public PineTree() {
setType("Pine Tree");
}
@Override
public void copy() {
//實(shí)現(xiàn)
}
}
//具體類-塑料樹
public PlasticTree() {
setType("Plastic Tree");
}
@Override
public void copy() {
//實(shí)現(xiàn)
}@RestController
@RequestMapping("/api/trees")
public class TreeController {
@GetMapping("/plastic")
public String createPlasticTree() {
Tree plasticTree = new PlasticTree();
return "Created: " + plasticTree.getType();
}
@GetMapping("/pine")
public String createPineTree() {
Tree pineTree = new PineTree();
return "Created: " + pineTree.getType();
}
}
當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建的新對(duì)象與現(xiàn)有對(duì)象僅存在輕微差異時(shí)，原型模式非常有用。通過(guò)提前設(shè)置具有正確設(shè)置的實(shí)例，我們可以在需要更多相似對(duì)象時(shí)進(jìn)行復(fù)制，從而節(jié)省了創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)間和資源。
