Java设计模式:23种设计模式全面解析(超级详细)

Java设计模式:23种设计模式全面解析

设计模式是一种解决特定问题的可复用方案，在软件开发中具有重要的作用。Java设计模式总共有23种，分为三大类：创建型模式、结构型模式和行为型模式。本文将对这23种设计模式进行全面详细的解析，并提供包括定义、使用方法和案例说明的内容，以帮助读者更好地理解每种设计模式的应用场景和使用方式。

一、创建型模式

1.简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：定义一个工厂类来创建对象，根据不同的参数来创建不同的对象实例。

使用方法：通过工厂类的静态方法创建对象，根据参数的不同返回不同的具体实例。

案例说明：假设有一个图形工厂类，可以创建不同种类的图形对象，根据参数来判断创建哪一种类型的图形，例如圆形、矩形或三角形。

2.工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。

使用方法：通过定义一个工厂接口，在具体工厂类中实现该接口并返回具体的对象实例。

案例说明：假设有一个手机制造公司，可以生产不同种类的手机，例如苹果手机、三星手机或华为手机，通过工厂方法模式可以使得新增一种手机类型时只需要添加对应的具体工厂类和具体产品类。

3.抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

使用方法：定义一个抽象工厂接口，具有创建多个产品抽象方法，并由具体工厂类实现该接口。

案例说明：假设有一个汽车制造公司，可以生产不同种类的汽车，例如SUV、轿车或卡车，同时也有不同品牌的发动机可供选择，例如宝马发动机、奔驰发动机或福特发动机。通过抽象工厂模式可以使得每个具体工厂类返回一系列相关产品的实例。

4.建造者模式（Builder Pattern）：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

使用方法：通过定义一个建造者接口，具有创建不同部件的方法，并由具体建造者类实现该接口。

案例说明：假设有一个电脑制造公司，可以生产不同配置的电脑，例如办公电脑、游戏电脑或设计电脑，通过建造者模式可以逐步构建电脑的各个部件，最终返回一个完整的电脑实例。

5.单例模式（Singleton Pattern）：保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

使用方法：通过定义一个私有的构造方法和一个公共的静态方法来获取单例对象。

案例说明：假设有一个日志类，只需要一个实例来记录日志信息，通过单例模式可以保证在整个应用程序中只有一个日志对象。

6.原型模式（Prototype Pattern）：通过拷贝现有对象来创建新对象，避免了重复创建相同对象的开销。

使用方法：通过实现Cloneable接口，重写clone方法来实现对象的拷贝。

案例说明：假设有一个原型商店，可以复制各种商品，通过原型模式可以复制并生成多个相同的商品实例。

二、结构型模式

1.适配器模式（Adapter Pattern）：将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以一起工作。

使用方法：通过创建一个适配器类，其中包含一个目标接口的对象，并将客户端的请求转发给目标接口。

案例说明：假设有一个音频播放器，可以播放mp3文件，现在需要扩展其功能，使其可以播放其他格式的音频文件，通过适配器模式可以为其他格式的音频文件创建适配器类。

2.桥接模式（Bridge Pattern）：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立地变化。

使用方法：通过将抽象部分与实现部分分别定义为抽象类和接口，并在抽象类中使用接口来定义实现部分，从而实现两者的解耦。

案例说明：假设有一个画图软件，可以绘制不同形状的图形，并支持不同颜色的填充，通过桥接模式可以将形状和颜色进行解耦，使得可以自由组合不同的形状和颜色。

3.组合模式（Composite Pattern）：将对象组合成树形结构以表示"整体-部分"的层次结构，使客户端可以统一处理单个对象和组合对象。

使用方法：通过定义一个抽象类来表示对象和组合对象的共有行为，然后在该抽象类中使用一个集合来保存子对象。

案例说明：假设有一个文件系统，可以包含文件和文件夹，通过组合模式可以将文件和文件夹统一表示为"树"的形式。

4.装饰器模式（Decorator Pattern）：动态地给一个对象添加额外的职责，同时又不改变其结构。

使用方法：通过定义一个装饰器类，包含一个目标接口的对象，并在该类中重新定义目标接口的方法来增加额外的功能。

案例说明：假设有一个文字编辑器，可以对文字进行格式化操作，例如加粗、下划线或斜体，通过装饰器模式可以为文字编辑器添加不同的格式装饰器。

5.外观模式（Facade Pattern）：为子系统中的一组接口提供一个统一的接口，以便更方便地使用子系统。

使用方法：通过定义一个外观类，包含对子系统的引用，并在该类中封装对子系统的调用。

案例说明：假设有一个购物网站，其中包含下单、支付和物流等子系统，通过外观模式可以简化客户端对这些子系统的调用。

6.享元模式（Flyweight Pattern）：运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

使用方法：通过定义一个工厂类来创建共享对象，并管理这些共享对象的使用。

案例说明：假设有一个在线课程网站，其中有很多课程，并且有很多学生选修这些课程，通过享元模式可以共享课程和学生的信息，减少内存的占用。

三、行为型模式

1.模板方法模式（Template Method Pattern）：定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中实现。

使用方法：通过定义一个抽象类，其中包含一个模板方法来定义算法的骨架，然后在子类中实现具体的步骤。

案例说明：假设有一个父类，其中包含一个方法来处理数据，具体的处理方式由子类来实现，通过模板方法模式可以使得子类可以自由定义处理逻辑。

2.命令模式（Command Pattern）：将一个请求封装成一个对象，从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化。

使用方法：通过定义一个命令接口，提供一个方法来执行命令，并由具体命令类实现该接口。

案例说明：假设有一个遥控器，上面有不同按钮，可以控制不同的电器设备，通过命令模式可以将操作封装为命令对象，让遥控器根据按钮的操作执行相应的命令。

3.迭代器模式（Iterator Pattern）：提供一种方法来顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露该对象的内部表示。

使用方法：通过定义一个迭代器接口，提供遍历聚合对象的方法，并由具体迭代器类实现该接口。

案例说明：假设有一个书架，里面有很多书籍，可以通过迭代器模式来遍历书架中的书籍。

4.观察者模式（Observer Pattern）：定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象发生改变时，所有依赖于它的对象都会收到通知。

使用方法：通过定义一个主题接口，提供注册、删除和通知观察者的方法，并由具体主题类实现该接口。

案例说明：假设有一个气象站，可以实时获取天气信息，通过观察者模式可以让所有订阅了气象站的客户端都能实时收到天气信息的更新。

5.中介者模式（Mediator Pattern）：用一个中介对象封装一系列对象之间的交互，使得这些对象之间不需要直接相互引用。

使用方法：通过定义一个中介者接口，提供对象之间交互的方法，并由具体中介者类实现该接口。

案例说明：假设有一个聊天室程序，里面有很多用户，通过中介者模式可以实现用户之间的消息传递，而不需要用户直接相互引用。

6.状态模式（State Pattern）：允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。

使用方法：通过定义一个状态接口，提供对象的行为和状态改变的方法，并由具体状态类实现该接口。

案例说明：假设有一个文件读取器，可以根据文件的不同格式采用不同的读取方式，通过状态模式可以实现不同读取方式之间的切换。

7.策略模式（Strategy Pattern）：定义一系列算法，将每个算法封装起来，使其可以互换。

使用方法：通过定义一个策略接口，提供一个方法来执行策略，并由具体策略类实现该接口。

案例说明：假设有一个商店，可以根据不同的促销策略来计算最终价格，通过策略模式可以实现不同促销策略之间的切换。

8.责任链模式（Chain of Responsibility Pattern）：为了避免请求发送者和接收者之间的耦合关系，使多个对象都有机会处理请求。

使用方法：通过定义一个处理器接口，提供处理请求的方法，并由具体处理器类实现该接口，以形成责任链。

案例说明：假设有一个请假审批系统，根据请假天数来决定审批级别，通过责任链模式可以形成一条链式结构，满足不同级别审批的需求。

以上是对Java设计模式的23种设计模式进行的全面解析，包括每种设计模式的定义、使用方法和案例说明，希望能帮助读者更好地理解和运用设计模式。设计模式是软件开发中非常重要的一部分，通过熟练掌握和运用设计模式可以提高代码的重用性、可维护性和可扩展性，从而提高软件开发的效率和质量。 如果你喜欢我们三七知识分享网站的文章， 欢迎您分享或收藏知识分享网站文章 欢迎您到我们的网站逛逛喔！https://www.37seo.cn/