Java中23种设计模式介绍和应用场景总结

设计原则

23种设计模式满足并实现了设计原则中的一个或者多个，从而达到了代码复用、增加可维护性的目的。

• 开闭原则（Open+Closed+Principle，OCP）
• 里氏代换原则（Liskov+Substitution+Principle，LSP）
• 依赖倒转原则（Dependency+Inversion+Principle，DIP）
• 接口隔离原则（Interface+Segregation+Principle，ISP）
• 合成/聚合复用原则（Composite%2FAggregate+Reuse+Principle，CARP）
• 最小知识原则（Principle+of+Least+Knowledge，PLK，也叫迪米特法则）

设计模式

设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题，每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应，每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是设计模式能被广泛应用的原因。

GOF四人帮

在 1994 年，由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software（中文译名：设计模式 - 可复用的面向对象软件元素） 的书，该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。

四位作者合称 GOF（四人帮，全拼 Gang of Four）。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则。

• 对接口编程而不是对实现编程。
• 优先使用对象组合而不是继承。

23种设计模式关系

23种设计模式关系图

创建型模式

• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式
• 单例模式
• 建造者模式
• 原型模式

结构型模式

• 适配器模式
• 装饰器模式
• 代理模式
• 外观模式
• 桥接模式
• 组合模式
• 享元模式

行为型模式

• 策略模式
• 模板方法模式
• 观察者模式
• 迭代子模式
• 责任链模式
• 命令模式
• 备忘录模式
• 状态模式
• 访问者模式
• 中介者模式
• 解释器模式

23种设计模式应用场景

创建型模式应用

• 工厂方法模式(Factory)：工厂创建对象（经典实现：很多框架初始化时都会创建一个工厂对象，用来加载资源）
• 抽象工厂模式(Abstractfactory)：抽象工厂实例创建对象，工厂可修改，灵活度高（经典实现：Struts2插件机制的核心实现就是BeanFactory这个抽象工厂。Spring IOC加载Bean，AOP创建Proxy）
• 单例模式(Sington)：适用于只需要一个对象的情况（经典实现：Tomcat中StringManager的错误处理机制）
• 建造者模式(Builder)：一步一步创建一个复杂的对象（经典实现：MyBatis中的SQLSession就是结合了Configure，executor等对象，以此来实现SQLSession的复杂功能）
• 原型模式(Prototype)：复制对象，包括深度复制和浅度复制，深度复制重建引用对象，浅度复制不创建（经典实现：java序列化）

结构型模式应用

• 适配器模式(Adapter)：通过实现接口，依赖注入，继承等方式为不相关的实体建立关系（经典实现：Tomcat新版本连接器Coyote，就是通过为Connector适配建立了ProtocolHandler与Tomcat组件Connector的关联关系、JDK SET集合）
• 装饰器模式(Decorator)：创建包装对象修饰扩展被包装对象的功能（经典实现：JDK IO家族中BufferedXxx）
• 代理模式(Proxy)：通过添加中间代理的方式限制，过滤，修改被代理类的某些行为（经典实现：Spring AOP核心实现，DataSource中为Connection创建代理对象，改变close方法的行为，使其从开始的关闭连接变成将连接还回连接池）
• 外观模式(Facade)：通过外观的包装，使应用程序只能看到外观对象，而不会看到具体的细节对象。（经典实现：Tomcat中创建外观类包装StandardContext传给Wrapper，创建外观类包装Wrapper以ServletConfiguration的形式传给Servlet，以此来屏蔽不想让Servlet可见的那些Tomcat容器参数）
• 桥接模式(Bridge)：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化（经典实现：JDBC驱动）
• 组合模式(Composite)：部分与整体，常用于表示树形结构
• 享元模式(Flyweight)：维护资源集合（经典实现：数据库连接池，避免重新开启数据库链接的开销）

行为型模式应用

• 策略模式(Strategy)：定义多个不同的实现类，这些类实现公共接口，通过调用接口调用不同实例得到不同结果（经典实现：Spring中Bean的定义与注入，Controller，Servcie，repository三层架构中只依赖上一层接口）
• 模板方法模式(Template)：父类定义公共方法，不同子类重写父类抽象方法，得到不同结果（经典实现：Tomcat生命周期中的init，SpringIOC上层类加载具体子类指定的配置文件、SpringData XXTemplate、JDK AQS同步器）
• 观察者模式(Observer)：目标方法被调用，通知所有观察者（经典实现：Tomcat生命周期事件监听，Spring BeanPostProcessor实现 ）
• 迭代子模式(Interator)：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。（经典实现：JDK Iterator集合迭代器）
• 责任链模式(ChainOfResponsibility)：链式依赖，依次调用（经典实现：Tomcat Valve）
• 命令模式(Commond)：Action定义具体命令，拦截器Invocation回调执行命令（经典实现：Struts2）
• 备忘录模式(Memento)：建立原始对象副本，用于存储恢复原始对象数据
• 状态模式(Stage)：通过改变状态，改变行为（经典实现：切换装载着不同配置信息的配置文件对象）
• 访问者模式(Visitor)：结构与操作解耦。灵活的操作，放入固定的结构中执行（经典实现：在SpringAOP的实现过程中首先会有一个ProxyCreator去创建切入点，通知之类的，然后创建一个抽象工厂将这些参数对象传递给抽象工厂，抽象工厂调用createAopProxy(this)来创建对象，传入不同的抽象工厂创建出不同的实体对象）
• 中介者模式(Mediator)：**MVC **框架，其中C（控制器）就是 M（模型）和 V（视图）的中介者
• 解释器模式(Iterpreter)：定义分别定义 + - * / 非终结符，组合不同的非终结符定义不同的表达式，维护繁琐

JAVA中设计模式使用场景总结

设计模式的使用好坏很考验一个开发人员的编码能力深度，使用不当则会造成过度设计，增加维护成本。使用错误，则会造成设计重构，增加开发时间成本。所以使用设计模式，一定要知其大意并明其深意。
23种设计模式在提出时，就分为了三大类，根据不同的类型应用到不同的业务场景中，使用得当才能更好的应用设计模式。
下面简单总结了一下三种设计模式的应用场景

创建型

创建某个或者某些或者某类对象使用，考虑使用创建型设计模式，这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。

行为型

对象的行为交互（方法调用/回调）功能需要设计，考虑使用行为型设计模式， 这些设计模式特别关注对象之间的通信。

结构型

对象和类之间的关系组合，复杂的设计或许能够支撑业务的扩展，但维护成本大大增加。简单的设计或许能够节约开发成本，但是面对业务的徒增，扩展性太差。考虑类和对象之间的组合关系使用结构型设计模式或许能够解决问题，这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。