深入浅出23种设计模式

深入浅出23种设计模式完整攻略

介绍

设计模式是指在软件设计中，为了解决特定问题而被反复使用的一种解决方案。23种设计模式包括创建型、结构型和行为型三种类型，每种类型包括若干个具体的设计模式。本文将详细讲解23种设计模式的原理、实现方法和具体应用场景，以及两个示例说明。

创建型模式

单例模式

单例模式保证一个类只有一个实例，并提供全局访问点。常用于资源访问、日志记录等场景。示例：一个日志记录器，在多线程的情况下也只有一个实例，所有调用此日志记录器的操作都会输出到同一个日志文件。

public class Logger {
    private static final Logger instance = new Logger();

    private Logger() {}

    public static Logger getInstance() {
        return instance;
    }

    public void log(String message) {
        // 记录日志
    }
}

抽象工厂模式

抽象工厂模式定义了一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们的具体类。示例：一个UI框架，包括多个不同风格的按钮、文本框等组件，可以提供不同风格的UI皮肤供用户选择。

public interface Button {
    void paint();
}

public interface TextField {
    void paint();
}

public interface UIFactory {
    Button createButton();
    TextField createTextField();
}

public class WindowsUIFactory implements UIFactory {
    public Button createButton() {
        return new WindowsButton();
    }
    public TextField createTextField() {
        return new WindowsTextField();
    }
}

public class LinuxUIFactory implements UIFactory {
    public Button createButton() {
        return new LinuxButton();
    }
    public TextField createTextField() {
        return new LinuxTextField();
    }
}

结构型模式

适配器模式

适配器模式用于将不同接口的对象进行转换，以便能够让它们正常工作。示例：一个3.5mm的耳机需要插入到6.35mm的耳机插孔上，需要使用一个适配器将3.5mm接口转换为6.35mm接口。

public interface Target {
    void play();
}

public class Adaptee {
    void speak() {
        // 发出声音
    }
}

public class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee = new Adaptee();

    public void play() {
        adaptee.speak();
    }
}

外观模式

外观模式提供了一个高层接口，使得客户端能够更加方便地访问系统的内部功能。示例：一个多媒体播放器，可以播放音乐、视频等多种类型的文件，但客户端只需要调用一个播放方法即可，多媒体播放器会根据不同类型的文件自动选择不同的播放方式。

public interface Player {
    void play(String filename);
}

public class AudioPlayer implements Player {
    void play(String filename) {
        // 播放音频文件
    }
}

public class VideoPlayer implements Player {
    void play(String filename) {
        // 播放视频文件
    }
}

public class MediaPlayerFacade {
    private AudioPlayer audioPlayer = new AudioPlayer();
    private VideoPlayer videoPlayer = new VideoPlayer();

    public void play(String filename) {
        if (filename.endsWith(".mp3")) {
            audioPlayer.play(filename);
        } else if (filename.endsWith(".avi")) {
            videoPlayer.play(filename);
        }
    }
}

行为型模式

策略模式

策略模式定义了一系列算法，将它们封装起来，并使它们可以相互替换。示例：一个排序器，可以根据不同的排序算法进行排序，包括冒泡排序、快速排序等，客户端可以动态地切换不同的排序算法。

public interface Sorter {
    void sort(int[] data);
}

public class BubbleSorter implements Sorter {
    void sort(int[] data) {
        // 冒泡排序算法
    }
}

public class QuickSorter implements Sorter {
    void sort(int[] data) {
        // 快速排序算法
    }
}

public class SorterContext {
    private Sorter sorter;

    public SorterContext(Sorter sorter) {
        this.sorter = sorter;
    }

    public void sort(int[] data) {
        sorter.sort(data);
    }
}

观察者模式

观察者模式定义了一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖它的对象都将得到通知并自动更新。示例：一个气象站，可以收集不同地区的温度、湿度等数据并进行适时通知。

public interface Observer {
    void update(float temperature, float humidity, float pressure);
}

public interface Subject {
    void registerObserver(Observer observer);
    void removeObserver(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

public class WeatherData implements Subject {
    private float temperature;
    private float humidity;
    private float pressure;
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    public void registerObserver(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    public void notifyObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(temperature, humidity, pressure);
        }
    }

    public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
        this.temperature = temperature;
        this.humidity = humidity;
        this.pressure = pressure;
        notifyObservers();
    }
}

总结

本文介绍了23种设计模式的原理、实现方法和具体应用场景，并通过两个示例说明了各种设计模式的具体使用方法。设计模式可以提高软件系统的可维护性、可扩展性和可重用性，是软件开发中非常实用的一种技术。