设计模式的概述

设计模式分类

创建型模式

特点是将对象的创建与使用分离（解耦），有单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等5种。
结构型模式

用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，代理、适配器、桥接、装饰、享元、组合等7种。
行为型模式

用于描述类或对象之间相互协作共同完成单个对象无法完成的任务，模板方法、策略命令、职责链、状态观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等11种。

UML

包含了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构建图、部署图等9种。

类图概述

类图显示了模型的静态结构

类的作用

简化了人们对系统的理解
是系统编码和测试的重要模型

类图表示法

类的表示方式

类与类之间关系表示方式

关联关系

用于表示一类与另一类对象之间的联系，如老师和学生

1.单项关联
2.双向关联

3.自关联

聚合关系

聚合关系是关联关系的一种，是强关联关系，是整体和部分之间的关系。

聚合关系也是通过成员对象来实现的，其中成员对象是整体对象的一部分，但是成员对象可以脱离整体对象而独立存在。例如，学校与老师的关系，学校包含老师，但如果学校停办了，老师依然存在。

在 UML 类图中，聚合关系可以用带空心菱形的实线来表示，菱形指向整体。下图所示是大学和教师的关系图：

组合关系

组合表示类之间的整体与部分的关系，但它是一种更强烈的聚合关系。

在组合关系中，整体对象可以控制部分对象的生命周期，一旦整体对象不存在，部分对象也将不存在，部分对象不能脱离整体对象而存在。例如，头和嘴的关系，没有了头，嘴也就不存在了。

在 UML 类图中，组合关系用带实心菱形的实线来表示，菱形指向整体。下图所示是头和嘴的关系图：

依赖关系

依赖关系是一种使用关系，它是对象之间耦合度最弱的一种关联方式，是临时性的关联。在代码中，某个类的方法通过局部变量、方法的参数或者对静态方法的调用来访问另一个类（被依赖类）中的某些方法来完成一些职责。

就是一个类里面有另一个类作参数

在 UML 类图中，依赖关系使用带箭头的虚线来表示，箭头从使用类指向被依赖的类。下图所示是司机和汽车的关系图，司机驾驶汽车：

继承关系

继承关系是对象之间耦合度最大的一种关系，表示一般与特殊的关系，是父类与子类之间的关系，是一种继承关系。

在 UML 类图中，泛化关系用带空心三角箭头的实线来表示，箭头从子类指向父类。在代码实现时，使用面向对象的继承机制来实现泛化关系。例如，Student 类和 Teacher 类都是 Person 类的子类，其类图如下图所示：

实现关系

实现关系是接口与实现类之间的关系。在这种关系中，类实现了接口，类中的操作实现了接口中所声明的所有的抽象操作。

在 UML 类图中，实现关系使用带空心三角箭头的虚线来表示，箭头从实现类指向接口。例如，汽车和船实现了交通工具，其类图如图 9 所示。

软件设计原则

开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在不修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了更好的扩展。我们可以使用接口和抽象类。

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

里氏代换原则

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

依赖倒转原则

高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程(使用接口)，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

接口隔离原则

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上（接口的方法尽量拆分）。

迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则。

只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。

其含义是：如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

合成复用原则

合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：

它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

如下，将继承复用改为聚合复用

修改后

创建者模式

创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象？”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。

这样可以降低系统的耦合度，使用者不需要关注对象的创建细节。

可分为单例模式、工厂方法模式、抽象工程模式、原型模式、建造者模式。

单例模式

单例模式的结构

单例模式的实现

饿汉式
懒汉式

懒汉式-双重检查锁

/*** 双重检查方式*/
public class Singleton { //私有构造方法private Singleton() {}private static volatile Singleton instance;//对外提供静态方法获取该对象public static Singleton getInstance() {//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实例if(instance == null) {synchronized (Singleton.class) {//抢到锁之后再次判断是否为nullif(instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}
}

枚举方式

/*** 枚举方式*/
public enum Singleton {INSTANCE;
}

存在问题

序列化反序列化破坏
通过反射通过单例模式

工厂模式

概述

在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。

如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

工厂模式分三种，简单工厂模式，工厂方法模式，抽象工厂模式。

简单工厂模式

简单工厂不是模式，是一种编程习惯。

抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品：实现或者继承抽象产品的子类
具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

优缺点

优点：

封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：

增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

扩展-静态工厂

在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是

23种设计模式中的。代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {public static Coffee createCoffee(String type) {//声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象Coffee coffee = null;if("american".equals(type)) {coffee = new AmericanCoffee();} else if("latte".equals(type)) {coffee = new LatteCoffee();} else {throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");}return coffee;}
}

工厂方法模式

概念

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延

迟到其工厂的子类。

结构

抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂

方法来创建产品。

具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法（重写抽象抽象工厂方法），完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同

具体工厂之间一一对应。

实现

优缺点

优点：

用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；

在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，

满足开闭原则；

缺点：

每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

抽象工厂模式

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、传智播客只培养计算机软件专业的学生等。

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

本节要介绍的抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族，下图所示横轴是产品等级，也就是同一类产品；纵轴是产品族，也就是同一品牌的产品，同一品牌的产品产自同一个工厂。

概念

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

结构

抽象工厂：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
具体工厂：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多

个抽象产品。
具体产品：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

实现

现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级，都是甜品；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。所以他们是一个二维结构，分别表示产品等级，和产品组。这个案例可以使用抽象工厂模式实现，类图如下：

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

优缺点

优点：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。

使用场景

当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等。
系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。
系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

模式扩展

简单工厂+配置文件解除耦合

可以通过工厂模式+配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合(spring框架就是用的这个)。在工厂类中加载配置文件中的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

第一步：定义配置文件

american=com.itheima.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee latte=com.itheima.pattern.factory.config_factory.LatteCoffee

第二步：改进工厂类

JDK源码解析-Coleection.iterator方法

我们看通过类图看看结构：

Collection接口是抽象工厂类，ArrayList是具体的工厂类；Iterator接口是抽象商品类，ArrayList类中的Iter内部类是具体的商品类。在具体的工厂类中iterator()方法创建具体的商品类的对象。

另：

1,DateForamt类中的getInstance()方法使用的是工厂模式；2,Calendar类中的getInstance()方法使用的是工厂模式；

原型模式

概述

用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型对象相同的新对象。

结构

原型模式包含如下角色：

抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的的 clone() 方法。
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。

实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。

深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

Java中的Object类中提供了 clone() 方法来实现浅克隆。 Cloneable 接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。

使用场景

对象的创建非常复杂，可以使用原型模式快捷的创建对象。
性能和安全要求比较高。

扩展-深克隆

使用深克隆，可以使用对象流方法。

建造者模式

概述

将一个复杂对象的构建与表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

分离了部件的构造(由Builder来负责)和装配(由Director负责)。从而可以构造出复杂的对象。这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况。
由于实现了构建和装配的解耦。不同的构建器，相同的装配，也可以做出不同的对象；相同的构建器，不同的装配顺序也可以做出不同的对象。也就是实现了构建算法、装配算法的解耦，实现了更好的复用。
建造者模式可以将部件和其组装过程分开，一步一步创建一个复杂的对象。用户只需要指定复杂对象的类型就可以得到该对象，而无须知道其内部的具体构造细节。

结构

建造者（Builder）模式包含如下角色：

抽象建造者类（AbstractBuilder）：这个接口规定要实现复杂对象的那些部分的创建，并不涉及具体的部件对象的创建。
具体建造者类（ConcreteBuilder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。在构造过程完成后，提供产品的实例（实现原材料生产）。
产品类（Product）：要创建的复杂对象（原材料）。
指挥者类（Director）：调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分，在指导者中不涉及具体产品的信息，只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建（组装原材料，构成整体）。

类图如下：

实例

创建共享单车

生产自行车是一个复杂的过程，它包含了车架，车座等组件的生产。而车架又有碳纤维，铝合金等材质的，车座有橡胶，真皮等材质。对于自行车的生产就可以使用建造者模式。

这里Bike是产品，包含车架，车座等组件；Builder是抽象建造者，MobikeBuilder和OfoBuilder是具体的建造者；Director是指挥者。类图如下：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UYnui6Yy-1617951667352)(img/建造者模式1.png)]

优缺点

优点：

建造者模式的封装性很好。使用建造者模式可以有效的封装变化，在使用建造者模式的场景中，一般产品类和建造者类是比较稳定的，因此，将主要的业务逻辑封装在指挥者类中对整体而言可以取得比较好的稳定性。
在建造者模式中，客户端不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。
可以更加精细地控制产品的创建过程。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程。
建造者模式很容易进行扩展。如果有新的需求，通过实现一个新的建造者类就可以完成，基本上不用修改之前已经测试通过的代码，因此也就不会对原有功能引入风险。符合开闭原则。

缺点：

造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。

使用场景

建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。

创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

创建者模式对比

工厂方法模式VS建造者模式

工厂方法模式注重的是整体对象的创建方式；而建造者模式注重的是部件构建的过程，意在通过一步一步地精确构造创建出一个复杂的对象。

我们举个简单例子来说明两者的差异，如要制造一个超人，如果使用工厂方法模式，直接产生出来的就是一个力大无穷、能够飞翔、内裤外穿的超人；而如果使用建造者模式，则需要组装手、头、脚、躯干等部分，然后再把内裤外穿，于是一个超人就诞生了。

抽象工厂模式VS建造者模式

抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式则是不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。

建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

如果将抽象工厂模式看成汽车配件生产工厂，生产一个产品族的产品，那么建造者模式就是一个汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。

结构型模式

结构型模式分为以下 7 种：

代理模式
适配器模式
装饰者模式
桥接模式
外观模式
组合模式
享元模式

代理模式

概述

由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时，访问对象不适合或者不能直接引用目标对象，代理对象作为访问对象和目标对象之间的中介。

Java中的代理按照代理类生成时机不同又分为静态代理和动态代理。静态代理代理类在编译期就生成，而动态代理代理类则是在Java运行时动态生成。动态代理又有JDK代理和CGLib代理两种。

结构

代理（Proxy）模式分为三种角色：

抽象主题（Subject）类（买票接口）：通过接口或抽象类声明真实主题和代理对象实现的业务方法。
具体主题（Real Subject）类（具体卖票）：实现了抽象主题中的具体业务，是代理对象所代表的真实对象，是最终要引用的对象。
代理（Proxy）类：提供了与真实主题相同的接口，其内部含有对真实主题的引用，它可以访问、控制或扩展真实主题的功能。

静态代理

【例】火车站卖票

JDK动态代理

jdk动态代理结构和静态代理一样。不同的是静态只有一个proxyPoint代理点（类似于一个代理人），而静态代理将代理点升级为ProxyFactory（类似于一个代理公司），具体代理流程在ProxyFactory里面实现。

使用了动态代理，我们思考下面问题：

ProxyFactory是代理类吗？

ProxyFactory不是代理模式中所说的代理类，而代理类是程序在运行过程中动态的在内存中生成的类。

从上面的类中，我们可以看到以下几个信息：

代理类（$Proxy0）实现了SellTickets。这也就印证了我们之前说的真实类和代理类实现同样的接口。
代理类（$Proxy0）将我们提供了的匿名内部类对象传递给了父类。

动态代理的执行流程是什么样？

执行流程如下：

1. 在测试类中通过代理对象调用sell()方法
2. 根据多态的特性，执行的是代理类（$Proxy0）中的sell()方法
3. 代理类（$Proxy0）中的sell()方法中又调用了InvocationHandler接口的子实现类对象的invoke方法
4. invoke方法通过反射执行了真实对象所属类(TrainStation)中的sell()方法

CGLIB动态代理

CGLIB是一个功能强大，高性能的代码生成包。它为没有实现接口的类提供代理，为JDK的动态代理提供了很好的补充。

CGLIB是第三方提供的包，所以需要引入jar包的坐标：

<dependency><groupId>cglib</groupId><artifactId>cglib</artifactId><version>2.2.2</version>
</dependency>

三种代理的对比

jdk代理和CGLIB代理

使用CGLib实现动态代理，CGLib底层采用ASM字节码生成框架，使用字节码技术生成代理类，在JDK1.6之前比使用Java反射效率要高。唯一需要注意的是，CGLib不能对声明为final的类或者方法进行代理，因为CGLib原理是动态生成被代理类的子类。

在JDK1.6、JDK1.7、JDK1.8逐步对JDK动态代理优化之后，在调用次数较少的情况下，JDK代理效率高于CGLib代理效率，只有当进行大量调用的时候，JDK1.6和JDK1.7比CGLib代理效率低一点，但是到JDK1.8的时候，JDK代理效率高于CGLib代理。所以如果有接口使用JDK动态代理，如果没有接口使用 CGLIB代理。
动态代理和静态代理

动态代理与静态代理相比较，最大的好处是接口中声明的所有方法都被转移到调用处理器一个集中的方法中处理（InvocationHandler.invoke）（集中处理，如在invoke()或intercept()中实现）。这样，在接口方法数量比较多的时候，我们可以进行灵活处理，而不需要像静态代理那样每一个方法进行中转。

如果接口增加一个方法，静态代理模式除了所有实现类需要实现这个方法外，所有代理类也需要实现此方法。增加了代码维护的复杂度。而动态代理不会出现该问题。

优缺点

优点：

代理模式在客户端与目标对象之间起到一个中介作用和保护目标对象的作用；
代理对象可以扩展目标对象的功能，功能增强；
代理模式能将客户端与目标对象分离，在一定程度上降低了系统的耦合度；

缺点：

增加了系统的复杂度；

使用场景

远程（Remote）代理

本地服务通过网络请求远程服务。为了实现本地到远程的通信，我们需要实现网络通信，处理其中可能的异常。为良好的代码设计和可维护性，我们将网络通信部分隐藏起来，只暴露给本地服务一个接口，通过该接口即可访问远程服务提供的功能，而不必过多关心通信部分的细节（这个就是RPC思想）。
防火墙（Firewall）代理

当你将浏览器配置成使用代理功能时，防火墙就将你的浏览器的请求转给互联网；当互联网返回响应时，代理服务器再把它转给你的浏览器（VPN）。
保护（Protect or Access）代理

控制对一个对象的访问，如果需要，可以给不同的用户提供不同级别的使用权限。

适配器模式

定义：

将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。

适配器模式分为类适配器模式和对象适配器模式（常用），前者类之间的耦合度比后者高，且要求程序员了解现有组件库中的相关组件的内部结构，所以应用相对较少些。

结构

适配器模式（Adapter）包含以下主要角色：

目标（Target）接口（SD卡）：当前系统业务所期待的接口，它可以是抽象类或接口。
适配者（Adaptee）类（TF卡）：它是被访问和适配的现存组件库中的组件接口。
适配器（Adapter）类（TF卡转SD卡）：它是一个转换器，通过继承或引用适配者的对象，把适配者接口转换成目标接口，让客户按目标接口的格式访问适配者。

类适配器模式

实现方式：定义一个适配器类来实现当前系统的业务接口，同时又继承现有组件库中已经存在的组件。

【例】读卡器

现有一台电脑只能读取SD卡，而要读取TF卡中的内容的话就需要使用到适配器模式。创建一个读卡器，将TF卡中的内容读取出来。

类适配器模式违背了合成复用原则。类适配器是客户类有一个接口规范的情况下可用，反之不可用。

对象适配器模式

实现方式：对象适配器模式可釆用将现有组件库中已经实现的组件引入适配器类中，该类同时实现当前系统的业务接口。

例】读卡器

我们使用对象适配器模式将读卡器的案例进行改写。类图如下：

应用场景

以前开发的系统存在满足新系统功能需求的类，但其接口同新系统的接口不一致。
使用第三方提供的组件，但组件接口定义和自己要求的接口定义不同。

装饰者模式

定义

指在不改变现有对象结构的情况下，动态地给该对象增加一些职责（即增加其额外功能）的模式。

结构

装饰（Decorator）模式中的角色：

抽象构件（对应案例的FastFood）角色：定义一个抽象接口以规范准备接收附加责任的对象。
具体构件（炒饭、炒面）角色：实现抽象构件，通过装饰角色为其添加一些职责。
抽象装饰（装饰者Garnish）角色：继承或实现抽象构件，并包含具体构件的实例，可以通过其子类扩展具体构件的功能。
具体装饰（鸡蛋、培根）角色：实现抽象装饰的相关方法，并给具体构件对象添加附加的责任。

案例

我们使用装饰者模式对快餐店案例进行改进，体会装饰者模式的精髓。

类图如下：

这里主要写一下Garnish抽象类，它是继承自FastFood，且聚集了FastFood类

//配料类
public abstract class Garnish extends FastFood {private FastFood fastFood;public FastFood getFastFood() {return fastFood;}public void setFastFood(FastFood fastFood) {this.fastFood = fastFood;}public Garnish(FastFood fastFood, float price, String desc) {super(price,desc);this.fastFood = fastFood;}
}

优点

饰者模式可以带来比继承更加灵活性的扩展功能，使用更加方便，可以通过组合不同的装饰者对象来获取具有不同行为状态的多样化的结果。装饰者模式比继承更具良好的扩展性，完美的遵循开闭原则，继承是静态的附加责任，装饰者则是动态的附加责任。
装饰类和被装饰类可以独立发展，不会相互耦合，装饰模式是继承的一个替代模式，装饰模式可以动态扩展一个实现类的功能。

使用场景

当不能采用继承的方式对系统进行扩充或者采用继承不利于系统扩展和维护时。

不能采用继承的情况主要有两类：
- 第一类是系统中存在大量独立的扩展，为支持每一种组合将产生大量的子类，使得子类数目呈爆炸性增长；
- 第二类是因为类定义不能继承（如final类）
在不影响其他对象的情况下，以动态、透明的方式给单个对象添加职责。
当对象的功能要求可以动态地添加，也可以再动态地撤销时。

小结：

BufferedWriter使用装饰者模式对Writer子实现类进行了增强，添加了缓冲区，提高了写数据的效率。

代理和装饰者的区别

静态代理和装饰者模式的区别：

相同点：
- 都要实现与目标类相同的业务接口
- 在两个类中都要声明目标对象
- 都可以在不修改目标类的前提下增强目标方法
不同点：
- 目的不同
  装饰者是为了增强目标对象
  静态代理是为了保护和隐藏目标对象
- 获取目标对象构建的地方不同
  装饰者是由外界传递进来，可以通过构造方法传递
  静态代理是在代理类内部创建，以此来隐藏目标对象

桥接模式

定义：

将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。

桥接（Bridge）模式包含以下主要角色：

抽象化（Abstraction）角色：定义抽象类，并包含一个对实现化对象的引用。
扩展抽象化（Refined Abstraction）角色：是抽象化角色的子类，实现父类中的业务方法，并通过组合关系调用实现化角色中的业务方法。
实现化（Implementor）角色：定义实现化角色的接口，供扩展抽象化角色调用。
具体实现化（Concrete Implementor）角色：给出实现化角色接口的具体实现。

案例

【例】视频播放器

需要开发一个跨平台视频播放器，可以在不同操作系统平台（如Windows、Mac、Linux等）上播放多种格式的视频文件，常见的视频格式包括RMVB、AVI、WMV等。该播放器包含了两个维度，适合使用桥接模式。

类图如下：

优点：

桥接模式提高了系统的可扩充性，在两个变化维度中任意扩展一个维度，都不需要修改原有系统。

如：如果现在还有一种视频文件类型wmv，我们只需要再定义一个类实现VideoFile接口即可，其他类不需要发生变化。
实现细节对客户透明

使用场景

当一个类存在两个独立变化的维度，且这两个维度都需要进行扩展时。
当一个系统不希望使用继承或因为多层次继承导致系统类的个数急剧增加时。
当一个系统需要在构件的抽象化角色和具体化角色之间增加更多的灵活性时。避免在两个层次之间建立静态的继承联系，通过桥接模式可以使它们在抽象层建立一个关联关系。

行为型模式

行为型模式用于描述程序在运行时复杂的流程控制，即描述多个类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象都无法单独完成的任务，它涉及算法与对象间职责的分配。

行为型模式分为：

模板方法模式
策略模式
命令模式
职责链模式
状态模式
观察者模式
中介者模式
迭代器模式
访问者模式
备忘录模式
解释器模式

以上 11 种行为型模式，除了模板方法模式和解释器模式是类行为型模式，其他的全部属于对象行为型模式。

模板方法模式

在面向对象程序设计过程中，程序员常常会遇到这种情况：设计一个系统时知道了算法所需的关键步骤，而且确定了这些步骤的执行顺序，但某些步骤的具体实现还未知，或者说某些步骤的实现与具体的环境相关。

定义

定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。（父类中抽象声明，子类重新定义或重写）

结构

模板方法（Template Method）模式包含以下主要角色：

抽象类（Abstract Class）：负责给出一个算法的轮廓和骨架。它由一个模板方法和若干个基本方法构成。
- 模板方法：定义了算法的骨架，按某种顺序调用其包含的基本方法。
- 基本方法：是实现算法各个步骤的方法，是模板方法的组成部分。基本方法又可以分为三种：
  - 抽象方法(Abstract Method) ：一个抽象方法由抽象类声明、由其具体子类实现。
  - 具体方法(Concrete Method) ：一个具体方法由一个抽象类或具体类声明并实现，其子类可以进行覆盖也可以直接继承。
  - 钩子方法(Hook Method) ：在抽象类中已经实现，包括用于判断的逻辑方法和需要子类重写的空方法两种。一般钩子方法是用于判断的逻辑方法，这类方法名一般为isXxx，返回值类型为boolean类型。
具体子类（Concrete Class）：实现抽象类中所定义的抽象方法和钩子方法，它们是一个顶级逻辑的组成步骤。

实现案例

例】炒菜

炒菜的步骤是固定的，分为倒油、热油、倒蔬菜、倒调料品、翻炒等步骤。现通过模板方法模式来用代码模拟。类图如下：

优缺点

优点：

提高代码复用性
实现了反向控制

缺点：

对每个不同的实现都需要定义一个子类，这会导致类的个数增加，系统更加庞大，设计也更加抽象。
父类中的抽象方法由子类实现，子类执行的结果会影响父类的结果，这导致一种反向的控制结构，它提高了代码阅读的难度。

使用场景

算法的整体步骤很固定，但其中个别部分易变时，这时候可以使用模板方法模式，将容易变的部分抽象出来，供子类实现。
需要通过子类来决定父类算法中某个步骤是否执行，实现子类对父类的反向控制（钩子函数）。

JDK源码应用

InputStream类就使用了模板方法模式。在InputStream类中定义了多个 read() 方法。

策略模式

概述

该模式定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的变化不会影响使用算法的客户。策略模式属于对象行为模式，它通过对算法进行封装，把使用算法的责任和算法的实现分割开来，并委派给不同的对象对这些算法进行管理。

结构

抽象策略（Strategy）类：这是一个抽象角色，通常由一个接口或抽象类实现。此角色给出所有的具体策略类所需的接口。
具体策略（Concrete Strategy）类：实现了抽象策略定义的接口，提供具体的算法实现或行为。
环境（Context）类：持有一个策略类的引用，最终给客户端调用。

案例实现

【例】促销活动

一家百货公司在定年度的促销活动。针对不同的节日（春节、中秋节、圣诞节）推出不同的促销活动，由促销员将促销活动展示给客户。类图如下：

优缺点

1，优点：

策略类之间可以自由切换
易于扩展
避免使用多重条件选择语句（if else），充分体现面向对象设计思想。

2，缺点：

客户端必须知道所有的策略类，并自行决定使用哪一个策略类。
策略模式将造成产生很多策略类，可以通过使用享元模式在一定程度上减少对象的数量。

使用场景

一个系统需要动态地在几种算法中选择一种时，可将每个算法封装到策略类中。
一个类定义了多种行为，并且这些行为在这个类的操作中以多个条件语句的形式出现，可将每个条件分支移入它们各自的策略类中以代替这些条件语句（可替换大量if else语句）。
系统中各算法彼此完全独立，且要求对客户隐藏具体算法的实现细节时。
系统要求使用算法的客户不应该知道其操作的数据时，可使用策略模式来隐藏与算法相关的数据结构。
多个类只区别在表现行为不同，可以使用策略模式，在运行时动态选择具体要执行的行为。

JDK源码应用

Comparator 中的策略模式。在Arrays类中有一个 sort() 方法。

命令模式

概述

将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通，这样方便将命令对象进行存储、传递、调用、增加与管理。

结构

抽象命令类（Command）：定义命令的接口，声明执行的方法。
具体命令（Concrete Command）：具体的命令，实现命令接口；通常会持有接收者，并调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
实现者/接收者（厨师）角色：接收者，真正执行命令的对象。任何类都可能成为一个接收者，只要它能够实现命令要求实现的相应功能。
调用者/请求者（服务员）角色：要求命令对象执行请求，通常会持有命令对象，可以持有很多的命令对象。这个是客户端真正触发命令并要求命令执行相应操作的地方，也就是说相当于使用命令对象的入口。

案例实现

将上面的案例用代码实现，那我们就需要分析命令模式的角色在该案例中由谁来充当。

服务员：就是调用者角色，由她来发起命令。

资深大厨：就是接收者角色，真正命令执行的对象。

订单：命令中包含订单。

类图如下：

优缺点

1，优点：

降低系统的耦合度。命令模式能将调用操作的对象与实现该操作的对象解耦。
增加或删除命令非常方便。采用命令模式增加与删除命令不会影响其他类，它满足“开闭原则”，对扩展比较灵活。
可以实现宏命令。命令模式可以与组合模式结合，将多个命令装配成一个组合命令，即宏命令。
方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。

2，缺点：

使用命令模式可能会导致某些系统有过多的具体命令类。
系统结构更加复杂。

使用场景

系统需要将请求调用者和请求接收者解耦，使得调用者和接收者不直接交互。
系统需要在不同的时间指定请求、将请求排队和执行请求。
系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作。

JDK源码应用

Runable是一个典型命令模式，Runnable担当命令的角色，Thread充当的是调用者，start方法就是其执行方法

责任链模式

概述

又名职责链模式，为了避免请求发送者与多个请求处理者耦合在一起，将所有请求的处理者通过前一对象记住其下一个对象的引用而连成一条链；当有请求发生时，可将请求沿着这条链传递，直到有对象处理它为止。

结构

职责链模式主要包含以下角色:

抽象处理者（Handler）角色：定义一个处理请求的接口，包含抽象处理方法和一个后继连接。
具体处理者（Concrete Handler）角色：实现抽象处理者的处理方法，判断能否处理本次请求，如果可以处理请求则处理，否则将该请求转给它的后继者。
客户类（Client）角色：创建处理链，并向链头的具体处理者对象提交请求，它不关心处理细节和请求的传递过程。

案例实现

现需要开发一个请假流程控制系统。请假一天以下的假只需要小组长同意即可；请假1天到3天的假还需要部门经理同意；请求3天到7天还需要总经理同意才行。

类图如下：

优缺点

1，优点：

降低了对象之间的耦合度
增强了系统的可扩展性
增强了给对象指派职责的灵活性当工作流程发生变化，可以动态地改变链内的成员或者修改它们的次序，也可动态地新增或者删除责任。
责任链简化了对象之间的连接
责任分担

2，缺点：

不能保证每个请求一定被处理。由于一个请求没有明确的接收者，所以不能保证它一定会被处理，该请求可能一直传到链的末端都得不到处理。
对比较长的职责链，请求的处理可能涉及多个处理对象，系统性能将受到一定影响。
职责链建立的合理性要靠客户端来保证，增加了客户端的复杂性，可能会由于职责链的错误设置而导致系统出错，如可能会造成循环调用。

JDK源码应用

在javaWeb应用开发中，FilterChain是职责链（过滤器）模式的典型应用

Spring自定义框架

spring回顾

spring使用结构有数据访问层（dao层），到业务逻辑层（service层），到控制层（controller层），到配置文件。我们可以看出：

userService对象是从applicationContext容器对象获取到的，也就是userService对象交由spring进行管理。
上面结果可以看到调用了UserDao对象中的add方法，也就是说UserDao子实现类对象也交由spring管理了。
UserService中的userDao变量我们并没有进行赋值，但是可以正常使用，说明spring已经将UserDao对象赋值给了userDao变量。

上面三点体现了Spring框架的IOC（Inversion of Control）和DI（Dependency Injection, DI）

spring核心功能

Spring大约有20个模块，由1300多个不同的文件构成。这些模块可以分为:

核心容器、AOP和设备支持、数据访问与集成、Web组件、通信报文和集成测试等，下面是 Spring 框架的总体架构图：

核心容器由 beans、core、context 和 expression（Spring Expression Language，SpEL）4个模块组成。

spring-beans和spring-core模块是Spring框架的核心模块，包含了控制反转（Inversion of Control，IOC）和依赖注入（Dependency Injection，DI）。BeanFactory使用控制反转对应用程序的配置和依赖性规范与实际的应用程序代码进行了分离。BeanFactory属于延时加载，也就是说在实例化容器对象后并不会自动实例化Bean，只有当Bean被使用时，BeanFactory才会对该 Bean 进行实例化与依赖关系的装配。
spring-context模块构架于核心模块之上，扩展了BeanFactory，为它添加了Bean生命周期控制、框架事件体系及资源加载透明化等功能。此外，该模块还提供了许多企业级支持，如邮件访问、远程访问、任务调度等，ApplicationContext 是该模块的核心接口，它的超类是 BeanFactory。与BeanFactory不同，ApplicationContext实例化后（非延时加载）会自动对所有的单实例Bean进行实例化与依赖关系的装配，使之处于待用状态。
spring-context-support模块是对Spring IoC容器及IoC子容器的扩展支持。
spring-context-indexer模块是Spring的类管理组件和Classpath扫描组件。
spring-expression 模块是统一表达式语言（EL）的扩展模块，可以查询、管理运行中的对象，同时也可以方便地调用对象方法，以及操作数组、集合等。它的语法类似于传统EL，但提供了额外的功能，最出色的要数函数调用和简单字符串的模板函数。EL的特性是基于Spring产品的需求而设计的，可以非常方便地同Spring IoC进行交互。

bean的概述

Spring 就是面向 Bean 的编程（BOP,Bean Oriented Programming），Bean 在 Spring 中处于核心地位。Bean对于Spring的意义就像Object对于OOP的意义一样，Spring中没有Bean也就没有Spring存在的意义。Spring IoC容器通过配置文件或者注解的方式来管理bean对象之间的依赖关系。

spring中bean用于对一个类进行封装。如下面的配置：

<bean id="userService" class="com.itheima.service.impl.UserServiceImpl"><property name="userDao" ref="userDao"></property>
</bean>
<bean id="userDao" class="com.itheima.dao.impl.UserDaoImpl"></bean>

为什么Bean如此重要呢？

spring 将bean对象交由一个叫IOC容器进行管理。
bean对象之间的依赖关系在配置文件中体现，并由spring完成。

spring ioc相关接口分析

BeanFactory解析

Spring中Bean的创建是典型的工厂模式，这一系列的Bean工厂（简单工厂+配置文件），即IoC容器，为开发者管理对象之间的依赖关系提供了很多便利和基础服务，在Spring中有许多IoC容器的实现供用户选择，其相互关系如下图所示。

其中，BeanFactory作为最顶层的一个接口，定义了IoC容器的基本功能规范，BeanFactory有三个重要的子接口：ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory和AutowireCapableBeanFactory。但是从类图中我们可以发现最终的默认实现类是DefaultListableBeanFactory，它实现了所有的接口。

那么为何要定义这么多层次的接口呢？

每个接口都有它的使用场合，主要是为了区分在Spring内部操作过程中对象的传递和转化，对对象的数据访问所做的限制。例如，

ListableBeanFactory接口表示这些Bean可列表化（通过列表存储）。
HierarchicalBeanFactory表示这些Bean 是有继承关系的，也就是每个 Bean 可能有父 Bean
AutowireCapableBeanFactory 接口定义Bean的自动装配规则。

这三个接口共同定义了Bean的集合、Bean之间的关系及Bean行为。最基本的IoC容器接口是BeanFactory，来看一下它的源码：

public interface BeanFactory {String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";//根据bean的名称获取IOC容器中的的bean对象Object getBean(String name) throws BeansException;//根据bean的名称获取IOC容器中的的bean对象，并指定获取到的bean对象的类型，这样我们使用时就不需要进行类型强转了<T> T getBean(String name, Class<T> requiredType) throws BeansException;Object getBean(String name, Object... args) throws BeansException;<T> T getBean(Class<T> requiredType) throws BeansException;<T> T getBean(Class<T> requiredType, Object... args) throws BeansException;<T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(Class<T> requiredType);<T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(ResolvableType requiredType);//判断容器中是否包含指定名称的bean对象boolean containsBean(String name);//根据bean的名称判断是否是单例boolean isSingleton(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;boolean isPrototype(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;boolean isTypeMatch(String name, ResolvableType typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;boolean isTypeMatch(String name, Class<?> typeToMatch) throws NoSuchBeanDefinitionException;@NullableClass<?> getType(String name) throws NoSuchBeanDefinitionException;String[] getAliases(String name);
}

在BeanFactory里只对IoC容器的基本行为做了定义，根本不关心你的Bean是如何定义及怎样加载的。正如我们只关心能从工厂里得到什么产品，不关心工厂是怎么生产这些产品的。

BeanFactory有一个很重要的子接口，就是ApplicationContext接口，该接口主要来规范容器中的bean对象是非延时加载，即在创建容器对象的时候就对象bean进行初始化，并存储到一个容器中。

要知道工厂是如何产生对象的，我们需要看具体的IoC容器实现，Spring提供了许多IoC容器实现，比如：

ClasspathXmlApplicationContext : 根据类路径加载xml配置文件，并创建IOC容器对象。
FileSystemXmlApplicationContext ：根据系统路径加载xml配置文件，并创建IOC容器对象。
AnnotationConfigApplicationContext ：加载注解类配置，并创建IOC容器。

BeanDefinition解析

Spring IoC容器管理我们定义的各种Bean对象及其相互关系，而Bean对象在Spring实现中是以BeanDefinition来描述的（封装配置文件的对象），如下面配置文件

<bean id="userDao" class="com.itheima.dao.impl.UserDaoImpl"></bean>bean标签还有很多属性：scope、init-method、destory-method等。

其继承体系如下图所示。

看看BeanDefinitionReader接口定义的功能来理解它具体的作用：

public interface BeanDefinitionReader {//获取BeanDefinitionRegistry注册器对象BeanDefinitionRegistry getRegistry();@NullableResourceLoader getResourceLoader();@NullableClassLoader getBeanClassLoader();BeanNameGenerator getBeanNameGenerator();/*下面的loadBeanDefinitions都是加载bean定义，从指定的资源中*/int loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException;int loadBeanDefinitions(Resource... resources) throws BeanDefinitionStoreException;int loadBeanDefinitions(String location) throws BeanDefinitionStoreException;int loadBeanDefinitions(String... locations) throws BeanDefinitionStoreException;
}

BeanDefinitionReader解析

Bean的解析过程非常复杂，功能被分得很细，因为这里需要被扩展的地方很多，必须保证足够的灵活性，以应对可能的变化。Bean的解析主要就是对Spring配置文件的解析。这个解析过程主要通过BeanDefinitionReader来完成对Bean的解析，看看Spring中BeanDefinitionReader的类结构图，如下图所示。

看看BeanDefinitionReader接口定义的功能来理解它具体的作用：

public interface BeanDefinitionReader {//获取BeanDefinitionRegistry注册器对象BeanDefinitionRegistry getRegistry();@NullableResourceLoader getResourceLoader();@NullableClassLoader getBeanClassLoader();BeanNameGenerator getBeanNameGenerator();/*下面的loadBeanDefinitions都是加载bean定义，从指定的资源中*/int loadBeanDefinitions(Resource resource) throws BeanDefinitionStoreException;int loadBeanDefinitions(Resource... resources) throws BeanDefinitionStoreException;int loadBeanDefinitions(String location) throws BeanDefinitionStoreException;int loadBeanDefinitions(String... locations) throws BeanDefinitionStoreException;
}

BeanDefinitionRegistry解析

BeanDefinitionReader用来解析bean定义，并封装BeanDefinition对象，而我们定义的配置文件中定义了很多bean标签，所以就有一个问题，解析的BeanDefinition对象存储到哪儿？答案就是BeanDefinition的注册中心，而该注册中心顶层接口就是BeanDefinitionRegistry。

public interface BeanDefinitionRegistry extends AliasRegistry {//往注册表中注册beanvoid registerBeanDefinition(String beanName, BeanDefinition beanDefinition)throws BeanDefinitionStoreException;//从注册表中删除指定名称的beanvoid removeBeanDefinition(String beanName) throws NoSuchBeanDefinitionException;//获取注册表中指定名称的beanBeanDefinition getBeanDefinition(String beanName) throws NoSuchBeanDefinitionException;//判断注册表中是否已经注册了指定名称的beanboolean containsBeanDefinition(String beanName);//获取注册表中所有的bean的名称String[] getBeanDefinitionNames();int getBeanDefinitionCount();boolean isBeanNameInUse(String beanName);
}

继承结构图如下：

从上面类图可以看到BeanDefinitionRegistry接口的子实现类主要有以下几个：

DefaultListableBeanFactory

在该类中定义了如下代码，就是用来注册bean

private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(256);

SimpleBeanDefinitionRegistry

在该类中定义了如下代码，就是用来注册bean

private final Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new ConcurrentHashMap<>(64);

SpringIOC总结

使用到的设计模式

工厂模式。这个使用工厂模式 + 配置文件的方式。
单例模式。Spring IOC管理的bean对象都是单例的，此处的单例不是通过构造器进行单例的控制的，而是spring框架对每一个bean只创建了一个对象。
模板方法模式。AbstractApplicationContext类中的finishBeanInitialization()方法调用了子类的getBean()方法，因为getBean()的实现和环境息息相关。
迭代器模式。对于MutablePropertyValues类定义使用到了迭代器模式，因为此类存储并管理PropertyValue对象，也属于一个容器，所以给该容器提供一个遍历方式。

spring框架其实使用到了很多设计模式，如AOP使用到了代理模式，选择JDK代理或者CGLIB代理使用到了策略模式，还有适配器模式，装饰者模式，观察者模式等。

说明

此笔记是我学习黑马程序员课程做的笔记，方便以后查阅。

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