Java设计模式

1. 引言 您有没有遇到各种需要走流程的事情？比如，请假申请，假设公司规定，3天以内的请假申请组长可以直接审批，而4到7天的请假申请必须要让部门经理来审批了，超过7天的请假申请只能由公司总经理来审批。类似的场景还有很多，尤其在工作流中，比如物资审批、报账审批、资金审批等等…… ...

中国有句古话："千金难买后悔药"。生活中很多时候，我们做过了的事情，虽然后悔，却无济于事。但是，在软件世界，我们却可以自己制作"后悔药"。比如，以前玩"仙剑"，每每遇到Boss战，那必须要存档的，就算没打过也可以恢复存档再来一次，否则，玩过的人都知道，哭去吧……这里的游戏存档，就会用到今天说的——备忘录模式。 ...

生活中，存在这样的场景：需要逐个遍历一堆对象，然后判断对象是否符合要求，做出相应的处理。例如，乘火车时，检票员站在门口挨个检票，没有买票的人不能乘车。类似的场景还有很多，比如乘地铁、乘公交、从书架上找书、食堂排队打饭等等…… ...

如果您有租房的经历，那么您对中介并不陌生。租房时，我们先去房屋租赁中介登记，告诉它您的租房需求，然后中介会按照您的要求为您筛选适合的房子。房子确定后，您会与中介签订租赁合同，缴纳费用，然后拿到钥匙……整个过程中，所有事项都由中介一手包办，入住以后房屋有任何问题，您都直接去找中介，您甚至可能并不知道房东是谁。这就是我们今天要说的模式——中介者模式。 ...

很快又到年底了，一年一度的春节除了可以享受愉快地享受假期之外，每年的"春节联欢晚会"也是让人倍感期待。然而，大多数人都没能坐在电视机跟前等着它的开始，有的人在厨房忙着准备丰富的食物，有的在一起打麻将、玩牌，还有的可能在玩电脑游戏……大家都想看晚会，于是派出一个小朋友，告诉他："如果晚会开始了，你要立刻来通知我们哦！"虽然，大家就可以继续做自己的事情，小朋友就坐在电视跟前，当晚会开始的时候，他就立即跑去挨个通知大家…… ...

(图片来源网络) 生活中，存在很多与"状态"相关的案例，比如：昨天晚上你熬夜看球赛，上午状态很差，迷迷糊糊的，熬到中午睡了一觉，下午又变得精神百倍了。在不同的时间，所处的状态可能不一样，而且还会按照一定条件流转，比如从犯困的状态变成了精神百倍的状态。这种在不同时间、不同条件下状态产生变化的对象，我们称之为"有状态"对象，状态作为其属性会产生变化。 ...

(图片来源于网络) 试想一个去餐厅吃饭的场景，假设餐厅还没有智能化的系统，流程基本上是这样：客人坐下后，服务员会拿出菜单让客人点菜，每点一个菜品就在小本上记录下来，等客人点餐完毕后，服务员将所记录的客人已点菜品清单交给厨房，由厨师来负责烹饪。等待客人用菜完成后，服务员可以拿出记录的点菜清单，然后交给餐厅前台收银员收款结账。这整个过程中，有这么几个角色：客人、服务员、厨师、收银员，现在我们用代码来描述这个场景，怎么来设计呢？ ...

策略（Strategy），表示实现某种目标的方案集合。这里的方案，在计算机软件中，就是算法。比如，要实现商场打折的目标，那么可能的方案有多种：商品折扣、商品满减、商品积分等等，这些在软件系统里边都代表了不同的算法实现。再举一个简单的例子：假如从公司回家，你可能有几种方式，如乘坐地铁、乘坐公交，又或者是打网约车、自己开车，等等，这些方案都是为了达到回家这一目标，但是他们都是可以相互替换的，你可以今天坐地铁，明天坐公交，后天懒了不想走路，那么直接打网约车也可以。这样的系统怎么来设计呢？ ...

软件设计过程中，有时候我们发现某一业务场景的基本流程是固定的，但是可能不同业务的某些步骤存在一些差异，但是整体上存在很大的共性。比如，现在全国正大力推动新冠疫苗的接种工作，不论是现在的新冠疫苗，还是以前接种的乙肝、流感等等疫苗，接种的流程其实都差不多，比如可能都需要经过预约、前往、现场审核、接种和最后的观察等步骤。现在我们来设计疫苗接种的类图，怎么设计呢？我们可以找出流程中的共性，设计出几个基本的流程骨架，然后将不同的步骤抽象化，由具体子类去实现，这就是"模板方法模式"。 ...

虽然马上就是2021年了，但是大家回想起去年（2020年初）的时候，是不是高兴不起来呢？人类还没有彻底战胜新冠病毒之前，我们还是要遵从国家号召：多居家、少聚集、勤洗手、戴口罩！疫情期间，我们足不出户免不了要点外卖。如果没有外卖配送服务，那么你可能得自己去餐厅取餐了。还好，我们可以享受外卖配送服务，只需要点好餐，然后外卖小哥回到餐厅取餐然后直接送到我们手上，这样我们就不需要跟餐厅直接接触了，也减少了感染的风险。其实，外卖小哥就是一个代理，他作为一个中间角色（其实就是中介），帮助用户去餐厅取餐然后送餐给用户，这样用户就不需要直接面对餐厅。 ...

享元模式，"享"即共享，"元"即元素，软件中则为对象，享元就是共享对象之意。这种设计模式用来共享对象而不是大量创建对象，以节约系统资源。现实中，很多东西都可以使用享元模式来解决，比如围棋、五子棋，棋子的颜色就黑白两种，只是他们在棋盘的位置不同；又如，展示类网站，多个用户公用一套系统，只是内容和展示形式存在差异；再如，教室的课桌和凳子…​上述示例都有一个共同点：相关的东西存在很大的相似，但是也不完全相同，此时如果要开发软件，那么都可以用享元模式来设计。 ...

在现实生活中有很多这样的例子，比如，炒股，散户股民大多对股票金融知识缺乏，所以他们想要炒股赚钱往往看运气，但是散户想要保证低风险的投资和拿到稳定回报，怎么办呢？大多数人会选择购买基金，相对于股票，散户们不需要专业知识，只需要将自己交给基金会，由专业人士替他们购买股票，赚到钱后再按资金比例分给他们，这样就大大降低了投资风险。 ...

1. 整体与部分的关系 很多场景下，需要考虑整体和部分之间的关系，在对其进行管理功能设计时，需要考虑到灵活性和扩展性，而继承关系往往不能很好地解决这些问题。一个最典型的例子就是：组织机构。比如，就公司而言，总公司可能下设有分公司，分公司下又有办事处，而办事处、分公司、总公司可能都会存在一些职能部门。很明显，组织机构是一个整体和部分的关系，并且它是一颗树状结构。 ...

我同事大头，喜欢吃面。这天大头去一家面馆吃面，由于大头饭量大，面没吃完觉得不够，有点了两个卤蛋，一会儿再叫了一份青菜，最后时刻又加了一碗豆浆。面我们称为主食，必须要点，其他称为小吃，可以随意组合点单也可不点，假如面的价格是8元，卤蛋2元一个，青菜5元一份，豆浆3元一碗，现在要计算总共价格，如何设计？要求具备良好的扩展性和维护性。 ...

有这样一个需求：手机都有发短信、打电话等功能，而且手机有各种各样的样式，比如翻盖手机、直板手机、滑盖手机、折叠手机等等，同时，手机还有各种各样的品牌，苹果、洛基亚、华为、小米、VIVO等等，我们应该如何来设计类之间的关系，并保持良好的可扩展性呢？ ...

模式来源于生活，适配器模式最能直观的体现这一点。适配器，就是将多个原本不能共同工作的产品经过一定的处理，使得他们能够彼此协同工作的一种装置。现实生活中，有很多适配器的例子，如常见的电源适配器，可以将220V的交流电压转换为手机、电脑等电器所需的低电压；又比如，苹果手机的type-C耳机插孔，不能使用3.5mm的耳机，怎么办呢？可以增加一个耳机转换器，它就是一个适配器，能够将3.5mm耳机成功用于Type-C接口的iPhone上；还有各种转换器，如HDMI转VGA、Type-C转USB等等，都是适配器。 ...

建造者模式（Builder Pattern），旨在解决复杂对象的创建过程，将对象与其创建过程分离，通过相同的创建过程创建多种不同的对象。 生活中有很多复杂对象构建的例子。例如，汽车生产线的组装，都要经过车架、车身、变速箱、发动机、车轮等零部件的组装过程，如果将这些组装过程单独抽取出来，将组装结果——汽车独立出来，那么这个组装过程就可以重用，比如组装不同颜色、不同品牌的各种汽车。再比如，建房子，需要经过打地基、搭框架、砌墙、封顶等一系列复杂过程，如果对这个过程进行抽象，将房子和其建造过程分离，则更灵活，如通过这个建造过程可以建造高层建筑、低层建筑、普通民房等房屋。 ...

某些情况下，我们需要重复的创建多个对象，但是这些对象仅仅只有某几个属性不一致，大部分的信息都是相同的，如果使用传统的构造函数来创建对象，我们需要不断的实例化对象，并且反复调用属性的set方法来设置值，而这些值大多都是相同的。有没有一种模式，能够快速而高效的创建这些差别不大的对象呢？这就需要使用到原型模式。 ...

如果工厂模式中需要生产多种类型的产品，那么工厂方法模式就适合了，需要用到抽象工厂模式。 1. 简介 抽象工厂模式，定义抽象工厂，并将产品生产延迟到具体工厂实现中，而它生产的产品都是同种类型的。比如，电视机工厂生产的都是电视机，电视机是一个抽象产品，而它的具体实现有黑白电视、彩色电视、液晶电视等等，但是都属于同一种产品类型-电视机。 ...

工厂方法模式，是工厂模式的一种，它对简单工厂模式进行进一步抽象化。它将工厂和产品进行抽象，抽象出来的工厂负责定义创建产品的规范，而抽象的产品负责定义产品规范，然后通过具体的工厂实现类来创建具体的产品。 ...

工厂模式，一般分为三种，包括：简单工厂模式（也叫静态工厂模式）、工厂方法模式、抽象工厂模式。在GOF提及的23中设计模式中，没有简单工厂模式，但对于简单的软件开发中，简单工厂模式使用的还是很普遍的。 ...

单例模式（Singleton Pattern），Java中最简单的设计模式之一，它定义了如何在整个系统范围内仅创建只有单个实例的类。单例模式是一种创建型模式，系统中的类只有一个实例，该类负责自己创建自身的唯一单个实例，并提供一个静态方法来获取自身实例。 ...

设计模式为面向对象软件设计的前进道路照亮了明灯，而设计模式遵循面向对象软件设计的七大原则，这些原则也是设计模式的基础。 1. 单一职责原则 单一职责原则（Single Responsibility），它的定义是：对类来说的，一个类应该只负责一项职责。即是说，一个类只负责一种职责，让其职责单一化，如果有其他的职责则应该设计另外的类来进行协助。比如：订单处理类只负责处理订单，而不该去处理支付的逻辑。单一职责原则也可以引申到方法、类、模块甚至服务和子系统中。 ...

什么是设计模式？顾名思义，设计模式是一种软件设计所使用的方法，适用于面向对象软件设计。设计模式是一种方法，或者说是一种方法论，它是软件前辈们经历了无数的软件工程设计中的痛点和教训之后，总结出来的经验的结晶。设计模式是一种软件设计方法，不是代码，也不是规范。 ...