Java设计模式_java设计模式笔记-程序员宅基地

技术标签： java 笔记汇总设计模式

概述

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。

也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是历来代码设计经验的总结，具有一定的普遍性，可以反复使用。

UML类图

统一建模语言（Unified Modeling Language，UML）是用来设计软件的可视化建模语言。它的特点是简单、统一、图形化、能表达软件设计中的动态与静态信息。

UML 从目标系统的不同角度出发，定义了用例图、类图、对象图、状态图、活动图、时序图、协作图、构件图、部署图等 9 种图。

类图

在软件工程中，类图是一种静态的结构图，描述了系统的类的集合，类的属性和类之间的关系，可以简化了人们对系统的理解；
类图是系统分析和设计阶段的重要产物，是系统编码和测试的重要模型。

用类图表示类：

在UML类图中，类使用包含类名、属性(field) 和方法(method) 且带有分割线的矩形来表示，如：

Employee
- name : String - age : int - address : String
+ work() : void

其中属性/方法名称前加的加号和减号表示了这个属性/方法的可见性，UML类图中表示可见性的符号有三种：

+：表示public

-：表示private

#：表示protected

属性的完整表示方式是： 可见性名称：类型 [ = 缺省值]

方法的完整表示方式是： 可见性名称(参数列表) [ ：返回类型]

类与类之间的关系表示

关联关系

关联关系是对象之间的一种引用关系，分为一般关联关系、聚合关系和组合关系。

一般关联又可以分为单向关联，双向关联，自关联。

1，单向关联

在UML类图中单向关联用一个带箭头的实线表示。上图表示每个顾客都有一个地址，这通过让Customer类持有一个类型为Address的成员变量类实现。

2，双向关联

从上图中我们很容易看出，所谓的双向关联就是双方各自持有对方类型的成员变量。

在UML类图中，双向关联用一个不带箭头的直线表示。上图中在Customer类中维护一个List<Product>，表示一个顾客可以购买多个商品；在Product类中维护一个Customer类型的成员变量表示这个产品被哪个顾客所购买。

3，自关联

自关联在UML类图中用一个带有箭头且指向自身的线表示。上图的意思就是Node类包含类型为Node的成员变量，也就是“自己包含自己”。

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。

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

在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据6条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

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。

【例】搜狗输入法的皮肤设计。

分析：可以为搜狗输入法的皮肤定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的。

里氏代换原则

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

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。 因此可以定义更一般的父类。

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，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

下面看一个例子来理解依赖倒转原则

【例】组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等。

对此，应该先定义cpu类，硬盘类，内存条等接口，让具体的配件实现上述接口；而在计算机类中的成员参数在定义时应该为抽象的，实例化时在给予具体的对象。

错误方式：计算机类中的成员参数直接为具体的类或对象，如计算机类的成员参数为 intel，希捷硬盘，金士顿内存条。

一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。

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。

下面看一个例子来理解接口隔离原则

【例】鸟类

例如定义鸟类接口的方法时，定义了“会飞”的方法，但部分鸟如鸵鸟、企鹅并不会飞，让它们继承 “鸟” 这个接口的话，就多了一个无用的方法。因为接口可以多继承，建议将接口进一步拆分。

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、成员对象、所创建的对象、方法参数等，这些“朋友”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。

【例】明星与经纪人的关系实例

明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则：明星不直接与粉丝、媒体公司有关联，而是通过经纪人管理他们之间的活动。

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。（能用成员属性定义，就别去定义多种类）

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：

继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

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。

下面看一个例子来理解合成复用原则

【例】汽车有不同颜色，颜色可以用成员属性定义，就不要去定义“白车”“红车”类了。

创建者模式（5）

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。

创建型模式分为：

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

单例设计模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

单例模式的实现

单例设计模式分类两种：

饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建

懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建

饿汉式-方式1（静态变量方式）

public class Singleton {
    
    private Singleton() {
    }

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
    
        return instance;
    }
}

说明：

该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并创建Singleton类的对象instance。instance对象是随着类的加载而创建的。如果该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存的浪费。

饿汉式-方式2（静态代码块方式）

public class Singleton {
    
    private Singleton() {
    }

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    static {
    
        instance = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
    
        return instance;
    }
}

说明：

该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，而对象的创建是在静态代码块中，也是对着类的加载而创建。所以和饿汉式的方式1基本上一样，当然该方式也存在内存浪费问题。

饿汉式-枚举方式

枚举类实现单例模式是极力推荐的单例实现模式，因为枚举类型是线程安全的，并且只会装载一次，设计者充分的利用了枚举的这个特性来实现单例模式，枚举的写法非常简单，而且枚举类型是所用单例实现中唯一一种不会被破坏的单例实现模式。

public enum Singleton {
    
    INSTANCE;
}

懒汉式-方式1（线程不安全）

public class Singleton {
    
    private Singleton() {
    }

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
    

        if(instance == null) {
    
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

说明：

从上面代码我们可以看出该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并没有进行对象的赋值操作，那么什么时候赋值的呢？当调用getInstance()方法获取Singleton类的对象的时候才创建Singleton类的对象，这样就实现了懒加载的效果。但是，如果是多线程环境，会出现线程安全问题。

懒汉式-方式2（线程安全）

public class Singleton {
    
    private Singleton() {
    }

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {
    

        if(instance == null) {
    
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

说明：

该方式也实现了懒加载效果，同时又解决了线程安全问题。但是在getInstance()方法上添加了synchronized关键字，导致该方法的执行效果特别低。从上面代码我们可以看出，其实就是在初始化instance的时候才会出现线程安全问题，一旦初始化完成就不存在了。

懒汉式-方式3（双重检查锁）

再来讨论一下懒汉模式中加锁的问题，对于 getInstance() 方法来说，绝大部分的操作都是读操作，读操作是线程安全的，所以我们没必让每个线程必须持有锁才能调用该方法，我们需要调整加锁的时机。由此也产生了一种新的实现模式：双重检查锁模式

public class Singleton {
     
    private Singleton() {
    }

    private static 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null
                if(instance == null) {
    
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁模式是一种非常好的单例实现模式，解决了单例、性能、线程安全问题，上面的双重检测锁模式看上去完美无缺，其实是存在问题，在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。

要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用 volatile 关键字, volatile 关键字可以保证可见性和有序性。

public class Singleton {
    
    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，直接返回实际
        if(instance == null) {
    
            synchronized (Singleton.class) {
    
                //抢到锁之后再次判断是否为空
                if(instance == null) {
    
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

小结：

添加 volatile 关键字之后的双重检查锁模式是一种比较好的单例实现模式，能够保证在多线程的情况下线程安全也不会有性能问题。

懒汉式-方式4（静态内部类方式）

静态内部类单例模式中实例由内部类创建，由于 JVM 在加载外部类的过程中, 是不会加载静态内部类的, 只有内部类的属性/方法被调用时才会被加载, 并初始化其静态属性。静态属性由于被 static 修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序。

public class Singleton {
    
    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonHolder {
    
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
    
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

说明：

第一次加载Singleton类时不会去初始化INSTANCE，只有第一次调用getInstance，虚拟机加载SingletonHolder

并初始化INSTANCE，这样不仅能确保线程安全，也能保证 Singleton 类的唯一性。

小结：

静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是开源项目中比较常用的一种单例模式。在没有加任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费。

存在的问题

问题演示

破坏单例模式：

使上面定义的单例类（Singleton）可以创建多个对象，枚举方式除外。有两种方式，分别是序列化和反射。

序列化反序列化

Singleton类：

public class Singleton implements Serializable {
      
    private Singleton() {
      }

    private static class SingletonHolder {
      
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
      
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Test类：

public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//往文件中写对象
//writeObject2File();
//从文件中读取对象
Singleton s1 = readObjectFromFile();
Singleton s2 = readObjectFromFile();

      //判断两个反序列化后的对象是否是同一个对象
      System.out.println(s1 == s2);
  }

  private static Singleton readObjectFromFile() throws Exception {
      //创建对象输入流对象
      ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
      //第一个读取Singleton对象
      Singleton instance = (Singleton) ois.readObject();

      return instance;
  }

  public static void writeObject2File() throws Exception {
      //获取Singleton类的对象
      Singleton instance = Singleton.getInstance();
      //创建对象输出流
      ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
      //将instance对象写出到文件中
      oos.writeObject(instance);
  }

}


> 上面代码运行结果是`false`，表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式。

* 反射

**Singleton类：**

```java
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() {

        if(instance != null) {
            return instance;
        }

        synchronized (Singleton.class) {
            if(instance != null) {
                return instance;
            }
            instance = new Singleton();
            return instance;
        }
    }
}

Test类：

public class Test {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        //获取Singleton类的字节码对象
        Class clazz = Singleton.class;
        //获取Singleton类的私有无参构造方法对象
        Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
        //取消访问检查
        constructor.setAccessible(true);

        //创建Singleton类的对象s1
        Singleton s1 = (Singleton) constructor.newInstance();
        //创建Singleton类的对象s2
        Singleton s2 = (Singleton) constructor.newInstance();

        //判断通过反射创建的两个Singleton对象是否是同一个对象
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

上面代码运行结果是false，表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式

注意：枚举方式不会出现这两个问题。

问题的解决

序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法

在Singleton类中添加readResolve()方法，在反序列化时被反射调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新new出来的对象。

Singleton类：

public class Singleton implements Serializable {
      

    //私有构造方法
    private Singleton() {
      }

    private static class SingletonHolder {
      
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
      
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    
    /**
     * 下面是为了解决序列化反序列化破解单例模式
     */
    private Object readResolve() {
      
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

源码解析：

ObjectInputStream类

public final Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException{
      
    ...
    // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
    int outerHandle = passHandle;
    try {
      
        Object obj = readObject0(false);//重点查看readObject0方法
    .....
}
    
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
      
	...
    try {
      
		switch (tc) {
      
			...
			case TC_OBJECT:
				return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));//重点查看readOrdinaryObject方法
			...
        }
    } finally {
      
        depth--;
        bin.setBlockDataMode(oldMode);
    }    
}
    
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared) throws IOException {
      
	...
	//isInstantiable 返回true，执行 desc.newInstance()，通过反射创建新的单例类，
    obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null; 
    ...
    // 在Singleton类中添加 readResolve 方法后 desc.hasReadResolveMethod() 方法执行结果为true
    if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) {
      
    	// 通过反射调用 Singleton 类中的 readResolve 方法，将返回值赋值给rep变量
    	// 这样多次调用ObjectInputStream类中的readObject方法，继而就会调用我们定义的readResolve方法，所以返回的是同一个对象。
    	Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
     	...
    }
    return obj;
}

反射方式破解单例的解决方法

public class Singleton {
      

    //私有构造方法
    private Singleton() {
      
        /*
           反射破解单例模式需要添加的代码
        */
        if(instance != null) {
      
            throw new RuntimeException();
        }
    }
    
    private static volatile Singleton instance;

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
      

        if(instance != null) {
      
            return instance;
        }

        synchronized (Singleton.class) {
      
            if(instance != null) {
      
                return instance;
            }
            instance = new Singleton();
            return instance;
        }
    }
}

说明:

这种方式比较好理解。当通过反射方式调用构造方法进行创建创建时，直接抛异常。不运行此中操作。

JDK源码解析-Runtime类

Runtime类就是使用的单例设计模式。

通过源代码查看使用的是哪儿种单例模式

public class Runtime {
      
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
      
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {
      }
    ...
}

从上面源代码中可以看出Runtime类使用的是恶汉式（静态属性）方式来实现单例模式的。

使用Runtime类中的方法

public class RuntimeDemo {
      
    public static void main(String[] args) throws IOException {
      
        //获取Runtime类对象
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

        //返回 Java 虚拟机中的内存总量。
        System.out.println(runtime.totalMemory());
        //返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
        System.out.println(runtime.maxMemory());

        //创建一个新的进程执行指定的字符串命令，返回进程对象
        Process process = runtime.exec("ipconfig");
        //获取命令执行后的结果，通过输入流获取
        InputStream inputStream = process.getInputStream();
        byte[] arr = new byte[1024 * 1024* 100];
        int b = inputStream.read(arr);
        System.out.println(new String(arr,0,b,"gbk"));
    }
}

原型模式

原型模式：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：

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。

原型模式分为：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。

浅克隆

Realizetype（具体的原型类）：

public class Realizetype implements Cloneable {
    

    public Realizetype() {
    
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }

    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
    
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

PrototypeTest（测试访问类）：

public class PrototypeTest {
    
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
    
        Realizetype r1 = new Realizetype();
        Realizetype r2 = r1.clone();

        System.out.println("对象r1和r2是同一个对象？" + (r1 == r2));
    }
}

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。

例：学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，使用原型模式：

//奖状类
public class Citation implements Cloneable {
     
    private String name;

    public void setName(String name) {
     
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
     
        return (this.name);
    }

    public void show() {
     
        System.out.println(name + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
     
        return (Citation) super.clone();
    }
}

//测试访问类
public class CitationTest {
     
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
     
        Citation c1 = new Citation();
        c1.setName("张三");

        //复制奖状
        Citation c2 = c1.clone();
        //将奖状的名字修改李四
        c2.setName("李四");

        c1.show();
        c2.show();
    }
}

深克隆

进行深克隆需要使用对象流。

例：如果将浅克隆中奖状的name属性换成自定义的Student类，那在浅克隆中，复制后的奖状的student仍指向原奖状的student，是同一个对象；

所以浅克隆就是对具体原型类（Citation）中的引用类型的属性进行引用的复制。以下仍是浅克隆的测试例：

//奖状类
public class Citation implements Cloneable {
     
    private Student stu;

    public Student getStu() {
     
        return stu;
    }

    public void setStu(Student stu) {
     
        this.stu = stu;
    }

    void show() {
     
        System.out.println(stu.getName() + "同学：在2020学年第一学期中表现优秀，被评为三好学生。特发此状！");
    }

    @Override
    public Citation clone() throws CloneNotSupportedException {
     
        return (Citation) super.clone();
    }
}

//学生类
public class Student {
     
    private String name;
    private String address;

    public Student(String name, String address) {
     
        this.name = name;
        this.address = address;
    }
  
    public void setName(String name) {
     
        this.name = name;
    }
}

//测试类
public class CitationTest {
     
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
     

        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("张三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        //复制奖状
        Citation c2 = c1.clone();
        //获取c2奖状所属学生对象
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
        System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));

        c1.show();
        c2.show();
    }
}
// 结果为true，两张奖状展示结果一摸一样，人名均为“李四”

因此，需要使用对象流，来进行深克隆：

//Citation类和Student类必须实现Serializable接口，否则会抛NotSerializableException异常。
public class CitationTest1 {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
    
        Citation c1 = new Citation();
        Student stu = new Student("张三", "西安");
        c1.setStu(stu);

        //创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        //将c1对象写出到文件中
        oos.writeObject(c1);
        oos.close();

        //创建对象出入流对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\b.txt"));
        //读取对象
        Citation c2 = (Citation) ois.readObject();
        //获取c2奖状所属学生对象
        Student stu1 = c2.getStu();
        stu1.setName("李四");

        //判断stu对象和stu1对象是否是同一个对象
        System.out.println("stu和stu1是同一个对象？" + (stu == stu1));

        c1.show();
        c2.show();
    }
}

工厂方法模式

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。

三种工厂方法：

简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）
工厂方法模式
抽象工厂模式

简单工厂模式

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。

结构：

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。

例：设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。
// 在工厂中处理 创建对象的细节
public class SimpleCoffeeFactory {
     

    public Coffee createCoffee(String type) {
     
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
     
            coffee = new AmericanoCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
     
            coffee = new LatteCoffee();
        }
        return coffee;
    }
}

//静态工厂: 将创建对象的功能定义为静态的，在上述代码中加上static即可
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，更容易拓展。

缺点：

产生了新的耦合：咖啡店对象和工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

如果要新增咖啡的种类，还是要修改工厂的代码，违反了开闭原则。

工厂方法模式

针对简单工厂的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。

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，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。

例：还是咖啡店的例子

抽象工厂：

public interface CoffeeFactory {
     

    Coffee createCoffee();
}

具体工厂：

public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
     

    public Coffee createCoffee() {
     
        return new LatteCoffee();
    }
}

public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
     

    public Coffee createCoffee() {
     
        return new AmericanCoffee();
    }
}

咖啡店类：

public class CoffeeStore {
     

    private CoffeeFactory factory;

    public CoffeeStore(CoffeeFactory factory) {
     
        this.factory = factory;
    }

    public Coffee orderCoffee(String type) {
     
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        coffee.addMilk();
        coffee.addsugar();
        return coffee;
    }
}

从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类（多态性），不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

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

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；但现实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。

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，即一个品牌下的不同产品为一个产品族。

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（Abstract Factory）：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（Concrete Factory）：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（Product）：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（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

例：咖啡店业务升级，处理咖啡，还卖甜点，如提拉米苏，抹茶慕斯。

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；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（属于美式风味）。可以用抽象工厂实现：

抽象工厂：
public interface DessertFactory {
     

    Coffee createCoffee();

    Dessert createDessert();
}
具体工厂：
//美式甜点工厂
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {
     

    public Coffee createCoffee() {
     
        return new AmericanCoffee();
    }

    public Dessert createDessert() {
     
        return new MatchaMousse();
    }
}
//意大利风味甜点工厂
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
     

    public Coffee createCoffee() {
     
        return new LatteCoffee();
    }

    public Dessert createDessert() {
     
        return new Tiramisu();
    }
}
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。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

为了演示方便，我们使用properties文件作为配置文件，名称为bean.properties

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

第二步：改进工厂类

public class CoffeeFactory {
    

    private static Map<String,Coffee> map = new HashMap();

    static {
    
        Properties p = new Properties();
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
    
            p.load(is);
            //遍历Properties集合对象
            Set<Object> keys = p.keySet();
            for (Object key : keys) {
    
                //根据键获取值（全类名）
                String className = p.getProperty((String) key);
                //获取字节码对象
                Class clazz = Class.forName(className);
                Coffee obj = (Coffee) clazz.newInstance();
                map.put((String)key,obj);
            }
        } catch (Exception e) {
    
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Coffee createCoffee(String name) {
    

        return map.get(name);
    }
}

静态成员变量用来存储创建的对象（键存储的是名称，值存储的是对应的对象），而读取配置文件以及创建对象写在静态代码块中，目的就是只需要执行一次。

JDK源码-Collection.iterator方法

单列集合获取迭代器的方法使用到了工厂方法模式。

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；

建造者模式

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。

分离部件的构造(Builder负责) 和装配(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：

抽象建造者类（Builder）：这个接口规定要实现复杂对象的组成部分的创建，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。
产品类（Product）：要创建的复杂对象。
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。

例：

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。

//自行车类
public class Bike {
     
    private String frame;
    private String seat;

    public String getFrame() {
     
        return frame;
    }

    public void setFrame(String frame) {
     
        this.frame = frame;
    }

    public String getSeat() {
     
        return seat;
    }

    public void setSeat(String seat) {
     
        this.seat = seat;
    }
}

// 抽象 builder 类
public abstract class Builder {
     

    protected Bike mBike = new Bike();

    public abstract void buildFrame();
    public abstract void buildSeat();
    public abstract Bike createBike();
}

//摩拜单车Builder类
public class MobikeBuilder extends Builder {
     

    @Override
    public void buildFrame() {
     
        mBike.setFrame("铝合金车架");
    }

    @Override
    public void buildSeat() {
     
        mBike.setSeat("真皮车座");
    }

    @Override
    public Bike createBike() {
     
        return mBike;
    }
}

//ofo单车Builder类
public class OfoBuilder extends Builder {
     

    @Override
    public void buildFrame() {
     
        mBike.setFrame("碳纤维车架");
    }

    @Override
    public void buildSeat() {
     
        mBike.setSeat("橡胶车座");
    }

    @Override
    public Bike createBike() {
     
        return mBike;
    }
}

//指挥者类
public class Director {
     
    private Builder mBuilder;

    public Director(Builder builder) {
     
        mBuilder = builder;
    }

    public Bike construct() {
     
        mBuilder.buildFrame();
        mBuilder.buildSeat();
        return mBuilder.createBike();
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        showBike(new OfoBuilder());
        showBike(new MobikeBuilder());
    }
    private static void showBike(Builder builder) {
     
        Director director = new Director(builder);
        Bike bike = director.construct();
        System.out.println(bike.getFrame());
        System.out.println(bike.getSeat());
    }
}

优点：

建造者模式的封装性很好。

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。

拓展：

建造者模式除了上面的用途外，在开发中还有一个常用的使用方式，就是当一个类构造器需要传入很多参数时，如果创建这个类的实例，代码可读性会非常差，而且很容易引入错误，此时就可以利用建造者模式进行重构。

如：假设Phone对象有四个参数，可以这样写：

public class Phone {
     

    private String cpu;
    private String screen;
    private String memory;
    private String mainboard;

    private Phone(Builder builder) {
     
        cpu = builder.cpu;
        screen = builder.screen;
        memory = builder.memory;
        mainboard = builder.mainboard;
    }

    public static final class Builder {
     
        private String cpu;
        private String screen;
        private String memory;
        private String mainboard;

        public Builder() {
     }

        public Builder cpu(String val) {
     
            cpu = val;
            return this;
        }
        public Builder screen(String val) {
     
            screen = val;
            return this;
        }
        public Builder memory(String val) {
     
            memory = val;
            return this;
        }
        public Builder mainboard(String val) {
     
            mainboard = val;
            return this;
        }
        public Phone build() {
     
            return new Phone(this);}
    }
    @Override
    public String toString() {
     
        return "Phone{" +
                "cpu='" + cpu + '\'' +
                ", screen='" + screen + '\'' +
                ", memory='" + memory + '\'' +
                ", mainboard='" + mainboard + '\'' +
                '}';
    }
}

public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        Phone phone = new Phone.Builder()
                .cpu("intel")
                .mainboard("华硕")
                .memory("金士顿")
                .screen("三星")
                .build();
        System.out.println(phone);
    }
}

对比

工厂模式 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各个部件构建的过程，然后再一步一步地组成一个复杂的对象。

抽象工厂 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具体的汽车组装工厂，通过对部件的组装可以返回一辆完整的汽车。

结构型模式（7）

结构型模式描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构。它分为

类结构型模式：采用继承机制来组织接口和类；
对象结构型模式：釆用组合或聚合来组合对象；

由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足“合成复用原则”，所以对象结构型模式比类结构型模式具有更大的灵活性。

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

处于某些原因，要给某对象提供一个代理以控制该对象的访问。这时，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：

抽象主题（Subject）类：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。
真实主题（Real Subject）类：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。

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；
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。
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。如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。

静态代理

例：火车站卖票

如果要买火车票的话，一般都是去分布各地的代售点买票。这个例子其实就是典型的代理模式，火车站是目标对象，代售点是代理对象。

//卖票接口
public interface SellTickets {
    
    void sell();
}

//火车站  火车站具有卖票功能，所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {
    

    public void sell() {
    
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}

//代售点
public class ProxyPoint implements SellTickets {
    

    private TrainStation station = new TrainStation();

    public void sell() {
    
        System.out.println("代理点收取一些服务费用");
        station.sell();
    }
}

//测试类
public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        ProxyPoint pp = new ProxyPoint();
        pp.sell();
    }
}

从上面代码中可以看出测试类直接访问的是ProxyPoint类对象，也就是说ProxyPoint作为访问对象和目标对象的中介。

JDK动态代理

Java中提供了一个动态代理类 Proxy，Proxy提供了一个创建代理对象的静态方法（newProxyInstance方法）来获取代理对象。

还是火车站售票的例子：

//卖票接口
public interface SellTickets {
    
    void sell();
}

//火车站  火车站具有卖票功能，所以需要实现SellTickets接口
public class TrainStation implements SellTickets {
    

    public void sell() {
    
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}

//代理工厂，用来创建代理对象
public class ProxyFactory {
    

    private TrainStation station = new TrainStation();

    public SellTickets getProxyObject() {
    
        //使用Proxy获取代理对象
        /*
            newProxyInstance()方法参数说明：
                ClassLoader loader ： 类加载器，用于加载代理类，使用真实对象的类加载器即可
                Class<?>[] interfaces ： 真实对象所实现的接口，代理模式真实对象和代理对象实现相同的接口
                InvocationHandler h ： 代理对象的调用处理程序
         */
        SellTickets sellTickets = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(station.getClass().getClassLoader(),
                station.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
    
                    /*
                        InvocationHandler中invoke方法参数说明：
                            proxy ： 代理对象
                            method ： 对应于在代理对象上调用的接口方法的 Method 实例
                            args ： 代理对象调用接口方法时传递的实际参数
                     */
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    

                        System.out.println("代理点收取一些服务费用(JDK动态代理方式)");
                        //执行真实对象
                        Object result = method.invoke(station, args);
                        return result;
                    }
                });
        return sellTickets;
    }
}

//测试类
public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        //获取代理对象
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        
        SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
        proxyObject.sell();
    }
}

动态代理，相关问题：

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。

//程序运行过程中动态生成的代理类，只摘了重点源码：
public final class $Proxy0 extends Proxy implements SellTickets {
      
    private static Method m3;

    public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler) {
      
        super(invocationHandler);
    }

    static {
      
        m3 = Class.forName("com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets").getMethod("sell", new Class[0]);
    }

    public final void sell() {
      
        this.h.invoke(this, m3, null);
    }
}

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？

//程序运行过程中动态生成的代理类
public final class $Proxy0 extends Proxy implements SellTickets {
      
    private static Method m3;

    public $Proxy0(InvocationHandler invocationHandler) {
      
        super(invocationHandler);
    }

    static {
      
        m3 = Class.forName("com.itheima.proxy.dynamic.jdk.SellTickets").getMethod("sell", new Class[0]);
    }

    public final void sell() {
      
        this.h.invoke(this, m3, null);
    }
}

//Java提供的动态代理相关类
public class Proxy implements java.io.Serializable {
      
	protected InvocationHandler h;
	 
	protected Proxy(InvocationHandler h) {
      
        this.h = h;
    }
}

//代理工厂类
public class ProxyFactory {
      

    private TrainStation station = new TrainStation();

    public SellTickets getProxyObject() {
      
        SellTickets sellTickets = (SellTickets) Proxy.newProxyInstance(station.getClass().getClassLoader(),
                station.getClass().getInterfaces(),
                new InvocationHandler() {
      
                    
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
      

                        System.out.println("代理点收取一些服务费用(JDK动态代理方式)");
                        Object result = method.invoke(station, args);
                        return result;
                    }
                });
        return sellTickets;
    }
}


//测试访问类
public class Client {
      
    public static void main(String[] args) {
      
        //获取代理对象
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        SellTickets proxyObject = factory.getProxyObject();
        proxyObject.sell();
    }
}

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

如果没有定义SellTickets接口，只定义了TrainStation(火车站类)。很显然JDK代理是无法使用了，因为JDK动态代理要求必须定义接口，对接口进行代理。

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>

代码如下：

//火车站
public class TrainStation {
    

    public void sell() {
    
        System.out.println("火车站卖票");
    }
}

//代理工厂
public class ProxyFactory implements MethodInterceptor {
    

    private TrainStation target = new TrainStation();

    public TrainStation getProxyObject() {
    
        //创建Enhancer对象，类似于JDK动态代理的Proxy类，下一步就是设置几个参数
        Enhancer enhancer =new Enhancer();
        //设置父类的字节码对象
        enhancer.setSuperclass(target.getClass());
        //设置回调函数(方法)
        enhancer.setCallback(this);
        //创建代理对象
        TrainStation obj = (TrainStation) enhancer.create();
        return obj;
    }

    /*
        intercept方法参数说明：
            o ： 被代理的对象(需要增强的对象)
            method ： 真实对象中的方法的Method实例(需要增强的方法)
            args ： 实际参数
            methodProxy ：代理对象中的方法的method实例(用于调用原始方法)
     */
    public TrainStation intercept(Object o, Method method, Object[] args, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
    
        System.out.println("代理点收取一些服务费用(CGLIB动态代理方式)");
        TrainStation result = (TrainStation) methodProxy.invokeSuper(o, args);
        return result;
    }
}

//测试类
public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        //创建代理工厂对象
        ProxyFactory factory = new ProxyFactory();
        //获取代理对象
        TrainStation proxyObject = factory.getProxyObject();

        proxyObject.sell();
    }
}

对比

jdk代理和CGLIB代理

随着对jdk动态代理的优化，在jdk1.8及之后，一般有接口使用JDK动态代理，如果没有接口才使用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）。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。

适配器模式

适配器模式：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。

分为：类适配器模式和对象适配器模式，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：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：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：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。

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。

例：

Reader（字符流）、InputStream（字节流）的适配使用的是InputStreamReader。
InputStreamReader继承自java.io包中的Reader，对他中的抽象的未实现的方法给出实现。如：
public int read() throws IOException {
     
    return sd.read();
}

public int read(char cbuf[], int offset, int length) throws IOException {
     
    return sd.read(cbuf, offset, length);
}
上述中的 sd 是 StreamDecoder类对象，其类结构如下：

从表层来看，InputStreamReader做了InputStream字节流类到Reader字符流之间的转换。
而从如上Sun JDK中的实现类关系结构中看，是StreamDecoder的设计实现在实际上采用了适配器模式。

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。

（适配器类要继承目标接口，其中类适配器模式还要继承适配者类，调用其中的方法，而对象适配器模式不用继承适配者类，而是在里面创建适配者类的对象，再调用这个对象的方法；根据组合>继承的原则，更常用对象适配器模式）

//SD卡的接口
public interface SDCard {
     
    //读取SD卡方法
    String readSD();
    //写入SD卡功能
    void writeSD(String msg);
}

//SD卡实现类
public class SDCardImpl implements SDCard {
     
    public String readSD() {
     
        String msg = "sd card read a msg :hello word SD";
        return msg;
    }

    public void writeSD(String msg) {
     
        System.out.println("sd card write msg : " + msg);
    }
}

//电脑类
public class Computer {
     

    public String readSD(SDCard sdCard) {
     
        if(sdCard == null) {
     
            throw new NullPointerException("sd card null");
        }
        return sdCard.readSD();
    }
}

//TF卡接口
public interface TFCard {
     
    //读取TF卡方法
    String readTF();
    //写入TF卡功能
    void writeTF(String msg);
}

//TF卡实现类
public class TFCardImpl implements TFCard {
     

    public String readTF() {
     
        String msg ="tf card read msg : hello word tf card";
        return msg;
    }

    public void writeTF(String msg) {
     
        System.out.println("tf card write a msg : " + msg);
    }
}

// 类适配器 方式
// //定义适配器类（SD兼容TF）
// public class SDAdapterTF extends TFCardImpl implements SDCard {
     

//     public String readSD() {
     
//         System.out.println("adapter read tf card ");
//         return readTF();
//     }

//     public void writeSD(String msg) {
     
//         System.out.println("adapter write tf card");
//         writeTF(msg);
//     }
// }

// 对象适配器方式
//创建适配器对象（SD兼容TF）
public class SDAdapterTF  implements SDCard {
     

    private TFCard tfCard;

    public SDAdapterTF(TFCard tfCard) {
     
        this.tfCard = tfCard;
    }

    public String readSD() {
     
        System.out.println("adapter read tf card ");
        return tfCard.readTF();
    }

    public void writeSD(String msg) {
     
        System.out.println("adapter write tf card");
        tfCard.writeTF(msg);
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        Computer computer = new Computer();
        SDCard sdCard = new SDCardImpl();
        System.out.println(computer.readSD(sdCard));

        System.out.println("------------");

        TFCard tfCard = new TFCardImpl();
        SDAdapterTF adapter = new SDAdapterTF(tfCard);
        System.out.println(computer.readSD(adapter));
    }
}

桥接模式

桥接模式：

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。

（例如：需求是创建不同的图形，每个图形可能有不同的颜色，这样存在多个维度的需求，如果用继承的方式来设计，会造成类爆炸，拓展起来不灵活；因此，尽量使用组合关系）

结构：

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。

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。

对下面例子：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。

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。

//实现化角色
//视频文件
public interface VideoFile {
     
    void decode(String fileName);
}

//avi文件
public class AVIFile implements VideoFile {
     
    public void decode(String fileName) {
     
        System.out.println("avi视频文件："+ fileName);
    }
}

//rmvb文件
public class REVBBFile implements VideoFile {
     

    public void decode(String fileName) {
     
        System.out.println("rmvb文件：" + fileName);
    }
}

//抽象化角色
//操作系统版本
public abstract class OperatingSystemVersion {
     

    protected VideoFile videoFile;

    public OperatingSystemVersion(VideoFile videoFile) {
     
        this.videoFile = videoFile;
    }

    public abstract void play(String fileName);
}

//Windows版本
public class Windows extends OperatingSystem {
     

    public Windows(VideoFile videoFile) {
     
        super(videoFile);
    }

    public void play(String fileName) {
     
        videoFile.decode(fileName);
    }
}

//mac版本
public class Mac extends OperatingSystemVersion {
     

    public Mac(VideoFile videoFile) {
     
        super(videoFile);
    }

    public void play(String fileName) {
     
		videoFile.decode(fileName);
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        OperatingSystem os = new Windows(new AVIFile());
        os.play("战狼3");
    }
}

装饰者模式

装饰者模式：

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：

抽象构件（Component）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（Concrete Component）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（Decorator）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（ConcreteDecorator）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。

特点是：装饰继承抽象构件，又聚合(使用)了构件。

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，可以说：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。

静态代理和装饰者的区别：

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

JDK源码：

IO流中的包装类使用到了装饰者模式。BufferedInputStream，BufferedOutputStream，BufferedReader，BufferedWriter。

以BufferedWriter为例，使用的方式很像装饰者模式：

public class Demo {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception{
    
        //创建BufferedWriter对象
        //创建FileWriter对象
        FileWriter fw = new FileWriter("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt");
        BufferedWriter bw = new BufferedWriter(fw);

        //写数据
        bw.write("hello Buffered");

        bw.close();
    }
}

其结构为：

例：

快餐店有炒面、炒饭这些快餐，可以额外附加鸡蛋、火腿、培根这些配菜，当然加配菜需要额外加钱，每个配菜的价钱通常不太一样，那么计算总价就会显得比较麻烦。

为了不产生过多的子类，使用装饰者模式，配菜作为装饰，动态地添加道快餐上。

类结构如下：

//快餐接口
public abstract class FastFood {
     
    private float price;
    private String desc;

    public FastFood() {
     
    }

    public FastFood(float price, String desc) {
     
        this.price = price;
        this.desc = desc;
    }

    public void setPrice(float price) {
     
        this.price = price;
    }

    public float getPrice() {
     
        return price;
    }

    public String getDesc() {
     
        return desc;
    }

    public void setDesc(String desc) {
     
        this.desc = desc;
    }

    public abstract float cost();  //获取价格
}

//炒饭
public class FriedRice extends FastFood {
     

    public FriedRice() {
     
        super(10, "炒饭");
    }

    public float cost() {
     
        return getPrice();
    }
}

//炒面
public class FriedNoodles extends FastFood {
     

    public FriedNoodles() {
     
        super(12, "炒面");
    }

    public float cost() {
     
        return getPrice();
    }
}

//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;
    }
}

//鸡蛋配料
public class Egg extends Garnish {
     

    public Egg(FastFood fastFood) {
     
        super(fastFood, 1, "鸡蛋");
    }

    public float cost() {
     
        return getPrice() + getFastFood().getPrice();
    }

    @Override
    public String getDesc() {
     
        return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
    }
}

//培根配料
public class Bacon extends Garnish {
     

    public Bacon(FastFood fastFood) {
     

        super(fastFood,2,"培根");
    }

    @Override
    public float cost() {
     
        return getPrice() + getFastFood().getPrice();
    }

    @Override
    public String getDesc() {
     
        return super.getDesc() + getFastFood().getDesc();
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //点一份炒饭
        FastFood food = new FriedRice();
        //花费的价格
        System.out.println(food.getDesc() + " " + food.cost() + "元");

        System.out.println("========");
        //点一份加鸡蛋的炒饭
        FastFood food1 = new FriedRice();

        food1 = new Egg(food1);
        //花费的价格
        System.out.println(food1.getDesc() + " " + food1.cost() + "元");

        System.out.println("========");
        //点一份加培根的炒面
        FastFood food2 = new FriedNoodles();
        food2 = new Bacon(food2);
        //花费的价格
        System.out.println(food2.getDesc() + " " + food2.cost() + "元");
    }
}

外观模式

外观模式：

又叫门面模式，是一种通过为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，而使这些子系统更加容易被访问的模式。该模式对外有一个统一接口，外部应用程序不用关心内部子系统的具体的细节，这样会大大降低应用程序的复杂度，提高了程序的可维护性。

外观（Facade）模式是“迪米特法则”的典型应用。

结构：

外观（Facade）角色：为多个子系统对外提供一个共同的接口。
子系统（Sub System）角色：实现系统的部分功能，客户可以通过外观角色访问它。

优点：

降低了子系统与客户端之间的耦合度，使得子系统的变化不会影响调用它的客户类。
对客户屏蔽了子系统组件，减少了客户处理的对象数目，并使得子系统使用起来更加容易。

缺点：

不符合开闭原则，修改很麻烦

使用场景：

对分层结构系统构建时，使用外观模式定义子系统中每层的入口点可以简化子系统之间的依赖关系。
当一个复杂系统的子系统很多时，外观模式可以为系统设计一个简单的接口供外界访问。
当客户端与多个子系统之间存在很大的联系时，引入外观模式可将它们分离，从而提高子系统的独立性和可移植性。

例：智能家电控制

小明的爷爷已经60岁了，一个人在家生活：每次都需要打开灯、打开电视、打开空调；睡觉时关闭灯、关闭电视、关闭空调；操作起来都比较麻烦。所以小明给爷爷买了智能音箱，可以通过语音直接控制这些智能家电的开启和关闭。类图如下：

代码如下：

//灯类
public class Light {
     
    public void on() {
     
        System.out.println("打开了灯....");
    }

    public void off() {
     
        System.out.println("关闭了灯....");
    }
}

//电视类
public class TV {
     
    public void on() {
     
        System.out.println("打开了电视....");
    }

    public void off() {
     
        System.out.println("关闭了电视....");
    }
}

//控制类
public class AirCondition {
     
    public void on() {
     
        System.out.println("打开了空调....");
    }

    public void off() {
     
        System.out.println("关闭了空调....");
    }
}

//智能音箱
public class SmartAppliancesFacade {
     

    private Light light;
    private TV tv;
    private AirCondition airCondition;

    public SmartAppliancesFacade() {
     
        light = new Light();
        tv = new TV();
        airCondition = new AirCondition();
    }

    public void say(String message) {
     
        if(message.contains("打开")) {
     
            on();
        } else if(message.contains("关闭")) {
     
            off();
        } else {
     
            System.out.println("我还听不懂你说的！！！");
        }
    }

    //起床后一键开电器
    private void on() {
     
        System.out.println("起床了");
        light.on();
        tv.on();
        airCondition.on();
    }

    //睡觉一键关电器
    private void off() {
     
        System.out.println("睡觉了");
        light.off();
        tv.off();
        airCondition.off();
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //创建外观对象
        SmartAppliancesFacade facade = new SmartAppliancesFacade();
        //客户端直接与外观对象进行交互
        facade.say("打开家电");
        facade.say("关闭家电");
    }
}

享元模式

享元模式：

通过共享已经存在的对象来大幅度减少需要创建的对象数量、避免大量相似对象的开销，从而提高系统资源的利用率。

享元（Flyweight ）模式中存在以下两种状态：

内部状态，即不会随着环境的改变而改变的可共享部分。
外部状态，指随环境改变而改变的不可以共享的部分。享元模式的实现要领就是区分应用中的这两种状态，并将外部状态外部化。

结构：

抽象享元角色（Flyweight）：通常是一个接口或抽象类，在抽象享元类中声明了具体享元类公共的方法，这些方法可以向外界提供享元对象的内部数据（内部状态），同时也可以通过这些方法来设置外部数据（外部状态）。
具体享元（Concrete Flyweight）角色：它实现了抽象享元类，称为享元对象；在具体享元类中为内部状态提供了存储空间。通常我们可以结合单例模式来设计具体享元类，为每一个具体享元类提供唯一的享元对象。
非享元（Unsharable Flyweight)角色：并不是所有的抽象享元类的子类都需要被共享，不能被共享的子类可设计为非共享具体享元类；当需要一个非共享具体享元类的对象时可以直接通过实例化创建。
享元工厂（Flyweight Factory）角色：负责创建和管理享元角色。当客户对象请求一个享元对象时，享元工厂检査系统中是否存在符合要求的享元对象，如果存在则提供给客户；如果不存在的话，则创建一个新的享元对象。

优点：

极大减少内存中相似或相同对象数量，节约系统资源，提供系统性能
享元模式中的外部状态相对独立，且不影响内部状态

缺点：

为了使对象可以共享，需要将享元对象的部分状态外部化，分离内部状态和外部状态，使程序逻辑复杂

使用场景：

一个系统有大量相同或者相似的对象，造成内存的大量耗费。
对象的大部分状态都可以外部化，可以将这些外部状态传入对象中。
在使用享元模式时需要维护一个存储享元对象的享元池，而这需要耗费一定的系统资源，因此，应当在需要多次重复使用享元对象时才值得使用享元模式。

JDK源码：

Integer类使用了享元模式，看valueOf()方法， Integer 默认先创建并缓存 -128 ~ 127 之间的 Integer 对象，当调用 valueOf 时如果参数在 -128 ~ 127 之间则计算下标并从缓存中返回，否则创建一个新的 Integer 对象。

例：俄罗斯方块

在俄罗斯方块这个游戏中，每个不同的方块都是一个实例对象，这些对象就要占用很多的内存空间，而这些对象又有很多相似的地方，可以利用享元模式进行实现：

俄罗斯方块有不同的形状，我们可以对这些形状向上抽取出AbstractBox，用来定义共性的属性和行为。

public abstract class AbstractBox {
     
    public abstract String getShape();

    public void display(String color) {
     
        System.out.println("方块形状：" + this.getShape() + " 颜色：" + color);
    }
}

接下来就是定义不同的形状了，IBox类、LBox类、OBox类等。

public class IBox extends AbstractBox {
     

    @Override
    public String getShape() {
     
        return "I";
    }
}

public class LBox extends AbstractBox {
     

    @Override
    public String getShape() {
     
        return "L";
    }
}

public class OBox extends AbstractBox {
     

    @Override
    public String getShape() {
     
        return "O";
    }
}

提供了一个工厂类（BoxFactory），用来管理享元对象（也就是AbstractBox子类对象），该工厂类对象只需要一个，所以可以使用单例模式。并给工厂类提供一个获取形状的方法。

public class BoxFactory {
     

    private static HashMap<String, AbstractBox> map;

    private BoxFactory() {
     
        map = new HashMap<String, AbstractBox>();
        AbstractBox iBox = new IBox();
        AbstractBox lBox = new LBox();
        AbstractBox oBox = new OBox();
        map.put("I", iBox);
        map.put("L", lBox);
        map.put("O", oBox);
    }

    public static final BoxFactory getInstance() {
     
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    private static class SingletonHolder {
     
        private static final BoxFactory INSTANCE = new BoxFactory();
    }

    public AbstractBox getBox(String key) {
     
        return map.get(key);
    }
}

组合模式

组合模式：

又叫部分整体模式。是用于把一组相似的对象当作一个单一的对象。组合模式依据树形结构来组合对象，用来表示部分以及整体层次。

结构：

抽象根节点（Component）：定义系统各层次对象的共有方法和属性，可以预先定义一些默认行为和属性。
树枝节点（Composite）：定义树枝节点的行为，存储子节点，组合树枝节点和叶子节点形成一个树形结构。
叶子节点（Leaf）：叶子节点对象，其下再无分支，是系统层次遍历的最小单位。

分类：

透明组合模式

透明组合模式中，抽象根节点角色中声明了所有用于管理成员对象的方法，比如在下面示例中的MenuComponent 声明了 add、remove 、getChild 方法，这样做的好处是确保所有的构件类都有相同的接口。透明组合模式也是组合模式的标准形式。

透明组合模式的缺点是不够安全，因为叶子对象和容器对象在本质上是有区别的，叶子对象不可能有下一个层次的对象，即不可能包含成员对象，因此为其提供 add()、remove() 等方法是没有意义的，这在编译阶段不会出错，但在运行阶段如果调用这些方法可能会出错（如果没有提供相应的错误处理代码）
安全组合模式

在安全组合模式中，在抽象构件角色中没有声明任何用于管理成员对象的方法，而是在树枝节点 Menu 类中声明并实现这些方法。安全组合模式的缺点是不够透明，因为叶子构件和容器构件具有不同的方法，且容器构件中那些用于管理成员对象的方法没有在抽象构件类中定义，因此客户端不能完全针对抽象编程，必须有区别地对待叶子构件和容器构件。

优点：

组合模式可以清楚地定义分层次的复杂对象，表示对象的全部或部分层次，它让客户端忽略了层次的差异，方便对整个层次结构进行控制。
客户端可以一致地使用一个组合结构或其中单个对象，不必关心处理的是单个对象还是整个组合结构，简化了客户端代码。
在组合模式中增加新的树枝节点和叶子节点都很方便，无须对现有类库进行任何修改，符合“开闭原则”。
组合模式为树形结构的面向对象实现提供了一种灵活的解决方案，通过叶子节点和树枝节点的递归组合，可以形成复杂的树形结构，但对树形结构的控制却非常简单。

使用场景：

组合模式正是应树形结构而生，所以组合模式的使用场景就是出现树形结构的地方。比如：文件目录显示，多级目录呈现等树形结构数据的操作。

例：软件菜单

即日常用到的树形结构的目录

不管是菜单还是菜单项，都应该继承自统一的接口，这里将这个统一的接口称为菜单组件。

//菜单组件  不管是菜单还是菜单项，都应该继承该类
public abstract class MenuComponent {
     

    protected String name;
    protected int level;

    //添加菜单
    public void add(MenuComponent menuComponent){
     
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    //移除菜单
    public void remove(MenuComponent menuComponent){
     
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    //获取指定的子菜单
    public MenuComponent getChild(int i){
     
        throw new UnsupportedOperationException();
    }

    //获取菜单名称
    public String getName(){
     
        return name;
    }

    public void print(){
     
        throw new UnsupportedOperationException();
    }
}

这里的MenuComponent定义为抽象类，因为有一些共有的属性和行为要在该类中实现，Menu和MenuItem类就可以只覆盖自己感兴趣的方法，而不用搭理不需要或者不感兴趣的方法，举例来说，Menu类可以包含子菜单，因此需要覆盖add()、remove()、getChild()方法，但是MenuItem就不应该有这些方法。这里给出的默认实现是抛出异常，你也可以根据自己的需要改写默认实现。

public class Menu extends MenuComponent {
     

    private List<MenuComponent> menuComponentList;

    public Menu(String name,int level){
     
        this.level = level;
        this.name = name;
        menuComponentList = new ArrayList<MenuComponent>();
    }

    @Override
    public void add(MenuComponent menuComponent) {
     
        menuComponentList.add(menuComponent);
    }

    @Override
    public void remove(MenuComponent menuComponent) {
     
        menuComponentList.remove(menuComponent);
    }

    @Override
    public MenuComponent getChild(int i) {
     
        return menuComponentList.get(i);
    }

    @Override
    public void print() {
     

        for (int i = 1; i < level; i++) {
     
            System.out.print("--");
        }
        System.out.println(name);
        for (MenuComponent menuComponent : menuComponentList) {
     
            menuComponent.print();
        }
    }
}

Menu类已经实现了除了getName方法的其他所有方法，因为Menu类具有添加菜单，移除菜单和获取子菜单的功能。

public class MenuItem extends MenuComponent {
     

    public MenuItem(String name,int level) {
     
        this.name = name;
        this.level = level;
    }

    @Override
    public void print() {
     
        for (int i = 1; i < level; i++) {
     
            System.out.print("--");
        }
        System.out.println(name);
    }
}

MenuItem是菜单项，不能再有子菜单，所以添加菜单，移除菜单和获取子菜单的功能并不能实现。

行为型模式（11）

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任务，它涉及算法与对象间职责的分配。

行为型模式分为类行为模式和对象行为模式，前者采用继承机制来在类间分派行为，后者采用组合或聚合在对象间分配行为。由于组合关系或聚合关系比继承关系耦合度低，满足“合成复用原则”，所以对象行为模式比类行为模式具有更大的灵活性。

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

模板方法模式：

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。

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。

例如，去银行办理业务一般要经过以下4个流程：取号、排队、办理具体业务、对银行工作人员进行评分等，其中取号、排队和对银行工作人员进行评分的业务对每个客户是一样的，可以在父类中实现，但是办理具体业务却因人而异，它可能是存款、取款或者转账等，可以延迟到子类中实现。

结构：

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。（一般会加上final关键字）
- 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。

优点：

提高代码复用性

将相同部分的代码放在抽象的父类中，而将不同的代码放入不同的子类中。
实现了反向控制

通过一个父类调用其子类的操作，通过对子类的具体实现扩展不同的行为，实现了反向控制，并符合“开闭原则”。

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。

适用场景：

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。

JDK源码 —— InputStream

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

public abstract class InputStream implements Closeable {
    
    //抽象方法，要求子类必须重写
    public abstract int read() throws IOException;

    public int read(byte b[]) throws IOException {
    
        return read(b, 0, b.length);
    }

    public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
    
        if (b == null) {
    
            throw new NullPointerException();
        } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
    
            throw new IndexOutOfBoundsException();
        } else if (len == 0) {
    
            return 0;
        }

        int c = read(); //调用了无参的read方法，该方法是每次读取一个字节数据
        if (c == -1) {
    
            return -1;
        }
        b[off] = (byte)c;

        int i = 1;
        try {
    
            for (; i < len ; i++) {
    
                c = read();
                if (c == -1) {
    
                    break;
                }
                b[off + i] = (byte)c;
            }
        } catch (IOException ee) {
    
        }
        return i;
    }
}

从上面代码可以看到，无参的 read() 方法是抽象方法，要求子类必须实现。而 read(byte b[]) 方法调用了 read(byte b[], int off, int len) 方法，所以在此处重点看的方法是带三个参数的方法。

在该方法中第18行、27行，可以看到调用了无参的抽象的 read() 方法。

总结如下：在InputStream父类中已经定义好了读取一个字节数组数据的方法是每次读取一个字节，并将其存储到数组的第一个索引位置，读取len个字节数据。具体如何读取一个字节数据呢？由子类实现。

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。

public abstract class AbstractClass {
     
    
    public final void cookProcess() {
     
        //第一步：倒油
        this.pourOil();
        //第二步：热油
        this.heatOil();
        //第三步：倒蔬菜
        this.pourVegetable();
        //第四步：倒调味料
        this.pourSauce();
        //第五步：翻炒
        this.fry();
    }

    public void pourOil() {
     
        System.out.println("倒油");
    }

    //第二步：热油是一样的，所以直接实现
    public void heatOil() {
     
        System.out.println("热油");
    }

    //第三步：倒蔬菜是不一样的（一个下包菜，一个是下菜心）
    public abstract void pourVegetable();

    //第四步：倒调味料是不一样
    public abstract void pourSauce();


    //第五步：翻炒是一样的，所以直接实现
    public void fry(){
     
        System.out.println("炒啊炒啊炒到熟啊");
    }
}

public class ConcreteClass_BaoCai extends AbstractClass {
     

    @Override
    public void pourVegetable() {
     
        System.out.println("下锅的蔬菜是包菜");
    }

    @Override
    public void pourSauce() {
     
        System.out.println("下锅的酱料是辣椒");
    }
}

public class ConcreteClass_CaiXin extends AbstractClass {
     
    @Override
    public void pourVegetable() {
     
        System.out.println("下锅的蔬菜是菜心");
    }

    @Override
    public void pourSauce() {
     
        System.out.println("下锅的酱料是蒜蓉");
    }
}

public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //炒手撕包菜
        ConcreteClass_BaoCai baoCai = new ConcreteClass_BaoCai();
        baoCai.cookProcess();

        //炒蒜蓉菜心
        ConcreteClass_CaiXin caiXin = new ConcreteClass_CaiXin();
        caiXin.cookProcess();
    }
}

注意：为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词。

策略模式

策略模式：

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以对这些算法进行管理。

也就是说，提供了多个可以彼此替代的选择

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。

优点：

策略类之间可以自由切换

由于策略类都实现同一个接口，所以使它们之间可以自由切换。
易于扩展

增加一个新的策略只需要添加一个具体的策略类即可，基本不需要改变原有的代码，符合“开闭原则“
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。

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。
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——Comparator

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

public class Arrays{
    
    public static <T> void sort(T[] a, Comparator<? super T> c) {
    
        if (c == null) {
    
            sort(a);
        } else {
    
            if (LegacyMergeSort.userRequested)
                legacyMergeSort(a, c);
            else
                TimSort.sort(a, 0, a.length, c, null, 0, 0);
        }
    }
}

Arrays就是一个环境角色类，这个sort方法可以传一个新策略让Arrays根据这个策略来进行排序。就比如下面的测试类。

public class demo {
    
    public static void main(String[] args) {
    

        Integer[] data = {
    12, 2, 3, 2, 4, 5, 1};
        // 实现降序排序
        Arrays.sort(data, new Comparator<Integer>() {
    
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
    
                return o2 - o1;
            }
        });
        System.out.println(Arrays.toString(data)); //[12, 5, 4, 3, 2, 2, 1]
    }
}

这里我们在调用Arrays的sort方法时，第二个参数传递的是Comparator接口的子实现类对象。所以Comparator充当的是抽象策略角色，而具体的子实现类充当的是具体策略角色。环境角色类（Arrays）应该持有抽象策略的引用来调用。

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。

定义百货公司所有促销活动的共同接口

public interface Strategy {
     
    void show();
}

定义具体策略角色（Concrete Strategy）：每个节日具体的促销活动

//为春节准备的促销活动A
public class StrategyA implements Strategy {
     

    public void show() {
     
        System.out.println("买一送一");
    }
}

//为中秋准备的促销活动B
public class StrategyB implements Strategy {
     

    public void show() {
     
        System.out.println("满200元减50元");
    }
}

//为圣诞准备的促销活动C
public class StrategyC implements Strategy {
     

    public void show() {
     
        System.out.println("满1000元加一元换购任意200元以下商品");
    }
}

定义环境角色（Context）：用于连接上下文，即把促销活动推销给客户，这里可以理解为销售员

public class SalesMan {
                             
    //持有抽象策略角色的引用                              
    private Strategy strategy;                 
                                               
    public SalesMan(Strategy strategy) {
            
        this.strategy = strategy;              
    }                                          
                                               
    //向客户展示促销活动                                
    public void salesManShow(){
                     
        strategy.show();                       
    }                                          
}

命令模式

命令模式：

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）角色：定义命令的接口，声明执行的方法。
具体命令（Concrete Command）角色：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（Receiver）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（Invoker）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。

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。命令模式可以与下面的备忘录模式结合，实现命令的撤销与恢复。

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——Runnable

Runable是一个典型命令模式，
Runnable是抽象命令角色，Thread充当的是调用者，start方法就是其执行方法，start()会调用本地方法start0()，以调用系统方法，开启一个线程。而接收者是由程序员定义的，即继承Runnable。

例：餐厅点餐

在餐厅中，顾客点餐，服务员拿到订单，会通知大厨做饭；
其中，服务员是调用者，由她来接收订单、发起命令；大厨是接收者，执行命令；

public interface Command {
     
    void execute();//只需要定义一个统一的执行方法
}

public class OrderCommand implements Command {
     

    //持有接受者对象
    private SeniorChef receiver;
    private Order order;

    public OrderCommand(SeniorChef receiver, Order order){
     
        this.receiver = receiver;
        this.order = order;
    }

    public void execute()  {
     
        System.out.println(order.getDiningTable() + "桌的订单：");
        Set<String> keys = order.getFoodDic().keySet();
        for (String key : keys) {
     
            receiver.makeFood(order.getFoodDic().get(key),key);
        }

        try {
     
            Thread.sleep(100);//停顿一下 模拟做饭的过程
        } catch (InterruptedException e) {
     
            e.printStackTrace();
        }


        System.out.println(order.getDiningTable() + "桌的饭弄好了");
    }
}

public class Order {
     
    // 餐桌号码
    private int diningTable;

    // 用来存储餐名并记录份数
    private Map<String, Integer> foodDic = new HashMap<String, Integer>();

    public int getDiningTable() {
     
        return diningTable;
    }

    public void setDiningTable(int diningTable) {
     
        this.diningTable = diningTable;
    }

    public Map<String, Integer> getFoodDic() {
     
        return foodDic;
    }

    public void setFoodDic(String name, int num) {
     
        foodDic.put(name,num);
    }
}

// 大厨类 是命令的Receiver
public class SeniorChef {
     

    public void makeFood(int num,String foodName) {
     
        System.out.println(num + "份" + foodName);
    }
}

public class Waitor {
     

    private ArrayList<Command> commands;//可以持有很多的命令对象

    public Waitor() {
     
        commands = new ArrayList();
    }
    
    public void setCommand(Command cmd){
     
        commands.add(cmd);
    }

    // 发出命令 喊 订单来了，厨师开始执行
    public void orderUp() {
     
        System.out.println("美女服务员：叮咚，大厨，新订单来了.......");
        for (int i = 0; i < commands.size(); i++) {
     
            Command cmd = commands.get(i);
            if (cmd != null) {
     
                cmd.execute();
            }
        }
    }
}

public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //创建2个order
        Order order1 = new Order();
        order1.setDiningTable(1);
        order1.getFoodDic().put("西红柿鸡蛋面",1);
        order1.getFoodDic().put("小杯可乐",2);

        Order order2 = new Order();
        order2.setDiningTable(3);
        order2.getFoodDic().put("尖椒肉丝盖饭",1);
        order2.getFoodDic().put("小杯雪碧",1);

        //创建接收者
        SeniorChef receiver=new SeniorChef();
        //将订单和接收者封装成命令对象
        OrderCommand cmd1 = new OrderCommand(receiver, order1);
        OrderCommand cmd2 = new OrderCommand(receiver, order2);
        //创建调用者 waitor
        Waitor invoker = new Waitor();
        invoker.setCommand(cmd1);
        invoker.setCommand(cmd2);

        //将订单带到柜台 并向厨师喊 订单来了
        invoker.orderUp();
    }
}

职责链模式

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：

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。

优点：

降低了对象之间的耦合度

该模式降低了请求发送者和接收者的耦合度。
增强了系统的可扩展性

可以根据需要增加新的请求处理类，满足开闭原则。
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

一个对象只需保持一个指向其后继者的引用，不需保持其他所有处理者的引用，这避免了使用众多的 if 或者 if···else 语句。
责任分担

每个类只需要处理自己该处理的工作，不能处理的传递给下一个对象完成，明确各类的责任范围，符合类的单一职责原则。

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。

源码解析

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

例：公司请假

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。

代码如下：

//请假条
public class LeaveRequest {
     
    private String name;//姓名
    private int num;//请假天数
    private String content;//请假内容

    public LeaveRequest(String name, int num, String content) {
     
        this.name = name;
        this.num = num;
        this.content = content;
    }

    public String getName() {
     
        return name;
    }

    public int getNum() {
     
        return num;
    }

    public String getContent() {
     
        return content;
    }
}

//处理者抽象类
public abstract class Handler {
     
    protected final static int NUM_ONE = 1;
    protected final static int NUM_THREE = 3;
    protected final static int NUM_SEVEN = 7;

    //该领导处理的请假天数区间
    private int numStart;
    private int numEnd;

    //领导上面还有领导
    private Handler nextHandler;

    //设置请假天数范围 上不封顶
    public Handler(int numStart) {
     
        this.numStart = numStart;
    }

    //设置请假天数范围
    public Handler(int numStart, int numEnd) {
     
        this.numStart = numStart;
        this.numEnd = numEnd;
    }

    //设置上级领导
    public void setNextHandler(Handler nextHandler){
     
        this.nextHandler = nextHandler;
    }

    //提交请假条
    public final void submit(LeaveRequest leave){
     
        if(0 == this.numStart){
     
            return;
        }

        //如果请假天数达到该领导者的处理要求
        if(leave.getNum() >= this.numStart){
     
            this.handleLeave(leave);

            //如果还有上级 并且请假天数超过了当前领导的处理范围
            if(null != this.nextHandler && leave.getNum() > numEnd){
     
                this.nextHandler.submit(leave);//继续提交
            } else {
     
                System.out.println("流程结束");
            }
        }
    }

    //各级领导处理请假条方法
    protected abstract void handleLeave(LeaveRequest leave);
}

//小组长
public class GroupLeader extends Handler {
     
    public GroupLeader() {
     
        //小组长处理1-3天的请假
        super(Handler.NUM_ONE, Handler.NUM_THREE);
    }

    @Override
    protected void handleLeave(LeaveRequest leave) {
     
        System.out.println(leave.getName() + "请假" + leave.getNum() + "天," + leave.getContent() + "。");
        System.out.println("小组长审批：同意。");
    }
}

//部门经理
public class Manager extends Handler {
     
    public Manager() {
     
        //部门经理处理3-7天的请假
        super(Handler.NUM_THREE, Handler.NUM_SEVEN);
    }

    @Override
    protected void handleLeave(LeaveRequest leave) {
     
        System.out.println(leave.getName() + "请假" + leave.getNum() + "天," + leave.getContent() + "。");
        System.out.println("部门经理审批：同意。");
    }
}

//总经理
public class GeneralManager extends Handler {
     
    public GeneralManager() {
     
        //部门经理处理7天以上的请假
        super(Handler.NUM_SEVEN);
    }

    @Override
    protected void handleLeave(LeaveRequest leave) {
     
        System.out.println(leave.getName() + "请假" + leave.getNum() + "天," + leave.getContent() + "。");
        System.out.println("总经理审批：同意。");
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //请假条来一张
        LeaveRequest leave = new LeaveRequest("小花",5,"身体不适");

        //各位领导
        GroupLeader groupLeader = new GroupLeader();
        Manager manager = new Manager();
        GeneralManager generalManager = new GeneralManager();

        groupLeader.setNextHandler(manager);//小组长的领导是部门经理
        manager.setNextHandler(generalManager);//部门经理的领导是总经理
        //之所以在这里设置上级领导，是因为可以根据实际需求来更改设置，如果实战中上级领导人都是固定的，则可以移到领导实现类中。

        //提交申请
        groupLeader.submit(leave);
    }
}

状态模式

状态模式：

对有状态的对象，把复杂的“判断逻辑”提取到不同的状态对象中，允许状态对象在其内部状态发生改变时改变其行为。

【例】通过按钮来控制一个电梯的状态，一个电梯有开门状态，关门状态，停止状态，运行状态。每一种状态改变，都有可能要根据其他状态来更新处理。例如，如果电梯门现在处于运行时状态，就不能进行开门操作，而如果电梯门是停止状态，就可以执行开门操作。

如果使用条件判断的话，需要使用大量的switch…case这样的判断（if…else也是一样)，使程序的可阅读性变差。
且扩展性很差。如果新加了断电的状态，我们需要修改上面判断逻辑。

结构

环境（Context）角色：也称为上下文，它定义了客户程序需要的接口，维护一个当前状态，并将与状态相关的操作委托给当前状态对象来处理。
抽象状态（State）角色：定义一个接口，用以封装环境对象中的特定状态所对应的行为。
具体状态（Concrete State）角色：实现抽象状态所对应的行为。

优点：

将所有与某个状态有关的行为放到一个类中，并且可以方便地增加新的状态，只需要改变对象状态即可改变对象的行为。
允许状态转换逻辑与状态对象合成一体，而不是某一个巨大的条件语句块。

缺点：

状态模式的使用必然会增加系统类和对象的个数。
状态模式的结构与实现都较为复杂，如果使用不当将导致程序结构和代码的混乱。
状态模式对"开闭原则"的支持并不太好。

使用场景：

当一个对象的行为取决于它的状态，并且它必须在运行时根据状态改变它的行为时，就可以考虑使用状态模式。
一个操作中含有庞大的分支结构，并且这些分支决定于对象的状态时。

例：对上述电梯的案例使用状态模式进行改进。类图如下：

代码如下：

//抽象状态类
public abstract class LiftState {
     
    //定义一个环境角色，也就是封装状态的变化引起的功能变化
    protected Context context;

    public void setContext(Context context) {
     
        this.context = context;
    }

    //电梯开门动作
    public abstract void open();

    //电梯关门动作
    public abstract void close();

    //电梯运行动作
    public abstract void run();

    //电梯停止动作
    public abstract void stop();
}

//开启状态
public class OpenningState extends LiftState {
     

    //开启当然可以关闭了，测试一下电梯门开关功能
    @Override
    public void open() {
     
        System.out.println("电梯门开启...");
    }

    @Override
    public void close() {
     
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.closeingState);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().close();
    }

    //电梯门不能开着就跑，这里什么也不做
    @Override
    public void run() {
     
        //do nothing
    }

    //开门状态已经是停止的了
    @Override
    public void stop() {
     
        //do nothing
    }
}

//运行状态
public class RunningState extends LiftState {
     

    //运行的时候不能开电梯
    @Override
    public void open() {
     
        //do nothing
    }

    //运行时，电梯是关着的，不用操作
    @Override
    public void close() {
     //虽然可以关门，但这个动作不归我执行
        //do nothing
    }

    //这是在运行状态下要实现的方法
    @Override
    public void run() {
     
        System.out.println("电梯正在运行...");
    }

    // 切换运行状态
    @Override
    public void stop() {
     
        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);
        super.context.stop();
    }
}

//停止状态
public class StoppingState extends LiftState {
     

    //停止状态 可以开门
    @Override
    public void open() {
     
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.openningState);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().open();
    }

    @Override
    public void close() {
     //虽然可以关门，但这个动作不归我执行
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.closeingState);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().close();
    }

    //切换运行状态
    @Override
    public void run() {
     
        //状态修改
        super.context.setLiftState(Context.runningState);
        //动作委托为CloseState来执行，也就是委托给了ClosingState子类执行这个动作
        super.context.getLiftState().run();
    }

    //停止状态
    @Override
    public void stop() {
     
        System.out.println("电梯停止了...");
    }
}

//关闭状态
public class ClosingState extends LiftState {
     

    @Override
    //电梯门关闭，这是关闭状态要实现的动作
    public void close() {
     
        System.out.println("电梯门关闭...");
    }

    //切换开关状态
    @Override
    public void open() {
     
        super.context.setLiftState(Context.openningState);
        super.context.open();
    }


    //电梯门关了就跑
    @Override
    public void run() {
     
        super.context.setLiftState(Context.runningState);
        super.context.run();
    }

    //电梯门关着，不按楼层
    @Override
    public void stop() {
     
        super.context.setLiftState(Context.stoppingState);
        super.context.stop();
    }
}

//环境角色
public class Context {
     
    //定义出所有的电梯状态
    public final static OpenningState openningState = new OpenningState();//开门状态，这时候电梯只能关闭
    public final static ClosingState closeingState = new ClosingState();//关闭状态，这时候电梯可以运行、停止和开门
    public final static RunningState runningState = new RunningState();//运行状态，这时候电梯只能停止
    public final static StoppingState stoppingState = new StoppingState();//停止状态，这时候电梯可以开门、运行


    //定义一个当前电梯状态
    private LiftState liftState;

    public LiftState getLiftState() {
     
        return this.liftState;
    }

    public void setLiftState(LiftState liftState) {
     
        //当前环境改变
        this.liftState = liftState;
        //把当前的环境通知到各个实现类中
        this.liftState.setContext(this);
    }

    public void open() {
     
        this.liftState.open();
    }

    public void close() {
     
        this.liftState.close();
    }

    public void run() {
     
        this.liftState.run();
    }

    public void stop() {
     
        this.liftState.stop();
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        Context context = new Context();
        context.setLiftState(new ClosingState());

        context.open();
        context.close();
        context.run();
        context.stop();
    }
}

观察者模式

观察者模式：

又被称为发布-订阅（Publish/Subscribe）模式，它定义了一种一对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某一个主题对象。这个主题对象在状态变化时，会通知所有的观察者对象，使他们能够自动更新自己。

结构：

Subject：抽象主题（抽象被观察者），抽象主题角色把所有观察者对象保存在一个集合里，每个主题都可以有任意数量的观察者，抽象主题提供一个接口，可以增加和删除观察者对象。
ConcreteSubject：具体主题（具体被观察者），该角色将有关状态存入具体观察者对象，在具体主题的内部状态发生改变时，给所有注册过的观察者发送通知。
Observer：抽象观察者，是观察者的抽象类，它定义了一个更新接口，使得在得到主题更改通知时更新自己。
ConcrereObserver：具体观察者，实现抽象观察者定义的更新接口，以便在得到主题更改通知时更新自身的状态。

优点：

降低了目标与观察者之间的耦合关系，两者之间是抽象耦合关系。
被观察者发送通知，所有注册的观察者都会收到信息【可以实现广播机制】

缺点：

如果观察者非常多的话，那么所有的观察者收到被观察者发送的通知会耗时
如果被观察者有循环依赖的话，那么被观察者发送通知会使观察者循环调用，会导致系统崩溃

使用场景

对象间存在一对多关系，一个对象的状态发生改变会影响其他对象。
当一个抽象模型有两个方面，其中一个方面依赖于另一方面时。

【例】微信公众号

在使用微信公众号时，大家都会有这样的体验，当你关注的公众号中有新内容更新的话，它就会推送给关注公众号的微信用户端。使用观察者模式来模拟这样的场景，微信用户就是观察者，微信公众号是被观察者。

类图如下：

代码如下：

定义抽象观察者类，里面定义一个更新的方法

public interface Observer {
     
    void update(String message);
}

定义具体观察者类，微信用户是观察者，里面实现了更新的方法

public class WeixinUser implements Observer {
     
    // 微信用户名
    private String name;

    public WeixinUser(String name) {
     
        this.name = name;
    }
    @Override
    public void update(String message) {
     
        System.out.println(name + "-" + message);
    }
}

定义抽象主题类，提供了attach、detach、notify三个方法

public interface Subject {
     
    //增加订阅者
    public void attach(Observer observer);

    //删除订阅者
    public void detach(Observer observer);
    
    //通知订阅者更新消息
    public void notify(String message);
}

微信公众号是具体主题（具体被观察者），里面存储了订阅该公众号的微信用户，并实现了抽象主题中的方法

public class SubscriptionSubject implements Subject {
     
    //储存订阅公众号的微信用户
    private List<Observer> weixinUserlist = new ArrayList<Observer>();

    @Override
    public void attach(Observer observer) {
     
        weixinUserlist.add(observer);
    }

    @Override
    public void detach(Observer observer) {
     
        weixinUserlist.remove(observer);
    }

    @Override
    public void notify(String message) {
     
        for (Observer observer : weixinUserlist) {
     
            observer.update(message);
        }
    }
}

客户端程序

public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        SubscriptionSubject mSubscriptionSubject=new SubscriptionSubject();
        //创建微信用户
        WeixinUser user1=new WeixinUser("孙悟空");
        WeixinUser user2=new WeixinUser("猪悟能");
        WeixinUser user3=new WeixinUser("沙悟净");
        //订阅公众号
        mSubscriptionSubject.attach(user1);
        mSubscriptionSubject.attach(user2);
        mSubscriptionSubject.attach(user3);
        //公众号更新发出消息给订阅的微信用户
        mSubscriptionSubject.notify("专栏更新了");
    }
}

JDK中提供的实现

在 Java 中，通过 java.util.Observable 类和 java.util.Observer 接口定义了观察者模式，只要实现它们的子类就可以编写观察者模式实例。

1，Observable类

Observable 类是抽象目标类（被观察者），它有一个 Vector 集合成员变量，用于保存所有要通知的观察者对象，下面来介绍它最重要的 3 个方法。

void addObserver(Observer o) 方法：用于将新的观察者对象添加到集合中。
void notifyObservers(Object arg) 方法：调用集合中的所有观察者对象的 update方法，通知它们数据发生改变。通常越晚加入集合的观察者越先得到通知。
void setChange() 方法：用来设置一个 boolean 类型的内部标志，注明目标对象发生了变化。当它为true时，notifyObservers() 才会通知观察者。

2，Observer 接口

Observer 接口是抽象观察者，它监视目标对象的变化，当目标对象发生变化时，观察者得到通知，并调用 update 方法，进行相应的工作。

【例】警察抓小偷

警察抓小偷也可以使用观察者模式来实现，警察是观察者，小偷是被观察者。代码如下：

小偷是一个被观察者，所以需要继承Observable类

public class Thief extends Observable {
     

    private String name;

    public Thief(String name) {
     
        this.name = name;
    }
    
    public void setName(String name) {
     
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
     
        return name;
    }

    public void steal() {
     
        System.out.println("小偷：我偷东西了！！！");
        super.setChanged(); //changed  = true
        super.notifyObservers();
    }
}

警察是一个观察者，所以需要让其实现Observer接口

public class Policemen implements Observer {
     

    private String name;

    public Policemen(String name) {
     
        this.name = name;
    }
    public void setName(String name) {
     
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
     
        return name;
    }

    @Override
    public void update(Observable o, Object arg) {
     
        System.out.println("警察：" + ((Thief) o).getName() + "，我已经盯你很久了");
    }
}

客户端代码

public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //创建小偷对象
        Thief t = new Thief("隔壁老王");
        //创建警察对象
        Policemen p = new Policemen("小李");
        //让警察盯着小偷
        t.addObserver(p);
        //小偷偷东西
        t.steal();
    }
}

中介者模式

中介者模式：

又叫调停模式，定义一个中介角色来封装一系列对象之间的交互，使原有对象之间的耦合松散，且可以独立地改变它们之间的交互。

一般来说，同事类之间的关系是比较复杂的，多个同事类之间互相关联时，他们之间的关系会呈现为复杂的网状结构，这是一种过度耦合的架构，即不利于类的复用，也不稳定。例如在下左图中；

如果引入中介者模式，那么同事类之间的关系将变为星型结构，从下右图中可以看到，任何一个类的变动，只会影响的类本身，以及中介者，这样就减小了系统的耦合。一个好的设计，必定不会把所有的对象关系处理逻辑封装在本类中，而是使用一个专门的类来管理那些不属于自己的行为。

结构：

抽象中介者（Mediator）角色：它是中介者的接口，提供了同事对象注册与转发同事对象信息的抽象方法。
具体中介者（ConcreteMediator）角色：实现中介者接口，定义一个 List 来管理同事对象，协调各个同事角色之间的交互关系，因此它依赖于同事角色。
抽象同事类（Colleague）角色：定义同事类的接口，保存中介者对象，提供同事对象交互的抽象方法，实现所有相互影响的同事类的公共功能。
具体同事类（Concrete Colleague）角色：是抽象同事类的实现者，当需要与其他同事对象交互时，由中介者对象负责后续的交互。

优点：

松散耦合

中介者模式通过把多个同事对象之间的交互封装到中介者对象里面，从而使得同事对象之间松散耦合，基本上可以做到互补依赖。这样一来，同事对象就可以独立地变化和复用，而不再像以前那样“牵一处而动全身”了。
集中控制交互

多个同事对象的交互，被封装在中介者对象里面集中管理，使得这些交互行为发生变化的时候，只需要修改中介者对象就可以了，当然如果是已经做好的系统，那么就扩展中介者对象，而各个同事类不需要做修改。
一对多关联转变为一对一的关联

没有使用中介者模式的时候，同事对象之间的关系通常是一对多的，引入中介者对象以后，中介者对象和同事对象的关系通常变成双向的一对一，这会让对象的关系更容易理解和实现。

缺点：

当同事类太多时，中介者的职责将很大，它会变得复杂而庞大，以至于系统难以维护。

使用场景:

系统中对象之间存在复杂的引用关系，系统结构混乱且难以理解。
当想创建一个运行于多个类之间的对象，又不想生成新的子类时。

【例】租房

现在租房基本都是通过房屋中介，房主将房屋托管给房屋中介，而租房者从房屋中介获取房屋信息。房屋中介充当租房者与房屋所有者之间的中介者。

类图如下：

代码如下：

//抽象中介者
public abstract class Mediator {
     
    //申明一个联络方法
    public abstract void constact(String message,Person person);
}

//抽象同事类
public abstract class Person {
     
    protected String name;
    protected Mediator mediator;

    public Person(String name,Mediator mediator){
     
        this.name = name;
        this.mediator = mediator;
    }
}

//具体同事类 房屋拥有者
public class HouseOwner extends Person {
     

    public HouseOwner(String name, Mediator mediator) {
     
        super(name, mediator);
    }

    //与中介者联系
    public void constact(String message){
     
        mediator.constact(message, this);
    }

    //获取信息
    public void getMessage(String message){
     
        System.out.println("房主" + name +"获取到的信息：" + message);
    }
}

//具体同事类 承租人
public class Tenant extends Person {
     
    public Tenant(String name, Mediator mediator) {
     
        super(name, mediator);
    }

    //与中介者联系
    public void constact(String message){
     
        mediator.constact(message, this);
    }

    //获取信息
    public void getMessage(String message){
     
        System.out.println("租房者" + name +"获取到的信息：" + message);
    }
}

//中介机构
public class MediatorStructure extends Mediator {
     
    //首先中介结构必须知道所有房主和租房者的信息
    private HouseOwner houseOwner;
    private Tenant tenant;

    public HouseOwner getHouseOwner() {
     
        return houseOwner;
    }

    public void setHouseOwner(HouseOwner houseOwner) {
     
        this.houseOwner = houseOwner;
    }

    public Tenant getTenant() {
     
        return tenant;
    }

    public void setTenant(Tenant tenant) {
     
        this.tenant = tenant;
    }

    public void constact(String message, Person person) {
     
        if (person == houseOwner) {
               //如果是房主，则租房者获得信息
            tenant.getMessage(message);
        } else {
            //反正则是房主获得信息
            houseOwner.getMessage(message);
        }
    }
}

//测试类
public class Client {
     
    public static void main(String[] args) {
     
        //一个房主、一个租房者、一个中介机构
        MediatorStructure mediator = new MediatorStructure();

        //房主和租房者只需要知道中介机构即可
        HouseOwner houseOwner = new HouseOwner("张三", mediator);
        Tenant tenant = new Tenant("李四", mediator);

        //中介结构要知道房主和租房者
        mediator.setHouseOwner(houseOwner);
        mediator.setTenant(tenant);

        tenant.constact("需要租三室的房子");
        houseOwner.constact("我这有三室的房子，你需要租吗？");
    }
}

迭代器模式

迭代器模式：

提供一个对象来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。

结构：

抽象聚合（Aggregate）角色：定义存储、添加、删除聚合元素以及创建迭代器对象的接口。
具体聚合（ConcreteAggregate）角色：实现抽象聚合类，返回一个具体迭代器的实例。
抽象迭代器（Iterator）角色：定义访问和遍历聚合元素的接口，通常包含 hasNext()、next() 等方法。
具体迭代器（Concretelterator）角色：实现抽象迭代器接口中所定义的方法，完成对聚合对象的遍历，记录遍历的当前位置。

优点：

它支持以不同的方式遍历一个聚合对象，在同一个聚合对象上可以定义多种遍历方式。在迭代器模式中只需要用一个不同的迭代器来替换原有迭代器即可改变遍历算法，我们也可以自己定义迭代器的子类以支持新的遍历方式。
迭代器简化了聚合类。由于引入了迭代器，在原有的聚合对象中不需要再自行提供数据遍历等方法，这样可以简化聚合类的设计。
在迭代器模式中，由于引入了抽象层，增加新的聚合类和迭代器类都很方便，无须修改原有代码，满足 “开闭原则” 的要求。

缺点：

增加了类的个数，这在一定程度上增加了系统的复杂性。

使用场景：

当需要为聚合对象提供多种遍历方式时。
当需要为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口时。
当访问一个聚合对象的内容而无须暴露其内部细节的表示时。

JDK源码解析

迭代器模式在 JAVA的很多集合类中被广泛应用，比如在遍历集合时：

List<String> list = new ArrayList<>();
Iterator<String> iterator = list.iterator(); //list.iterator()方法返回的是Iterator接口的子实现类对象
while (iterator.hasNext()) {
    
    System.out.println(iterator.next());
}

单列集合都使用到了迭代器，以ArrayList举例来说明

List：抽象聚合类
ArrayList：具体的聚合类
Iterator：抽象迭代器
list.iterator()：返回的是实现了 Iterator 接口的具体迭代器对象

具体的来看看 ArrayList的代码实现

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
    
    
    public Iterator<E> iterator() {
    
        return new Itr();
    }
    
    private class Itr implements Iterator<E> {
    
        int cursor;       // 下一个要返回元素的索引
        int lastRet = -1; // 上一个返回元素的索引
        int expectedModCount = modCount;

        Itr() {
    }
		
        //判断是否还有元素
        public boolean hasNext() {
    
            return cursor != size;
        }

        //获取下一个元素
        public E next() {
    
            checkForComodification();
            int i = cursor;
            if (i >= size)
                throw new NoSuchElementException();
            Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
            if (i >= elementData.length)
                throw new ConcurrentModificationException();
            cursor = i + 1;
            return (E) elementData[lastRet = i];
        }
        ...
}

大致就是在 iterator 方法中返回了一个实例化的 Iterator 对象。Itr是一个内部类，它实现了 Iterator 接口并重写了其中的抽象方法。

注意：

当我们在使用JAVA开发的时候，想使用迭代器模式的话，只要让我们自己定义的容器类实现java.util.Iterable并实现其中的iterator()方法使其返回一个 java.util.Iterator 的实现类就可以了。

【例】定义一个可以存储学生对象的容器对象，将遍历该容器的功能交由迭代器实现，涉及到的类如下：

代码如下：

定义迭代器接口，声明hasNext、next方法

public interface StudentIterator {
     
    boolean hasNext();
    Student next();
}

定义具体的迭代器类，重写所有的抽象方法

public class StudentIteratorImpl implements StudentIterator {
     
    private List<Student> list;
    private int position = 0;

    public StudentIteratorImpl(List<Student> list) {
     
        this.list = list;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
     
        return position < list.size();
    }

    @Override
    public Student next() {
     
        Student currentStudent = list.get(position);
        position ++;
        return currentStudent;
    }
}

定义抽象容器类，包含添加元素，删除元素，获取迭代器对象的方法

public interface StudentAggregate {
     
    void addStudent(Student student);

    void removeStudent(Student student);

    StudentIterator getStudentIterator();
}

定义具体的容器类，重写所有的方法

public class StudentAggregateImpl implements StudentAggregate {
     

    private List<Student> list = new ArrayList<Student>();  // 学生列表

    @Override
    public void addStudent(Student student) {
     
        this.list.add(student);
    }

    @Override
    public void removeStudent(Student student) {
     
        this.list.remove(student);
    }

    @Override
    public StudentIterator getStudentIterator() {
     
        return new StudentIteratorImpl(list);
    }
}

访问者模式

访问者模式：

封装一些作用于某种数据结构中的各元素的操作，它可以在不改变这个数据结构的前提下定义作用于这些元素的新的操作。

结构：

抽象访问者（Visitor）角色：定义了对每一个元素（Element）访问的行为，它的参数就是可以访问的元素，它的方法个数理论上来讲与元素类个数（Element的实现类个数）是一样的，从这点不难看出，访问者模式要求元素类的个数不能改变。
具体访问者（ConcreteVisitor）角色：给出对每一个元素类访问时所产生的具体行为。
抽象元素（Element）角色：定义了一个接受访问者的方法（accept），其意义是指，每一个元素都要可以被访问者访问。
具体元素（ConcreteElement）角色：提供接受访问方法的具体实现，而这个具体的实现，通常情况下是使用访问者提供的访问该元素类的方法。
对象结构（Object Structure）角色：定义当中所提到的对象结构，对象结构是一个抽象表述，具体点可以理解为一个具有容器性质或者复合对象特性的类，它会含有一组元素（Element），并且可以迭代这些元素，供访问者访问。

【例】给宠物喂食

假设家中宠物只有狗，猫，要给宠物喂食的话，主人可以喂，其他人也可以喂食。（不同人给猫狗喂食，猫狗固定）

访问者角色：给宠物喂食的人
具体访问者角色：主人、其他人
抽象元素角色：动物抽象类
具体元素角色：宠物狗、宠物猫
结构对象角色：主人家

类图如下：

代码如下：

创建抽象访问者接口（访问者的数据结构应该不变，不然修改的话，其子类也要跟着修改，此处例子不太恰当）

public interface Person {
    
    void feed(Cat cat);		

    void feed(Dog dog);
}

创建不同的具体访问者角色（主人和其他人），都需要实现 Person接口

public class Owner implements Person {
    

    @Override
    public void feed(Cat cat) {
    
        System.out.println("主人喂食猫");
    }

    @Override
    public void feed(Dog dog) {
    
        System.out.println("主人喂食狗");
    }
}

public class Someone implements Person {
    
    @Override
    public void feed(Cat cat) {
    
        System.out.println("其他人喂食猫");
    }

    @Override
    public void feed(Dog dog) {
    
        System.out.println("其他人喂食狗");
    }
}

定义抽象节点 – 宠物

public interface Animal {
    
    void accept(Person person);
}

定义实现Animal接口的具体节点（元素）

public class Dog implements Animal {
    

    @Override
    public void accept(Person person) {
     //双分派的第一次分派，这里方法是重写，所以person看的是实际类型
        person.feed(this);			//双分派的第二次分派，这个feed()是重载的，看的是静态类型，但这里this是Dog,不是animal
        System.out.println("好好吃，汪汪汪！！！");
    }
}

public class Cat implements Animal {
    

    @Override
    public void accept(Person person) {
    
        person.feed(this);
        System.out.println("好好吃，喵喵喵！！！");
    }
}

定义对象结构，此案例中就是主人的家

public class Home {
    
    private List<Animal> nodeList = new ArrayList<Animal>();

    public void action(Person person) {
    
        for (Animal node : nodeList) {
    
            node.accept(person);
        }
    }

    //添加操作
    public void add(Animal animal) {
    
        nodeList.add(animal);
    }
}

测试类

public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        Home home = new Home();
        home.add(new Dog());
        home.add(new Cat());

        Owner owner = new Owner();
        home.action(owner);

        Someone someone = new Someone();
        home.action(someone);
    }
}

优点：

扩展性好

在不修改对象结构中的元素的情况下，为对象结构中的元素添加新的功能。
复用性好

通过访问者来定义整个对象结构通用的功能，从而提高复用程度。
分离无关行为

通过访问者来分离无关的行为，把相关的行为封装在一起，构成一个访问者，这样每一个访问者的功能都比较单一。

缺点：

对象结构变化很困难

在访问者模式中，每增加一个新的元素类，都要在每一个具体访问者类中增加相应的具体操作，这违背了“开闭原则”。
违反了依赖倒置原则

访问者模式依赖了具体类，而没有依赖抽象类。

使用场景：

对象结构相对稳定，但其操作算法经常变化的程序。
对象结构中的对象需要提供多种不同且不相关的操作，而且要避免让这些操作的变化影响对象的结构。

扩展：分派

访问者模式用到了一种双分派的技术。

1，分派：

变量被声明时的类型叫做变量的静态类型（或明显类型）；而变量所引用的对象的真实类型又叫做变量的实际类型。
比如 Map map = new HashMap() ，map变量的静态类型是 Map ，实际类型是 HashMap 。根据对象的类型而对方法进行的选择，就是分派(Dispatch)；

分派(Dispatch)又分为两种：静态分派和动态分派。

静态分派(Static Dispatch) 发生在编译时期，分派根据静态类型信息发生。静态分派对于我们来说并不陌生，方法重载就是静态分派。

动态分派(Dynamic Dispatch) 发生在运行时期，动态分派动态地置换掉某个方法。Java通过方法的重写支持动态分派。

2，动态分派：

通过方法的重写支持动态分派。

public class Animal {
    
    public void execute() {
    
        System.out.println("Animal");
    }
}

public class Dog extends Animal {
    
    @Override
    public void execute() {
    
        System.out.println("dog");
    }
}

public class Cat extends Animal {
    
     @Override
    public void execute() {
    
        System.out.println("cat");
    }
}

public class Client {
    
   	public static void main(String[] args) {
    
        Animal a = new Dog();
        a.execute();
        
        Animal a1 = new Cat();
        a1.execute();
    }
}

上面代码很明显是多态，运行执行的是子类中的方法。

Java编译器在编译时期并不总是知道哪些代码会被执行，因为编译器仅仅知道对象的静态类型，而不知道对象的真实类型；而方法的调用则是根据对象的真实类型，而不是静态类型。

3，静态分派：

通过方法重载支持静态分派。

public class Animal {
    
}

public class Dog extends Animal {
    
}

public class Cat extends Animal {
    
}

public class Execute {
    
    public void execute(Animal a) {
    
        System.out.println("Animal");
    }

    public void execute(Dog d) {
    
        System.out.println("dog");
    }

    public void execute(Cat c) {
    
        System.out.println("cat");
    }
}

public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        Animal a = new Animal();
        Animal a1 = new Dog();
        Animal a2 = new Cat();

        Execute exe = new Execute();
        exe.execute(a);
        exe.execute(a1);
        exe.execute(a2);
    }
}

运行结果：

出现这个结果，是因为：重载方法的分派是根据静态类型进行的，这个分派过程在编译时期就完成了。

4，双分派：

所谓双分派技术就是在选择一个方法的时候，不仅仅要根据消息接收者（receiver）的运行时区别，还要根据参数的运行时区别。

public class Animal {
    
    public void accept(Execute exe) {
    
        exe.execute(this);
    }
}

public class Dog extends Animal {
    
    public void accept(Execute exe) {
    
        exe.execute(this);
    }
}

public class Cat extends Animal {
    
    public void accept(Execute exe) {
    
        exe.execute(this);
    }
}

public class Execute {
    
    public void execute(Animal a) {
    
        System.out.println("animal");
    }

    public void execute(Dog d) {
    
        System.out.println("dog");
    }

    public void execute(Cat c) {
    
        System.out.println("cat");
    }
}

public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        Animal a = new Animal();
        Animal d = new Dog();
        Animal c = new Cat();

        Execute exe = new Execute();
        a.accept(exe);
        d.accept(exe);
        c.accept(exe);
    }
}

在上面代码中，客户端将Execute对象做为参数传递给Animal类型的变量调用的方法，这里完成第一次分派，这里是方法重写，所以是动态分派，也就是执行实际类型中的方法，同时也将自己this作为参数传递进去，这里就完成了第二次分派，这里的Execute类中有多个重载的方法，而传递进行的是this，就是具体的实际类型的对象。

运行结果如下：

双分派实现动态绑定的本质，就是在重载方法委派的前面加上了继承体系中重写的环节，由于重写是动态的，所以重载就是动态的了。

备忘录模式

备忘录模式：

又叫快照模式，在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便以后当需要时能将该对象恢复到原先保存的状态。

备忘录模式提供了一种状态恢复的实现机制，使得用户可以方便地回到一个特定的历史步骤，当新的状态无效或者存在问题时，可以使用暂时存储起来的备忘录将状态复原，很多软件都提供了撤销（Undo）操作，还有浏览器中的后退键、数据库事务管理中的回滚操作、玩游戏时的中间结果存档功能、数据库与操作系统的备份操作、棋类游戏中的悔棋功能等都属于这类。

结构：

发起人（Originator）角色：记录当前时刻的内部状态信息，提供创建备忘录和恢复备忘录数据的功能，实现其他业务功能，它可以访问备忘录里的所有信息。
备忘录（Memento）角色：负责存储发起人的内部状态，在需要的时候提供这些内部状态给发起人。
管理者（Caretaker）角色：对备忘录进行管理，提供保存与获取备忘录的功能，但其不能对备忘录的内容进行访问与修改。

备忘录有两个等效的接口：

窄接口：管理者(Caretaker)对象（和其他发起人对象之外的任何对象）看到的是备忘录的窄接口(narror Interface)，这个窄接口只允许他把备忘录对象传给其他的对象。

宽接口：与管理者看到的窄接口相反，发起人对象可以看到一个宽接口(wide Interface)，这个宽接口允许它读取所有的数据，以便根据这些数据恢复这个发起人对象的内部状态。

优点：

提供了一种可以恢复状态的机制。当用户需要时能够比较方便地将数据恢复到某个历史的状态。
实现了内部状态的封装。除了创建它的发起人之外，其他对象都不能够访问这些状态信息。
简化了发起人类。发起人不需要管理和保存其内部状态的各个备份，所有状态信息都保存在备忘录中，并由管理者进行管理，这符合单一职责原则。

缺点：

资源消耗大。如果要保存的内部状态信息过多或者特别频繁，将会占用比较大的内存资源。

使用场景：

需要保存与恢复数据的场景，如玩游戏时的中间结果的存档功能。
需要提供一个可回滚操作的场景，如 Word、记事本、Photoshop，idea等软件在编辑时按 Ctrl+Z 组合键，还有数据库中事务操作。

案例

【例】游戏挑战BOSS

游戏中的某个场景，一游戏角色有生命力、攻击力、防御力等数据，在打Boss前和后一定会不一样的，我们允许玩家如果感觉与Boss决斗的效果不理想可以让游戏恢复到决斗之前的状态。

要实现上述案例，有两种方式：

“白箱”备忘录模式
“黑箱”备忘录模式

“白箱”备忘录模式

备忘录角色对任何对象都提供一个接口，即宽接口，备忘录角色的内部所存储的状态就对所有对象公开。类图如下：

代码如下：

//游戏角色类
public class GameRole {
    
    private int vit; //生命力
    private int atk; //攻击力
    private int def; //防御力

    //初始化状态
    public void initState() {
    
        this.vit = 100;
        this.atk = 100;
        this.def = 100;
    }

    //战斗
    public void fight() {
    
        this.vit = 0;
        this.atk = 0;
        this.def = 0;
    }

    //保存角色状态
    public RoleStateMemento saveState() {
    
        return new RoleStateMemento(vit, atk, def);
    }

    //回复角色状态
    public void recoverState(RoleStateMemento roleStateMemento) {
    
        this.vit = roleStateMemento.getVit();
        this.atk = roleStateMemento.getAtk();
        this.def = roleStateMemento.getDef();
    }

    public void stateDisplay() {
    
        System.out.println("角色生命力：" + vit);
        System.out.println("角色攻击力：" + atk);
        System.out.println("角色防御力：" + def);
    }

    public int getVit() {
    
        return vit;
    }

    public void setVit(int vit) {
    
        this.vit = vit;
    }

    public int getAtk() {
    
        return atk;
    }

    public void setAtk(int atk) {
    
        this.atk = atk;
    }

    public int getDef() {
    
        return def;
    }

    public void setDef(int def) {
    
        this.def = def;
    }
}

//游戏状态存储类(备忘录类)
public class RoleStateMemento {
    
    private int vit;
    private int atk;
    private int def;

    public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {
    
        this.vit = vit;
        this.atk = atk;
        this.def = def;
    }

    public int getVit() {
    
        return vit;
    }

    public void setVit(int vit) {
    
        this.vit = vit;
    }

    public int getAtk() {
    
        return atk;
    }

    public void setAtk(int atk) {
    
        this.atk = atk;
    }

    public int getDef() {
    
        return def;
    }

    public void setDef(int def) {
    
        this.def = def;
    }
}

//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {
    
    private RoleStateMemento roleStateMemento;

    public RoleStateMemento getRoleStateMemento() {
    
        return roleStateMemento;
    }

    public void setRoleStateMemento(RoleStateMemento roleStateMemento) {
    
        this.roleStateMemento = roleStateMemento;
    }
}

//测试类
public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        System.out.println("------------大战Boss前------------");
        //大战Boss前
        GameRole gameRole = new GameRole();
        gameRole.initState();
        gameRole.stateDisplay();

        //保存进度
        RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
        roleStateCaretaker.setRoleStateMemento(gameRole.saveState());

        System.out.println("------------大战Boss后------------");
        //大战Boss时，损耗严重
        gameRole.fight();
        gameRole.stateDisplay();
        System.out.println("------------恢复之前状态------------");
        //恢复之前状态
        gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getRoleStateMemento());
        gameRole.stateDisplay();

    }
}

分析：白箱备忘录模式是破坏封装性的。但是通过程序员自律，同样可以在一定程度上实现模式的大部分用意。

“黑箱”备忘录模式

备忘录角色对发起人对象提供一个宽接口，而为其他对象提供一个窄接口。在Java语言中，实现双重接口的办法就是将备忘录类设计成发起人类的内部成员类。

将 RoleStateMemento 设为 GameRole 的内部类，从而将 RoleStateMemento 对象封装在 GameRole 里面；在外面提供一个标识接口 Memento 给 RoleStateCaretaker 及其他对象使用。这样 GameRole 类看到的是 RoleStateMemento 所有的接口，而RoleStateCaretaker 及其他对象看到的仅仅是标识接口 Memento 所暴露出来的接口，从而维护了封装型。类图如下：

代码如下：

窄接口Memento，这是一个标识接口，因此没有定义出任何的方法

public interface Memento {
    
}

定义发起人类 GameRole，并在内部定义备忘录内部类 RoleStateMemento（该内部类设置为私有的）

/游戏角色类
public class GameRole {
    
    private int vit; //生命力
    private int atk; //攻击力
    private int def; //防御力

    //初始化状态
    public void initState() {
    
        this.vit = 100;
        this.atk = 100;
        this.def = 100;
    }

    //战斗
    public void fight() {
    
        this.vit = 0;
        this.atk = 0;
        this.def = 0;
    }

    //保存角色状态
    public Memento saveState() {
    
        return new RoleStateMemento(vit, atk, def);
    }

    //回复角色状态
    public void recoverState(Memento memento) {
    
        RoleStateMemento roleStateMemento = (RoleStateMemento) memento;
        this.vit = roleStateMemento.getVit();
        this.atk = roleStateMemento.getAtk();
        this.def = roleStateMemento.getDef();
    }

    public void stateDisplay() {
    
        System.out.println("角色生命力：" + vit);
        System.out.println("角色攻击力：" + atk);
        System.out.println("角色防御力：" + def);

    }

    public int getVit() {
    
        return vit;
    }

    public void setVit(int vit) {
    
        this.vit = vit;
    }

    public int getAtk() {
    
        return atk;
    }

    public void setAtk(int atk) {
    
        this.atk = atk;
    }

    public int getDef() {
    
        return def;
    }

    public void setDef(int def) {
    
        this.def = def;
    }

    private class RoleStateMemento implements Memento {
    
        private int vit;
        private int atk;
        private int def;

        public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {
    
            this.vit = vit;
            this.atk = atk;
            this.def = def;
        }

        public int getVit() {
    
            return vit;
        }

        public void setVit(int vit) {
    
            this.vit = vit;
        }

        public int getAtk() {
    
            return atk;
        }

        public void setAtk(int atk) {
    
            this.atk = atk;
        }

        public int getDef() {
    
            return def;
        }

        public void setDef(int def) {
    
            this.def = def;
        }
    }
}

负责人角色类 RoleStateCaretaker 能够得到的备忘录对象是以 Memento 为接口的，由于这个接口仅仅是一个标识接口，因此负责人角色不可能改变这个备忘录对象的内容

//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {
    
    private Memento memento;

    public Memento getMemento() {
    
        return memento;
    }

    public void setMemento(Memento memento) {
    
        this.memento = memento;
    }
}

客户端测试类

public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        System.out.println("------------大战Boss前------------");
        //大战Boss前
        GameRole gameRole = new GameRole();
        gameRole.initState();
        gameRole.stateDisplay();

        //保存进度
        RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
        roleStateCaretaker.setMemento(gameRole.saveState());
        
        System.out.println("------------大战Boss后------------");
        //大战Boss时，损耗严重
        gameRole.fight();
        gameRole.stateDisplay();
        System.out.println("------------恢复之前状态------------");
        //恢复之前状态
        gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getMemento());
        gameRole.stateDisplay();
    }
}

解释器模式

}

public int getDef() {
    return def;
}

public void setDef(int def) {
    this.def = def;
}

}

//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {
private RoleStateMemento roleStateMemento;

public RoleStateMemento getRoleStateMemento() {
    return roleStateMemento;
}

public void setRoleStateMemento(RoleStateMemento roleStateMemento) {
    this.roleStateMemento = roleStateMemento;
}

}

//测试类
public class Client {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(“------------大战Boss前------------”);
//大战Boss前
GameRole gameRole = new GameRole();
gameRole.initState();
gameRole.stateDisplay();

    //保存进度
    RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
    roleStateCaretaker.setRoleStateMemento(gameRole.saveState());

    System.out.println("------------大战Boss后------------");
    //大战Boss时，损耗严重
    gameRole.fight();
    gameRole.stateDisplay();
    System.out.println("------------恢复之前状态------------");
    //恢复之前状态
    gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getRoleStateMemento());
    gameRole.stateDisplay();

}

}


> 分析：白箱备忘录模式是破坏封装性的。但是通过程序员自律，同样可以在一定程度上实现模式的大部分用意。



####  “黑箱”备忘录模式

备忘录角色对发起人对象提供一个宽接口，而为其他对象提供一个窄接口。在Java语言中，实现双重接口的办法就是将**备忘录类**设计成**发起人类**的内部成员类。

将 `RoleStateMemento` 设为 `GameRole` 的内部类，从而将 `RoleStateMemento` 对象封装在 `GameRole` 里面；在外面提供一个标识接口 `Memento` 给 `RoleStateCaretaker` 及其他对象使用。这样 `GameRole` 类看到的是 `RoleStateMemento` 所有的接口，而`RoleStateCaretaker`  及其他对象看到的仅仅是标识接口 `Memento` 所暴露出来的接口，从而维护了封装型。类图如下：

[外链图片转存中...(img-4MftL5ab-1686307820854)]

代码如下：

窄接口`Memento`，这是一个标识接口，因此没有定义出任何的方法

```java
public interface Memento {
}

定义发起人类 GameRole，并在内部定义备忘录内部类 RoleStateMemento（该内部类设置为私有的）

/游戏角色类
public class GameRole {
    
    private int vit; //生命力
    private int atk; //攻击力
    private int def; //防御力

    //初始化状态
    public void initState() {
    
        this.vit = 100;
        this.atk = 100;
        this.def = 100;
    }

    //战斗
    public void fight() {
    
        this.vit = 0;
        this.atk = 0;
        this.def = 0;
    }

    //保存角色状态
    public Memento saveState() {
    
        return new RoleStateMemento(vit, atk, def);
    }

    //回复角色状态
    public void recoverState(Memento memento) {
    
        RoleStateMemento roleStateMemento = (RoleStateMemento) memento;
        this.vit = roleStateMemento.getVit();
        this.atk = roleStateMemento.getAtk();
        this.def = roleStateMemento.getDef();
    }

    public void stateDisplay() {
    
        System.out.println("角色生命力：" + vit);
        System.out.println("角色攻击力：" + atk);
        System.out.println("角色防御力：" + def);

    }

    public int getVit() {
    
        return vit;
    }

    public void setVit(int vit) {
    
        this.vit = vit;
    }

    public int getAtk() {
    
        return atk;
    }

    public void setAtk(int atk) {
    
        this.atk = atk;
    }

    public int getDef() {
    
        return def;
    }

    public void setDef(int def) {
    
        this.def = def;
    }

    private class RoleStateMemento implements Memento {
    
        private int vit;
        private int atk;
        private int def;

        public RoleStateMemento(int vit, int atk, int def) {
    
            this.vit = vit;
            this.atk = atk;
            this.def = def;
        }

        public int getVit() {
    
            return vit;
        }

        public void setVit(int vit) {
    
            this.vit = vit;
        }

        public int getAtk() {
    
            return atk;
        }

        public void setAtk(int atk) {
    
            this.atk = atk;
        }

        public int getDef() {
    
            return def;
        }

        public void setDef(int def) {
    
            this.def = def;
        }
    }
}

//角色状态管理者类
public class RoleStateCaretaker {
    
    private Memento memento;

    public Memento getMemento() {
    
        return memento;
    }

    public void setMemento(Memento memento) {
    
        this.memento = memento;
    }
}

客户端测试类

public class Client {
    
    public static void main(String[] args) {
    
        System.out.println("------------大战Boss前------------");
        //大战Boss前
        GameRole gameRole = new GameRole();
        gameRole.initState();
        gameRole.stateDisplay();

        //保存进度
        RoleStateCaretaker roleStateCaretaker = new RoleStateCaretaker();
        roleStateCaretaker.setMemento(gameRole.saveState());
        
        System.out.println("------------大战Boss后------------");
        //大战Boss时，损耗严重
        gameRole.fight();
        gameRole.stateDisplay();
        System.out.println("------------恢复之前状态------------");
        //恢复之前状态
        gameRole.recoverState(roleStateCaretaker.getMemento());
        gameRole.stateDisplay();
    }
}

解释器模式

本文链接：https://blog.csdn.net/m0_51970364/article/details/131133302

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