Java Design Patterns

简介

设计模式总结为下面的几大类

创建型模式(Creational Patterns)

提供一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式,而不是使用new直接实例化对象,根据给定条件创建相应的对象,更灵活。

  • 工厂模式(Factory Pattern)
  • 抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)
  • 单例模式(Singleton Pattern)
  • 建造者模式(Builder Pattern)
  • 原型模式(Prototype Pattern)
  • 对象池模式 *(Pool)
  • 多例模式 *(Multiton)
  • 静态工厂模式 *(Static Factory)

结构型模式(Structural Patterns)

关注类和对象的组合。利用继承组合接口/定义组合对象扩展新功能。

  • 适配器模式(Adapter Pattern)
  • 桥接模式(Bridge Pattern)
  • 过滤器模式(Filter、Criteria Pattern)
  • 组合模式(Composite Pattern)
  • 装饰器模式(Decorator Pattern)
  • 外观模式(Facade Pattern)
  • 享元模式(Flyweight Pattern)
  • 代理模式(Proxy Pattern)
  • 数据映射模式 *(Data Mapper)
  • 依赖注入模式 *(Dependency Injection)
  • 门面模式 *(Facade)
  • 流接口模式 *(Fluent Interface)
  • 注册模式 *(Registry)

行为型模式(Behavioral Patterns)

关注对象之间的行为/通信。

  • 责任链模式(Chain of Responsibility Pattern)
  • 命令模式(Command Pattern)
  • 解释器模式(Interpreter Pattern)
  • 迭代器模式(Iterator Pattern)
  • 中介者模式(Mediator Pattern)
  • 备忘录模式(Memento Pattern)
  • 观察者模式(Observer Pattern)
  • 状态模式(State Pattern)
  • 空对象模式(Null Object Pattern)
  • 策略模式(Strategy Pattern)
  • 提供者模式(Provider Pattern)
  • 模板模式(Template Pattern)
  • 访问者模式(Visitor Pattern)
  • 规格模式 *(Specification)
  • 访问者模式 *(Visitor)

J2EE 设计模式

特别关注表示层。这些模式是由 Sun Java Center 鉴定的。

  • MVC 模式(MVC Pattern)
  • 业务代表模式(Business Delegate Pattern)
  • 组合实体模式(Composite Entity Pattern)
  • 数据访问对象模式(Data Access Object Pattern)
  • 前端控制器模式(Front Controller Pattern)
  • 拦截过滤器模式(Intercepting Filter Pattern)
  • 服务定位器模式(Service Locator Pattern)
  • 传输对象模式(Transfer Object Pattern)
  • 委托模式 *(Delegation)
  • 资源库模式 *(Repository)

建造者模式(Builder Pattern)

参考

Java Builder 模式,你搞懂了么?

使用场景

当一个类的成员变量很多的时候,往往需要重载很多构造方法,这些方法一般都是特定需求的情况下指定的,可能每增加一个需求,就需要添加一种成员变量的组合重载一个新的构造方法,灵活性很差,而且调用构造方法需要传的参数非常多,而且需要按顺序传参,可读性很差。

给个眼神自己体会一下:

public Car(String carBody, String tyre, String engine, String aimingCircle, String decoration) {
    this.carBody = carBody;
    this.tyre = tyre;
    this.engine = engine;
    this.aimingCircle = aimingCircle;
    this.decoration = decoration;
}

public static void main(String[] args){
    Car car = new Car("a", "b", "c", "d", "e");
}

这时候,就需要 Builder 模式。

代理模式(Proxy Pattern)

参考

详解 Java 中的三种代理模式

介绍

代理模式主要作用:在委托(原)对象的基础上提供额外的拓展功能。这里使用到编程中的一个思想: 不要随意去修改别人已经写好的代码或者方法,如果需改修改,可以通过代理的方式来扩展该方法。

客户端通过调用代理对象中的方法,来间接调用委托对象中的方法。在代理对象的方法中可以扩展额外的功能。

例如:一个普通人(委托对象)想打赢一场官司,但他对法律知识却知之甚少,因此需要请一个律师(代理对象)来替他打官司。

在Java中代理模式大致有三种实现方式:静态代理、动态代理、子类代理。下面分别来介绍并实现一下。

静态代理

使用静态代理,需要有一个接口或者父类,被委托类和代理类同时继承或实现,并且代理类需要包含委托类对象(保证委托类对象原来的功能)。

以委托人委托律师打官司为例,UML图如下: 有帮助的截图

Java实现:

/**
 * 委托类接口:人
 */
interface Person {
    void litigation();
}

/**
 * 委托类:案件委托人
 */
class CaseClient implements Person {

    @Override
    public void litigation() {
        System.out.println("打官司");
    }
}

/**
 * 代理类:律师
 */
class Lawyer implements Person {
    private CaseClient caseClient;

    public Lawyer(CaseClient caseClient) {
        this.caseClient = caseClient;
    }

    @Override
    public void litigation() {
        // 调用委托对象方法
        caseClient.litigation();
        // 扩展功能
        System.out.println("了解案情");
        System.out.println("收集证据");
        System.out.println("辩护");
        System.out.println("打赢官司");
    }
}

public class StaticProxyPattern {

    public static void main(String[] args) {
        // 通过调用代理对象来间接调用委托对象
        Lawyer lawyer = new Lawyer(new CaseClient());
        lawyer.litigation();
    }
}

从上面可以看出,对于每一个委托对象,都需要有一个委托接口,并且需要创建一个相应的实现委托接口的代理类。当有很多委托类的情况下,需要编写大量的实现对应接口的代理类,并且当委托类中添加新的方法时,对应的代理类也要跟着修改代码。这会造成代码臃肿

静态代理也就适用于委托类比较少的情况下。

动态代理

动态代理,代理类无需实现委托接口,而是通过Java反射机制,利用委托接口直接动态的在内存中生成代理对象,因此动态代理也被称为接口代理。这样就克服了静态代理的缺点。

JDK 中生成代理对象的 API 所在包,java.lang.reflect.Proxy,JDK 实现代理使用static Object newProxyInstance(ClassLoader loader, Class[] interfaces, InvocationHandler h)方法,三个参数分别代表:

  • ClassLoader loader: 指定当前目标对象所使用类加载器,获取加载器的方法是固定的
  • Class[] interfaces: 目标对象实现的接口的类型,使用泛型方式确认类型
  • InvocationHandler h: 事件处理,执行目标对象的方法时,会触发事件处理器的方法,会把当前执行目标对象的方法作为参数传入

下面编写一个代理工厂类:

/**
 * 创建动态代理对象
 * 动态代理不需要实现接口,但是需要指定接口类型
 */
public class ProxyFactory {

    // 维护一个目标对象
    private Object target;
    
    // 需要传入一个目标对象
    public ProxyFactory(Object target) {
        this.target = target;
    }

    // 给目标对象生成代理对象
    public Object getProxyInstance() {
        return Proxy.newProxyInstance(
                // 指定目标对象的类加载器
                target.getClass().getClassLoader(),
                // 指定目标对象所实现的接口
                target.getClass().getInterfaces(),
                // 当调用目标对象指定方法时候的事件处理函数
                (proxy, method, args) -> {
                    System.out.println("开始调用 target 对象方法");
                    // 执行目标对象方法,并获取返回值
                    Object returnValue = method.invoke(target, args);
                    System.out.println("完成调用 target 对象方法");
                    return returnValue;
                }
        );
    }
}

测试一下:

public class DynamicProxyDemo {    
    public static void main(String[] args) {
        Person caseClient = new CaseClient();
        Person lawyer = (Person) new ProxyFactory(caseClient).getProxyInstance();
        lawyer.litigation();
    }
}

代理对象不需要实现接口,但是委托(目标)对象一定要实现接口,否则不能用动态代理

Cglib 代理(子类代理)

静态代理动态代理模式都是要求目标对象是至少实现了一个接口的目标对象,但是有时候目标对象并没有实现任何的接口,这个时候就可以使用: Cglib 代理,它会在内存中构建一个委托(目标)对象的子类对象从而实现对目标对象功能的扩展。

Cglib 是一个强大的高性能的代码生成包,它可以在运行期(Runtime)扩展 Java 类与实现 Java 接口。它广泛的被许多 AOP 的框架使用,例如 Spring AOP和 synaop,为他们提供方法的 interception(拦截)。

Cglib 包的底层是通过使用一个小而快的字节码处理框架 ASM 来转换字节码并生成新的类。不鼓励直接使用 ASM,因为它要求你必须对 JVM 内部结构包括 class 文件的格式和指令集都很熟悉。

实现 Cglib 子类代理:

  • 需要引入 cglib 的依赖,cglib-nodep包含cglibasmasm-util ```xml
cglib cglib-nodep 3.3.0
* 代理类不能为`final`,否则报错
* 被代理的类必须有无参构造函数,否则需要在创建的时候指定构造参数
* 目标对象的方法如果为`final/static`,方法就不会被拦截,因此就不会执行目标对象额外的业务逻辑。

```java
/**
 * Cglib子 类代理工厂
 */
public class ProxyFactory implements MethodInterceptor{
   //维护目标对象
   private Object target;

   public ProxyFactory(Object target) {
       this.target = target;
   }

   //给目标对象创建一个代理对象
   public Object getProxyInstance(){
       // 增强类
       Enhancer en = new Enhancer();
       // 设置父类
       en.setSuperclass(target.getClass());
       // 设置回调函数
       en.setCallback(this);
       // 创建子类(代理对象)
       return en.create();
   }

   @Override
   public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy) throws Throwable {
       System.out.println("开始调用 target 对象方法");
       // 执行目标对象方法,并获取返回值
       Object returnValue = method.invoke(target, args);
       System.out.println("完成调用 target 对象方法");
       return returnValue;
   }
}

AspectJ 动态代理

AspectJ 会在编译时期修改目标类的字节码,将动态代理的字节码织入进去,不会生成新类

Instrumentation 动态代理

Instrumentation 基于javaagent在类装载时期动态拦截修改目标类的字节码,不会生成新类,例如-javaagent:spring-instrument-4.3.8.RELEASE.jar

提供者模式(Provider Pattern)

提供者模式(Provider)的结构图,和策略模式(Strategy)结构基本一致,就是通过继承扩展不同种类的算法

装饰者模式(Decorator Pattern)

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