Java4种设计模式详解(单例模式、工厂模式、适配器模式、代理模式）

设计模式是什么

设计模式是软件设计中常见问题的典型解决方案。 它们就像能根据需求进行调整的预制蓝图， 可用于解决代码中反复出现的设计问题。

设计模式与方法或库的使用方式不同， 你很难直接在自己的程序中套用某个设计模式。 模式并不是一段特定的代码， 而是解决特定问题的一般性概念。 你可以根据模式来实现符合自己程序实际所需的解决方案。

不同设计模式的复杂程度、 细节层次以及在整个系统中的应用范围等方面各不相同。 下述为三种主要的模式类别：

1. 创建型模式提供创建对象的机制， 增加已有代码的灵活性和可复用性。
2. 结构型模式介绍如何将对象和类组装成较大的结构， 并同时保持结构的灵活和高效。
3. 行为模式负责对象间的高效沟通和职责委派。

一、单例模式

1）意图

单例模式是一种创建型设计模式， 让你能够保证一个类只有一个实例， 并提供一个访问该实例的全局节点。

2）问题

单例模式同时解决了两个问题， 所以违反了单一职责原则：

1. 保证一个类只有一个实例。 为什么会有人想要控制一个类所拥有的实例数量？ 最常见的原因是控制某些共享资源 （例如数据库或文件） 的访问权限。
   它的运作方式是这样的： 如果你创建了一个对象， 同时过一会儿后你决定再创建一个新对象， 此时你会获得之前已创建的对象， 而不是一个新对象。
   注意， 普通构造函数无法实现上述行为， 因为构造函数的设计决定了它必须总是返回一个新对象。

2. 为该实例提供一个全局访问节点。 还记得你 （好吧， 其实是我自己） 用过的那些存储重要对象的全局变量吗？ 它们在使用上十分方便， 但同时也非常不安全， 因为任何代码都有可能覆盖掉那些变量的内容， 从而引发程序崩溃。
   和全局变量一样， 单例模式也允许在程序的任何地方访问特定对象。 但是它可以保护该实例不被其他代码覆盖。
   还有一点： 你不会希望解决同一个问题的代码分散在程序各处的。 因此更好的方式是将其放在同一个类中， 特别是当其他代码已经依赖这个类时更应该如此。

3）解决方案

所有单例的实现都包含以下两个相同的步骤：

• 将默认构造函数设为私有， 防止其他对象使用单例类的 new运算符。
• 新建一个静态构建方法作为构造函数。 该函数会 “偷偷” 调用私有构造函数来创建对象， 并将其保存在一个静态成员变量中。 此后所有对于该函数的调用都将返回这一缓存对象。

如果你的代码能够访问单例类， 那它就能调用单例类的静态方法。 无论何时调用该方法， 它总是会返回相同的对象。

二、工厂方法模式

1）意图

工厂方法模式是一种创建型设计模式， 其在父类中提供一个创建对象的方法， 允许子类决定实例化对象的类型。

2）问题

如果代码其余部分与现有类已经存在耦合关系， 那么向程序中添加新类其实并没有那么容易。

假设你正在开发一款物流管理应用。 最初版本只能处理卡车运输， 因此大部分代码都在位于名为 卡车的类中。

一段时间后， 这款应用变得极受欢迎。 你每天都能收到十几次来自海运公司的请求， 希望应用能够支持海上物流功能。

这可是个好消息。 但是代码问题该如何处理呢？ 目前， 大部分代码都与 卡车类相关。 在程序中添加 轮船类需要修改全部代码。 更糟糕的是， 如果你以后需要在程序中支持另外一种运输方式， 很可能需要再次对这些代码进行大幅修改。

最后， 你将不得不编写繁复的代码， 根据不同的运输对象类， 在应用中进行不同的处理。

3）解决方案

工厂方法模式建议使用特殊的工厂方法代替对于对象构造函数的直接调用 （即使用 new运算符）。 不用担心， 对象仍将通过 new运算符创建， 只是该运算符改在工厂方法中调用罢了。 工厂方法返回的对象通常被称作 “产品”。

乍看之下， 这种更改可能毫无意义： 我们只是改变了程序中调用构造函数的位置而已。 但是， 仔细想一下， 现在你可以在子类中重写工厂方法， 从而改变其创建产品的类型。

但有一点需要注意:仅当这些产品具有共同的基类或者接口时， 子类才能返回不同类型的产品， 同时基类中的工厂方法还应将其返回类型声明为这一共有接口。

举例来说， ​ 卡车Truck和 轮船Ship类都必须实现 运输Transport接口， 该接口声明了一个名为 deliver交付的方法。 每个类都将以不同的方式实现该方法： 卡车走陆路交付货物， 轮船走海路交付货物。 ​ 陆路运输Road­Logistics类中的工厂方法返回卡车对象， 而 海路运输Sea­Logistics类则返回轮船对象。

调用工厂方法的代码 （通常被称为客户端代码） 无需了解不同子类返回实际对象之间的差别。 客户端将所有产品视为抽象的 运输 。 客户端知道所有运输对象都提供 交付方法， 但是并不关心其具体实现方式。

三、适配器模式

1）意图

适配器模式是一种结构型设计模式， 它能使接口不兼容的对象能够相互合作。

2）问题

假如你正在开发一款股票市场监测程序， 它会从不同来源下载 XML 格式的股票数据， 然后向用户呈现出美观的图表。

在开发过程中， 你决定在程序中整合一个第三方智能分析函数库。 但是遇到了一个问题， 那就是分析函数库只兼容 JSON 格式的数据。

你可以修改程序库来支持 XML。 但是， 这可能需要修改部分依赖该程序库的现有代码。 甚至还有更糟糕的情况， 你可能根本没有程序库的源代码， 从而无法对其进行修改。

3）解决方案

你可以创建一个适配器。 这是一个特殊的对象， 能够转换对象接口， 使其能与其他对象进行交互。

适配器模式通过封装对象将复杂的转换过程隐藏于幕后。 被封装的对象甚至察觉不到适配器的存在。 例如， 你可以使用一个将所有数据转换为英制单位 （如英尺和英里） 的适配器封装运行于米和千米单位制中的对象。

适配器不仅可以转换不同格式的数据， 其还有助于采用不同接口的对象之间的合作。 它的运作方式如下：

1. 适配器实现与其中一个现有对象兼容的接口。
2. 现有对象可以使用该接口安全地调用适配器方法。
3. 适配器方法被调用后将以另一个对象兼容的格式和顺序将请求传递给该对象。

有时你甚至可以创建一个双向适配器来实现双向转换调用。

让我们回到股票市场程序。 为了解决数据格式不兼容的问题， 你可以为分析函数库中的每个类创建将 XML 转换为 JSON 格式的适配器， 然后让客户端仅通过这些适配器来与函数库进行交流。 当某个适配器被调用时， 它会将传入的 XML 数据转换为 JSON 结构， 并将其传递给被封装分析对象的相应方法。

四、代理模式

1）意图

代理模式是一种结构型设计模式， 让你能够提供对象的替代品或其占位符。 代理控制着对于原对象的访问， 并允许在将请求提交给对象前后进行一些处理。

2）问题

为什么要控制对于某个对象的访问呢？ 举个例子： 有这样一个消耗大量系统资源的巨型对象， 你只是偶尔需要使用它， 并非总是需要。

你可以实现延迟初始化： 在实际有需要时再创建该对象。 对象的所有客户端都要执行延迟初始代码。 不幸的是， 这很可能会带来很多重复代码。

在理想情况下， 我们希望将代码直接放入对象的类中， 但这并非总是能实现： 比如类可能是第三方封闭库的一部分。

3）解决方案

代理模式建议新建一个与原服务对象接口相同的代理类， 然后更新应用以将代理对象传递给所有原始对象客户端。 代理类接收到客户端请求后会创建实际的服务对象， 并将所有工作委派给它。

这有什么好处呢？ 如果需要在类的主要业务逻辑前后执行一些工作， 你无需修改类就能完成这项工作。 由于代理实现的接口与原类相同， 因此你可将其传递给任何一个使用实际服务对象的客户端

参考链接

https://refactoringguru.cn/design-patterns/catalog