1.设计模式原则

2.设计模式分类

3.常用设计模式

4.工厂模式定义

5.工厂模式类图

6.工厂模式示例

7.工厂模式应用

8.抽象工厂模式定义

9.抽象工厂模式类图

10.抽象工厂模式示例

11.抽象工厂模式应用

12.工厂方法模式、抽象工厂模式区别

什么是设计模式

在软件工程中,设计模式是对软件设计中普遍存在的各种问题,所提出的解决方案。

换句话说,设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类的、代码设计的经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码,让代码更容易被他人理解,保证代码可靠性。

设计模式原则

开闭原则

开闭原则的意思是:对扩展开放,对修改封闭。在程序需要进行扩展的时候,不能去修改或影响原有的代码,实现一个热插拔的效果。简言之,是为了使程序的扩展性更好,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。

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。 里氏代换原则中说,任何基类可以出现的地方,子类一定可以出现。里氏代换原则是继承复用的基石,只有当子类可以替换掉基类,且软件单位的功能不受到影响时,基类才能真正被复用,而且子类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化,而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现,所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。

依赖倒转原则

这个原则是开闭原则的基础,核心内容:针对接口编程,高层模块不应该依赖底层模块,二者都应该依赖抽象而不依赖于具体。

接口隔离原则

这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个庞大的接口要好。其目的在于降低耦合度。由此可见,其实设计模式就是从大型软件架构出发,便于升级和维护软件的设计思想。它强调低依赖、低耦合。

单一职责原则

类的职责要单一,不能将太多的职责放在一个类中。

可能有的人会觉得单一职责原则和前面的接口隔离原则很相似,其实不然。其一,单一职责原则原注重的是职责;而接口隔离原则注重对接口依赖的隔离。其二,单一职责原则主要约束的是类,其次才是接口和方法,它针对的是程序中的实现和细节;而接口隔离原则主要约束接口,主要针对抽象,针对程序整体框架的构建。

最少知道原则

最少知道原则也叫迪米特法则,就是说:一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。

一个对象应该对其他对象保持最少的了解。类与类之间的关系越密切,耦合度越大,当一个类发生改变时,对另一个类的影响也越大。如果两个类不必彼此直接通信,那么这两个类就不应当发生直接的相互作用。如果其中一个类需要调用另一个类的某一个方法的话,可以通过第三者转发这个调用。所以在类的设计上,每一个类都应当尽量降低成员的访问权限。

合成复用原则

合成复用原则就是在一个新的对象里通过关联关系(组合关系、聚合关系)来使用一些已有的对象,使之成为新对象的一部分;新对象通过委派调用已有对象的方法达到复用功能的目的。简而言之,尽量多使用组合/聚合的方式,尽量少使用甚至不使用继承关系。

设计模式分类

通常来说设计模式分为三大类:

  • 创建型模式,共 5 种:工厂模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。
  • 结构型模式,共 7 种:适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。
  • 行为型模式,共 11 种:策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。

什么是工厂模式

工厂模式(Factory Pattern)的意义就跟它的名字一样,在面向对象程序设计中,工厂通常是一个用来创建其他对象的对象。工厂模式根据不同的参数来实现不同的分配方案和创建对象。

在工厂模式中,我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑,并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。例如用工厂来创建 这个对象,如果我们需要一个男人对象,工厂就会为我们创建一个男人;如果我们需要一个女人,工厂就会为我们生产一个女人。

工厂模式通常分为:

  • 普通工厂模式
  • 多个工厂方法模式
  • 静态工厂方法模式

普通工厂模式

刚刚我们说到,用工厂模式来创建人。先创建一个男人,他每天都“吃饭、睡觉、打豆豆”,然后我们再创建一个女人,她每天也“吃饭、睡觉、打豆豆”。

我们以普通工厂模式为例,在 project 目录下新建一个FactoryTest.java

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// 二者共同的接口
interface Human{
public void eat();
public void sleep();
public void beat();
}

// 创建实现类 Male
class Male implements Human{
public void eat(){
System.out.println("Male can eat.");
}
public void sleep(){
System.out.println("Male can sleep.");
}
public void beat(){
System.out.println("Male can beat.");
}
}
//创建实现类 Female
class Female implements Human{
public void eat(){
System.out.println("Female can eat.");
}
public void sleep(){
System.out.println("Female can sleep.");
}
public void beat(){
System.out.println("Female can beat.");
}
}

// 创建普通工厂类
class HumanFactory{
public Human createHuman(String gender){
if( gender.equals("male") ){
return new Male();
}else if( gender.equals("female")){
return new Female();
}else {
System.out.println("请输入正确的类型!");
return null;
}
}
}

// 工厂测试类
public class FactoryTest {
public static void main(String[] args){
HumanFactory factory = new HumanFactory();
Human male = factory.createHuman("male");
male.eat();
male.sleep();
male.beat();
}
}

编译运行

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javac FactoryTest.java
java FactoryTest

运行结果

多个工厂方法模式

普通工厂模式就是上面那样子了,那么多个工厂方法模式又有什么不同呢?在普通工厂方法模式中,如果传递的字符串出错,则不能正确创建对象。多个工厂方法模式是提供多个工厂方法,分别创建对象。

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package 设计模式;

//两者共同的接口
interface Human {
public void eat();

public void sleep();

public void beat();
}

//创建实现类Male
class Male implements Human {
public void eat() {
System.out.println("Male can eat.");
}

public void sleep() {
System.out.println("Male can sleep.");
}

public void beat() {
System.out.println("Male can beat.");
}
}

//创建实现类Female
class Female implements Human {
public void eat() {
System.out.println("Female can eat.");
}

public void sleep() {
System.out.println("Female can sleep.");
}

public void beat() {
System.out.println("Female can beat.");
}
}

//多个工厂方法
class HumanFactory {
public Male CreateMale() {
return new Male();
}

public Female createFemale() {
return new Female();
}
}

//工厂测试类
public class FactoryTest2 {
public static void main(String args[]) {
HumanFactory factory = new HumanFactory();
Human maleHuman = factory.CreateMale();
maleHuman.eat();
maleHuman.sleep();
maleHuman.beat();
}
}

编译运行

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javac FactoryTest2.java
java FactoryTest2

运行结果

静态工厂方法模式

将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的,不需要创建实例,直接调用即可。

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package 设计模式;

//两者共同的接口
interface Human {
public void eat();

public void sleep();

public void beat();
}

//创建实现类Male
class Male implements Human {
public void eat() {
System.out.println("Male can eat.");
}

public void sleep() {
System.out.println("Male can sleep.");
}

public void beat() {
System.out.println("Male can beat.");
}
}

//创建实现类Female
class Female implements Human {
public void eat() {
System.out.println("Female can eat.");
}

public void sleep() {
System.out.println("Female can sleep.");
}

public void beat() {
System.out.println("Female can beat.");
}
}

//多个工厂方法
class HumanFactory{
public static Male createMale() {
return new Male();
}
public static Female createFemale() {
return new Female();
}
}

//工厂测试类
public class FactoryTest2 {
public static void main(String[] args){
Human male = HumanFactory.createMale();
male.eat();
male.sleep();
male.beat();
}
}

总结:凡是出现了大量的产品需要创建,并且具有共同的接口时,可以通过工厂方法模式进行创建。在以上的三种模式中,第一种如果传入的字符串有误,不能正确创建对象,第三种相对于第二种,不需要实例化工厂类,所以,大多数情况下,我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

什么是抽象工厂模式

抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern)是一种软件开发设计模式。抽象工厂模式提供了一种方式,可以将一组具有同一主题的单独的工厂封装起来。如果比较抽象工厂模式和工厂模式,我们不难发现前者只是在工厂模式之上增加了一层抽象的概念。抽象工厂是一个父类工厂,可以创建其它工厂类。所以我们也叫它 “工厂的工厂”。

抽象工厂模式类图

“女娲娘娘”只有一个,而我们的工厂却可以有多个,因此在这里用作例子就不合适了。作为“女娲娘娘”生产出来的男人女人们,那就让我们来当一次吃货吧。(吃的东西总可以任性多来一点)

现在,假设我们有 A、B 两个厨房。每个厨房拥有的餐具和食品都不一样,但是用户搭配使用的方式,比如刀子和苹果、杯子和牛奶等等,我们假设是一致的。

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package 抽象工厂模式;

//抽象食物
interface Food{
public String getFoodName();
}

//抽象餐具
interface TableWare{
public String getToolName();
}
//抽象工厂
interface KitchenFactory{
public Food getFood();
public TableWare getTableWare();
}

//具体食物 Apple 的定义如下
class Apple implements Food{
@Override
public String getFoodName() {
return "apple";
}
}

//具体餐具 Knife 的定义如下
class Knife implements TableWare{
@Override
public String getToolName() {
return "knife";
}
}

//以具体工厂 AKitchen 为例
class AKitchen implements KitchenFactory{
@Override
public Food getFood() {
return new Apple();
}
@Override
public TableWare getTableWare() {
return new Knife();
}
}

//吃货要开吃了
public class Foodaholic {
public void eat(KitchenFactory kitchenFactory) {
System.out.println("A foodaholic is eating " + kitchenFactory.getFood().getFoodName() + " with " + kitchenFactory.getTableWare().getToolName());
}

public static void main(String[] args) {
Foodaholic foodaholic = new Foodaholic();
KitchenFactory kitchenFactory = new AKitchen();
foodaholic.eat(kitchenFactory);

}

}

编译运行

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javac Foodaholic.java
java Foodaholic

运行结果

抽象工厂模式特别适合于这样的一种产品结构:产品分为几个系列,在每个系列中,产品的布局都是类似的,在一个系列中某个位置的产品,在另一个系列中一定有一个对应的产品。这样的产品结构是存在的,这几个系列中同一位置的产品可能是互斥的,它们是针对不同客户的解决方案,每个客户都只选择其一。

工厂方法模式、抽象工厂模式区别

工厂方法模式、抽象工厂模式,傻傻分不清楚。

为了解释得更清楚,先介绍两个概念:

  • 产品等级结构:比如一个抽象类是食物,其子类有苹果、牛奶等等,则抽象食物与具体食物名称之间构成了一个产品等级结构。食物是抽象的父类,而具体的食物名称是其子类。
  • 产品族:在抽象工厂模式中,产品族是指由同一个工厂生产的,位于不同产品等级结构中的一组产品。如 AKitchen 生产的苹果、刀子,苹果属于食物产品等级结构中,而刀子则属于餐具产品等级结构中。而 BKitchen 可能生成另一组产品,如牛奶、杯子。

因此工厂方法模式、抽象工厂模式最大的区别在于:

工厂方法模式:针对的是 一个产品等级结构

抽象工厂模式:针对 多个产品等级结构

什么是适配器模式

顾名思义,适配器模式(Adapter Pattern)当然是用来适配的啦。当你想使用一个已有的类,但是这个类的接口跟你的又不一样,不能拿来直接用,这个时候你就需要一个适配器来帮你了。

这就好像你兴冲冲地跑去香港,买了个港版的 iPhone6,充电器插头拿回家一看,不能用啊。这时候你多么需要买一个转接头适配器…

你去香港旅游,买的 iPhone6 的充电器插头是英标的,它是那种三脚是方形的插头。

而咱们国标的插头是两只脚,即使是三只脚的插头也和英标不一样。

为了方便,这里我们就假设国标插头就只是两只脚的插头吧。

好的,目标明确,英标三只脚插头充电,国标两只脚插头充电。你家很富,有很多插座可以充电。

在国内的家中只能用国标接口进行充电。

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// 国标插头
public interface CnPluginInterface {
void chargeWith2Pins();
}

// 实现国标插座的充电方法
public class CnPlugin implements CnPluginInterface {
public void chargeWith2Pins() {
System.out.println("charge with CnPlugin");
}
}

// 在国内家中充电
public class Home {
private CnPluginInterface cnPlugin;

public Home() { }

public Home(CnPluginInterface cnPlugin) {
this.cnPlugin = cnPlugin;
}

public void setPlugin(CnPluginInterface cnPlugin) {
this.cnPlugin = cnPlugin;
}

// 充电
public void charge() {
// 国标充电
cnPlugin.chargeWith2Pins();
}
}

// 国标测试类
public class CnTest {
public static void main(String[] args) {
CnPluginInterface cnPlugin = new CnPlugin();
Home home = new Home(cnPlugin);
// 会输出 “charge with CnPlugin”
home.charge();
}
}

然而,当把 iPhone6 带回来时,因为与家里的插座不匹配,所以需要一个适配器。这个适配器必须满足以下条件:

  1. 插头必须符合国内标准的接口,否则的话还是没办法插到国内插座中。
  2. 在调用上面实现的国标接口进行充电时,提供一种机制,将这个调用转到对英标接口的调用 。

这就要求:

  1. 适配器必须实现原有的旧的接口。
  2. 适配器对象中持有对新接口的引用,当调用旧接口时,将这个调用委托给实现新接口的对象来处理,也就是在适配器对象中组合一个新接口。
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// 英标插头
public interface EnPluginInterface {
void chargeWith3Pins();
}

// 实现英标插座的充电方法
public class EnPlugin implements EnPluginInterface {
public void chargeWith3Pins() {
System.out.println("charge with EnPlugin");
}
}

//适配器
public class PluginAdapter implements CnPluginInterface {
private EnPluginInterface enPlugin;

public PluginAdapter(EnPluginInterface enPlugin) {
this.enPlugin = enPlugin;
}

// 这是重点,适配器实现了国标的插头,然后重写国标的充电方法,在国标的充电方法中调用英标的充电方法
@Override
public void chargeWith2Pins() {
enPlugin.chargeWith3Pins();
}
}

// 适配器测试类
public class AdapterTest {
public static void main(String[] args) {
EnPluginInterface enPlugin = new EnPlugin();
Home home = new Home();
PluginAdapter pluginAdapter = new PluginAdapter(enPlugin);
home.setPlugin(pluginAdapter);
// 会输出 “charge with EnPlugin”
home.charge();
}
}

适配器模式的三个特点

  • 适配器对象实现原有接口
  • 适配器对象组合一个实现新接口的对象(这个对象也可以不实现一个接口,只是一个单纯的对象)
  • 对适配器原有接口方法的调用被委托给新接口的实例的特定方法

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