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What are the commonly used design patterns in Java?

青灯夜游
青灯夜游Original
2021-05-25 13:51:3170994browse

Commonly used design patterns in java: 1. Singleton mode; 2. Factory mode; 3. Builder mode; 4. Observer mode; 5. Adapter mode; 6. Agent mode; 7. Decoration mode.

What are the commonly used design patterns in Java?

The operating environment of this tutorial: windows7 system, java8 version, DELL G3 computer.

Num1: Singleton mode

Basic concept: Ensure that a class has only one instance and provide a global access point to access it.

Common writing:

hunger style

public class Singleton{
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    private Singleton(){
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
}

call

Singleton.getInstance().method();

lazy man style

public class Singleton {  
    /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为null,目的是实现延迟加载 */  
    private static Singleton instance = null;  
  
    /* 私有构造方法,防止被实例化 */  
    private Singleton() {}  
  
    /* 1:懒汉式,静态工程方法,创建实例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
protected void method() {  
        System.out.println("SingletonInner");  
    }
}

Call:

Singleton.getInstance().method();

Advantages: Delayed loading (loading only when needed), suitable for single-threaded operation
Disadvantages: Thread unsafe, it is easy to be out of sync in multi-threads , such as when frequent read and write operations are performed on database objects.

Dual thread check mode

public class SingletonInner {  
    private static volatile SingletonInner sInst = null;  // <<< 这里添加了 volatile  
    /** 
     * 私有的构造函数 
     */  
    private SingletonInner() {}  
  
    public static SingletonInner getInstance() {  
        if (inst == null) {            synchronized (SingletonInner.class) {if (inst == null) {
                    sInst = new SingletonInner();
                }
            }
        }        return sInst;  
    }    protected void method() {  
        System.out.println("SingletonInner");  
    }  
}

Call:

Singleton.getInstance().method();

Advantages: thread safety, support delayed loading, high calling efficiency
Disadvantages: The writing method is complicated and not concise

Implementation of internal classes

public class SingletonInner {  
    /** 
     * 内部类实现单例模式 
     * 延迟加载,减少内存开销   
     */  
    private static class SingletonHolder {  
        private static SingletonInner instance = new SingletonInner();  
    }  
  
    /** 
     * 私有的构造函数 
     */  
    private SingletonInner() {}  
  
    public static SingletonInner getInstance() {  
        return SingletonHolder.instance;  
    }  
  
    protected void method() {  
        System.out.println("SingletonInner");  
    }  
}

Call:

Singleton.getInstance().method();

Advantages: delayed loading, thread safety (when loading class in java Mutually exclusive), also reduces memory consumption, it is recommended to use the inner class method.

Num2: Factory pattern

Basic concept: Provide a transition interface for creating objects, so as to shield and isolate the specific process of creating objects to achieve the purpose of improving flexibility.

is divided into three categories:

  • Simple factory modelSimple Factory: Not conducive to the production of series products;

  • Factory Method PatternFactory Method: Also known as Polymorphic Factory;

  • Abstract Factory PatternAbstract Factory: Also known as The toolbox generates product families, but is not conducive to generating new products;

These three modes are gradually abstracted from top to bottom and are more general. In the book "Design Patterns", GOF divides the factory pattern into two categories: Factory Method pattern (Factory Method) and Abstract Factory pattern (Abstract Factory). Think of the Simple Factory pattern as a special case of the Factory Method pattern, and the two are classified into the same category.

Simple Factory Pattern

Simple Factory Pattern is also called Static Factory Method Pattern. It can be seen from the renaming that this mode must be very simple. Its purpose is simple: to define an interface for creating objects.

In the simple factory pattern, a factory class is at the center of the call to product class instantiation. It determines which product class should be instantiated, just like a traffic policeman standing in the flow of passing vehicles. It is the same as deciding which direction to let vehicles flow in.

Let’s take a look at its composition first:

  • Factory role: This is the core of this model and contains certain business logic and judgment logic. In java it is often implemented by a concrete class.
  • Abstract product role: It is generally the parent class inherited by a specific product or the interface implemented. It is implemented in java by interface or abstract class.
  • Specific product role: The object created by the factory class is an instance of this role. Implemented by a concrete class in java.

Sample code:

public class Factory{ //getClass 产生Sample 一般可使用动态类装载装入类。
    public static Sample creator(int which){ 
        if (which==1)
            return new SampleA();
        else if (which==2)
            return new SampleB();
    }
}

Another popular norm is to name the static factory method valueOf or getInstance.

valueOf: The instance returned by this method has the same value as its parameter, for example:

Integer a=Integer.valueOf(100); //返回取值为100的Integer对象
public class Complex {
    private final float re;
    private final float im;

    private Complex(float re, float im){
        this.re = re;
        this.im = im;
    }

    public static Complex valueOf(float re, float im){
        return new Complex(re, im);
    }

    public static Complex valueOfPolar(float r, float theta){
        return new Complex((float)(r * Math.cos(theta)), (float)(r * Math.sin(theta)));
    }
}

As can be seen from the above code, the valueOf() method can be executed Type conversion operation, in this example, converts basic data of type int into Integer objects.

getInstance: The returned instance matches the parameters, for example:

Calendar cal=Calendar.getInstance(Locale.CHINA); //返回符合中国标准的日历

Factory method pattern

The factory method pattern is simple Further abstraction and promotion of the factory pattern, in the factory method pattern, it is no longer just a factory class that determines which product class should be instantiated. This decision is left to the subclasses of the abstract factory.
Let’s take a look at its composition:

  • 抽象工厂角色: 这是工厂方法模式的核心,它与应用程序无关。是具体工厂角色必须实现的接口或者必须继承的父类。在java中它由抽象类或者接口来实现。
  • 具体工厂角色:它含有和具体业务逻辑有关的代码。由应用程序调用以创建对应的具体产品的对象
  • 抽象产品角色:它是具体产品继承的父类或者是实现的接口。在java中一般有抽象类或者接口来实现。
  • 具体产品角色:具体工厂角色所创建的对象就是此角色的实例。在java中由具体的类来实现。

工厂方法模式使用继承自抽象工厂角色的多个子类来代替简单工厂模式中的“上帝类”。正如上面所说,这样便分担了对象承受的压力;而且这样使得结构变得灵活 起来——当有新的产品(即暴发户的汽车)产生时,只要按照抽象产品角色、抽象工厂角色提供的合同来生成,那么就可以被客户使用,而不必去修改任何已有的代 码。可以看出工厂角色的结构也是符合开闭原则的!

示例代码:

//抽象产品角色
public interface Moveable {
    void run();
}
//具体产品角色
public class Plane implements Moveable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("plane....");
    }
}
//具体产品角色
public class Broom implements Moveable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("broom.....");
    }
}

//抽象工厂
public abstract class VehicleFactory {
    abstract Moveable create();
}
//具体工厂
public class PlaneFactory extends VehicleFactory{
    public Moveable create() {
        return new Plane();
    }
}
//具体工厂
public class BroomFactory extends VehicleFactory{
    public Moveable create() {
        return new Broom();
    }
}
//测试类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        VehicleFactory factory = new BroomFactory();
        Moveable m = factory.create();
        m.run();
    }
}

可以看出工厂方法的加入,使得对象的数量成倍增长。当产品种类非常多时,会出现大量的与之对应的工厂对象,这不是我们所希望的。因为如果不能避免这种情 况,可以考虑使用简单工厂模式与工厂方法模式相结合的方式来减少工厂类:即对于产品树上类似的种类(一般是树的叶子中互为兄弟的)使用简单工厂模式来实 现。

简单工厂和工厂方法模式的比较

工厂方法模式和简单工厂模式在定义上的不同是很明显的。工厂方法模式的核心是一个抽象工厂类,而不像简单工厂模式, 把核心放在一个实类上。工厂方法模式可以允许很多实的工厂类从抽象工厂类继承下来, 从而可以在实际上成为多个简单工厂模式的综合,从而推广了简单工厂模式。 
反过来讲,简单工厂模式是由工厂方法模式退化而来。设想如果我们非常确定一个系统只需要一个实的工厂类, 那么就不妨把抽象工厂类合并到实的工厂类中去。而这样一来,我们就退化到简单工厂模式了。

抽象工厂模式

示例代码:

//抽象工厂类
public abstract class AbstractFactory {
    public abstract Vehicle createVehicle();
    public abstract Weapon createWeapon();
    public abstract Food createFood();
}
//具体工厂类,其中Food,Vehicle,Weapon是抽象类,
public class DefaultFactory extends AbstractFactory{
    @Override
    public Food createFood() {
        return new Apple();
    }
    @Override
    public Vehicle createVehicle() {
        return new Car();
    }
    @Override
    public Weapon createWeapon() {
        return new AK47();
    }
}
//测试类
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory f = new DefaultFactory();
        Vehicle v = f.createVehicle();
        v.run();
        Weapon w = f.createWeapon();
        w.shoot();
        Food a = f.createFood();
        a.printName();
    }
}

在抽象工厂模式中,抽象产品 (AbstractProduct) 可能是一个或多个,从而构成一个或多个产品族(Product Family)。 在只有一个产品族的情况下,抽象工厂模式实际上退化到工厂方法模式。

总结

  • 简单工厂模式是由一个具体的类去创建其他类的实例,父类是相同的,父类是具体的。 

  • 工厂方法模式是有一个抽象的父类定义公共接口,子类负责生成具体的对象,这样做的目的是将类的实例化操作延迟到子类中完成。

  • 抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无须指定他们具体的类。它针对的是有多个产品的等级结构。而工厂方法模式针对的是一个产品的等级结构。

Num3:建造(Builder)模式

基本概念:是一种对象构建的设计模式,它可以将复杂对象的建造过程抽象出来(抽象类别),使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现(属性)的对象。

What are the commonly used design patterns in Java?是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户可以只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们。用户不知道内部的具体构建细节。What are the commonly used design patterns in Java?是非常类似抽象工厂模式,细微的区别大概只有在反复使用中才能体会到。

UML结构图:

What are the commonly used design patterns in Java?

上图是Strategy 模式的结构图,让我们可以进行更方便的描述:

  • Builder:为创建一个Product对象的各个部件指定抽象接口。

  • ConcreteBuilder:实现Builder的接口以构造和装配该产品的各个部件,定义并明确它所创建的表示,提供一个检索产品的接口

  • Director:构造一个使用Builder接口的对象。

  • Product:表示被构造的复杂对象。ConcreateBuilder创建该产品的内部表示并定义它的装配过程。

为何使用

是为了将构建复杂对象的过程和它的部件解耦。注意:是解耦过程和部件。
因为一个复杂的对象,不但有很多大量组成部分,如汽车,有很多部件:车轮、方向盘、发动机,还有各种小零件等等,部件很多,但远不止这些,如何将这些部件装配成一辆汽车,这个装配过程也很复杂(需要很好的组装技术),What are the commonly used design patterns in Java?就是为了将部件和组装过程分开。

如何使用

首先假设一个复杂对象是由多个部件组成的,What are the commonly used design patterns in Java?是把复杂对象的创建和部件的创建分别开来,分别用Builder类和Director类来表示。

首先,需要一个接口,它定义如何创建复杂对象的各个部件:

public interface Builder {
   //创建部件A  比如创建汽车车轮void buildPartA();
   //创建部件B 比如创建汽车方向盘void buildPartB();
   //创建部件C 比如创建汽车发动机void buildPartC();
   //返回最后组装成品结果 (返回最后装配好的汽车)
   //成品的组装过程不在这里进行,而是转移到下面的Director类中进行.
   //从而实现了解耦过程和部件    Product getResult();
}

用Director构建最后的复杂对象,而在上面Builder接口中封装的是如何创建一个个部件(复杂对象是由这些部件组成的),也就是说Director的内容是如何将部件最后组装成成品:

public class Director {
    private Builder builder;
    public Director( Builder builder ) {
        this.builder = builder;
   }
   // 将部件partA partB partC最后组成复杂对象
   //这里是将车轮 方向盘和发动机组装成汽车的过程
    public void construct() {
        builder.buildPartA();
        builder.buildPartB();
        builder.buildPartC();
    }
}

Builder的具体实现ConcreteBuilder:

  • 通过具体完成接口Builder来构建或装配产品的部件;
  • 定义并明确它所要创建的是什么具体东西;
  • 提供一个可以重新获取产品的接口。
public class ConcreteBuilder implements Builder {
 Part partA, partB, partC;
 public void buildPartA() {
  //这里是具体如何构建 }
 public void buildPartB() {
  //这里是具体如何构建 }
 public void buildPartC() {
  //这里是具体如何构建 }
 public Product getResult() {
  //返回最后组装成品结果 }
}

复杂对象:产品Product:

public interface Product { }

复杂对象的部件:

public interface Part { }

我们看看如何调用What are the commonly used design patterns in Java?:

ConcreteBuilder builder = new ConcreteBuilder();
Director director = new Director( builder );
director.construct();
Product product = builder.getResult();

What are the commonly used design patterns in Java?的应用

在Java实际使用中,我们经常用到"池"(Pool)的概念,当资源提供者无法提供足够的资源,并且这些资源需要被很多用户反复共享时,就需要使用池。"池"实际是一段内存,当池中有一些复杂的资源的"断肢"(比如数据库的连接池,也许有时一个连接会中断),如果循环再利用这些"断肢",将提高内存使用效率,提高池的性能。修改What are the commonly used design patterns in Java?中Director类使之能诊断"断肢"断在哪个部件上,再修复这个部件。

Num4:What are the commonly used design patterns in Java?

基本概念:What are the commonly used design patterns in Java?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主题对象。这个主题对象在状态发生变化时,会通知所有观察者对象,使它们能够自动更新自己。What are the commonly used design patterns in Java?又叫发布-订阅(Publish/Subscribe)模式。

UML结构图

What are the commonly used design patterns in Java?

上图是Observer 模式的结构图,让我们可以进行更方便的描述:

  • Subject类:它把所有对观察者对象的引用保存在一个聚集里,每个主题都可以有任何数量的观察着。抽象主题提供一个接口,可以增加和删除观察着对象。

  • Observer类:抽象观察者,为所有的具体观察者定义一个接口,在得到主题的通知时更新自己。

  • ConcreteSubject类:具体主题,将有关状态存入具体观察者对象;在具体主题的内部状态改变时,给所有登记过的观察者发出通知。

  • ConcreteObserver类:具体观察者,实现抽象观察者角色所要求的更新接口,以便使本身的状态与主题的状态相协调。

如何使用

例如:老师有电话号码,学生需要知道老师的电话号码以便于在合适的时候拨打,在这样的组合中,老师就是一个被观察者(Subject),学生就是需要知道信息的观察者,当老师的电话号码发生改变时,学生得到通知,并更新相应的电话记录。

先创建一个Subject类:

/**  
 * Subject(目标,Subject):    
 * 目标知道它的观察者。可以有任意多个观察者观察同一个目标。  
 * 提供注册和删除观察者对象的接口。  
 */  public interface Subject {  
    public void attach(Observer mObserver);  
    public void detach(Observer mObserver);        
    public void notice();  
}

创建Observer类:

/**  
 * Observer(观察者,Observer):  
 * 为那些在目标发生改变时需要获得通知的对象定义一个更新接口。   
 */  public interface Observer {  
    public void update();  
}

创建ConcreteSubject类:

/**  
 * ConcreteSubject(具体目标,Teacher)  
 * 将有关状态存入各ConcreteObserve对象。  
 * 当他的状态发生改变时,向他的各个观察者发出通知。   
 */  public class Teacher implements Subject{  
     
    private String phone;  
    private Vector students;  
    
    public Teacher(){  
        phone = "";  
        students = new Vector();  
    }  
  
    @Override  
    public void attach(Observer mObserver) {  
        students.add(mObserver);  
    }  
  
    @Override  
    public void detach(Observer mObserver) {  
        students.remove(mObserver);  
    }  
  
    @Override  
    public void notice() {  
        for(int i=0;i

创建ConcreteObserver类:

/**  
 * ConcreteObserver(具体观察者, Student):  
 * 维护一个指向ConcreteSubject对象的引用。  
 * 存储有关状态,这些状态应与目标的状态保持一致。  
 * 实现Observer的更新接口以使自身状态与目标的状态保持一致。  
 */  public class Student implements Observer{  
  
    private String name;  
    private String phone;  
    private Teacher mTeacher;  
      
    public Student(String name,Teacher t){  
       this.name = name;  
       mTeacher = t;  
    }  
      
    public void show(){  
       System.out.println("Name:"+name+"\nTeacher'sphone:" + phone);  
    }  
      
    @Override  
    public void update() {  
        phone = mTeacher.getPhone();  
    }  
}

客户端测试:

/**  
 * 观察者(Observer)模式测试类   
 */  public class ObserverClient {  
    public static void main(String[] args) {  
       Vector students = new Vector();  
       Teacher t = new Teacher();  
       for(int i= 0;i<10;i++){  
           Student st = new Student("Andy.Chen"+i,t);  
           students.add(st);  
           t.attach(st);  
       }  
         
       System.out.println("Welcome to Andy.Chen Blog!" +"\n"   
                   +"Observer Patterns." +"\n"  
                   +"-------------------------------");  
         
       t.setPhone("12345678");  
       for(int i=0;i<3;i++)  
           ((Student)students.get(i)).show();  
         
       t.setPhone("87654321");  
       for(int i=0;i<3;i++)  
           ((Student)students.get(i)).show();  
    }  
}

程序运行结果如下:

Welcome to Andy.Chen Blog!  Observer Patterns.  
-------------------------------  Name:Andy.Chen0  
Teacher'sphone:12345678  
Name:Andy.Chen1  
Teacher'sphone:12345678  
Name:Andy.Chen2  
Teacher'sphone:12345678  
Name:Andy.Chen0  
Teacher'sphone:87654321  
Name:Andy.Chen1  
Teacher'sphone:87654321  
Name:Andy.Chen2  
Teacher'sphone:87654321

总结

What are the commonly used design patterns in Java?何时适用?

  • 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。将这二者封装在独立的对象中可以使他们各自独立地改变和复用。

  • 当对一个对象的改变需要同时改变其它对象,而不知道具体由多少对象有待改变。

  • 当一个对象必须通知其他对象,而它又不能假定其他对象是谁,换言之,你不希望这些对象是紧密耦合的。让耦合的双方都依赖于抽象,而不是依赖于具体。

Num5:适配器(Adapter)模式

基本概念:适配器模式把一个类的接口变换成客户端所期待的另一种接口,从而使原本因接口不匹配而无法在一起工作的两个类能够在一起工作。

适配器模式的用途

用电器做例子,笔记本电脑的插头一般都是三相的,即除了阳极、阴极外,还有一个地极。而有些地方的电源插座却只有两极,没有地极。电源插座与笔记本电脑的电源插头不匹配使得笔记本电脑无法使用。这时候一个三相到两相的转换器(适配器)就能解决此问题,而这正像是本模式所做的事情。

适配器模式的结构
适配器模式有类的适配器模式对象的适配器模式两种不同的形式。

What are the commonly used design patterns in Java?:

What are the commonly used design patterns in Java?

在上图中可以看出,Adaptee类并没有sampleOperation2()方法,而客户端则期待这个方法。为使客户端能够使用Adaptee类,提供一个中间环节,即类Adapter,把Adaptee的API与Target类的API衔接起来。Adapter与Adaptee是继承关系,这决定了这个适配器模式是类的:

  • 目标(Target)角色:这就是所期待得到的接口。注意:由于这里讨论的是What are the commonly used design patterns in Java?,因此目标不可以是类。
  • 源(Adapee)角色:现在需要适配的接口。
  • 适配器(Adaper)角色:适配器类是本模式的核心。适配器把源接口转换成目标接口。显然,这一角色不可以是接口,而必须是具体类。
What are the commonly used design patterns in Java?模式:

What are the commonly used design patterns in Java?

从上图可以看出,Adaptee类并没有sampleOperation2()方法,而客户端则期待这个方法。为使客户端能够使用Adaptee类,需要提供一个包装(Wrapper)类Adapter。这个包装类包装了一个Adaptee的实例,从而此包装类能够把Adaptee的API与Target类的API衔接起来。Adapter与Adaptee是委派关系,这决定了适配器模式是对象的。

示例代码:

public interface Target {    /**
     * 这是源类Adaptee也有的方法     */
    public void sampleOperation1(); 
    /**
     * 这是源类Adapteee没有的方法     */
    public void sampleOperation2(); 
}public class Adaptee {    public void sampleOperation1(){}
}

适配器类:

public class Adapter {
    private Adaptee adaptee;
    public Adapter(Adaptee adaptee){
        this.adaptee = adaptee;
    }
    /**
     * 源类Adaptee有方法sampleOperation1
     * 因此适配器类直接委派即可
     */
    public void sampleOperation1(){
        this.adaptee.sampleOperation1();
    }
    /**
     * 源类Adaptee没有方法sampleOperation2
     * 因此由适配器类需要补充此方法
     */
    public void sampleOperation2(){
        //写相关的代码
    }
}

类适配器和What are the commonly used design patterns in Java?的权衡

  • 类适配器使用对象继承的方式,是静态的定义方式;而What are the commonly used design patterns in Java?使用对象组合的方式,是动态组合的方式。
  • 对于类适配器由于适配器直接继承了Adaptee,使得适配器不能和Adaptee的子类一起工作,因为继承是静态的关系,当适配器继承了Adaptee后,就不可能再去处理  Adaptee的子类了。

  • 对于What are the commonly used design patterns in Java?一个适配器可以把多种不同的源适配到同一个目标。换言之,同一个适配器可以把源类和它的子类都适配到目标接口。因为What are the commonly used design patterns in Java?采用的是对象组合的关系,只要对象类型正确,是不是子类都无所谓。

  • 对于类适配器适配器可以重定义Adaptee的部分行为,相当于子类覆盖父类的部分实现方法。

  • 对于What are the commonly used design patterns in Java?要重定义Adaptee的行为比较困难,这种情况下,需要定义Adaptee的子类来实现重定义,然后让适配器组合子类。虽然重定义Adaptee的行为比较困难,但是想要增加一些新的行为则方便的很,而且新增加的行为可同时适用于所有的源。

  • 对于类适配器,仅仅引入了一个对象,并不需要额外的引用来间接得到Adaptee。

  • 对于What are the commonly used design patterns in Java?,需要额外的引用来间接得到Adaptee。

建议尽量使用What are the commonly used design patterns in Java?的实现方式,多用合成或聚合、少用继承。当然,具体问题具体分析,根据需要来选用实现方式,最适合的才是最好的。

适配器模式的优点

  • 更好的复用性:系统需要使用现有的类,而此类的接口不符合系统的需要。那么通过适配器模式就可以让这些功能得到更好的复用。

  • 更好的扩展性:在实现适配器功能的时候,可以调用自己开发的功能,从而自然地扩展系统的功能。

适配器模式的缺点

  过多的使用适配器,会让系统非常零乱,不易整体进行把握。比如,明明看到调用的是A接口,其实内部被适配成了B接口的实现,一个系统如果太多出现这种情况,无异于一场灾难。因此如果不是很有必要,可以不使用适配器,而是直接对系统进行重构。

Num6:What are the commonly used design patterns in Java?

基本概念:为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。也可以说,在出发点到目的地之间有一道中间层,意为代理。

为什么要使用

  • 授权机制不同级别的用户对同一对象拥有不同的访问权利,如在论坛系统中,就使用Proxy进行授权机制控制,访问论坛有两种人:注册用户和游客(未注册用户),论坛就通过类似ForumProxy这样的代理来控制这两种用户对论坛的访问权限。

  • 某个客户端不能直接操作到某个对象,但又必须和那个对象有所互动。

举例两个具体情况:

  • 如果那个对象是一个是很大的图片,需要花费很长时间才能显示出来,那么当这个图片包含在文档中时,使用编辑器或浏览器打开这个文档,打开文档必须很迅速,不能等待大图片处理完成,这时需要做个图片Proxy来代替真正的图片。
  • 如果那个对象在Internet的某个远端服务器上,直接操作这个对象因为网络速度原因可能比较慢,那我们可以先用Proxy来代替那个对象。

总之原则是,对于开销很大的对象,只有在使用它时才创建,这个原则可以为我们节省很多宝贵的Java内存。所以,有些人认为Java耗费资源内存,我以为这和程序编制思路也有一定的关系。

如何使用

以论坛系统为例,访问论坛系统的用户有多种类型:注册普通用户、论坛管理者、系统管理者、游客。注册普通用户才能发言,论坛管理者可以管理他被授权的论坛,系统管理者可以管理所有事务等,这些权限划分和管理是使用Proxy完成的。
在Forum中陈列了有关论坛操作的主要行为,如论坛名称,论坛描述的获取和修改,帖子发表删除编辑等,在ForumPermissions中定义了各种级别权限的用户:

public class ForumPermissions implements Cacheable {
    /**
    * Permission to read object.
    */
    public static final int READ = 0;

    /**
    * Permission to administer the entire sytem.
    */
    public static final int SYSTEM_ADMIN = 1;

    /**
    * Permission to administer a particular forum.
    */
    public static final int FORUM_ADMIN = 2;

    /**
    * Permission to administer a particular user.
    */
    public static final int USER_ADMIN = 3;

    /**
    * Permission to administer a particular group.
    */
    public static final int GROUP_ADMIN = 4;

    /**
    * Permission to moderate threads.
    */
    public static final int MODERATE_THREADS = 5;

    /**
    * Permission to create a new thread.
    */
    public static final int CREATE_THREAD = 6;

    /**
    * Permission to create a new message.
    */
    public static final int CREATE_MESSAGE = 7;

    /**
    * Permission to moderate messages.
    */
    public static final int MODERATE_MESSAGES = 8;
  
    public boolean isSystemOrForumAdmin() {
        return (values[FORUM_ADMIN] || values[SYSTEM_ADMIN]);
    }

//相关操作代码
}

因此,Forum中各种操作权限是和ForumPermissions定义的用户级别有关系的,作为接口Forum的实现:ForumProxy正是将这种对应关系联系起来。比如,修改Forum的名称,只有论坛管理者或系统管理者可以修改,代码如下:

public class ForumProxy implements Forum {
    private ForumPermissions permissions;
    private Forum forum;
    this.authorization = authorization;

    public ForumProxy(Forum forum, Authorization authorization,ForumPermissions permissions){
        this.forum = forum;
        this.authorization = authorization;
        this.permissions = permissions;
    }
    .....
    public void setName(String name) throws UnauthorizedException,
        ForumAlreadyExistsException{
        //只有是系统或论坛管理者才可以修改名称
      if (permissions.isSystemOrForumAdmin()) {
        forum.setName(name);
      }
    else {
    throw new UnauthorizedException();
    }
    }
    ...

}

而DbForum才是接口Forum的真正实现,以修改论坛名称为例:

public class DbForum implements Forum, Cacheable {
    ...
    public void setName(String name) throws ForumAlreadyExistsException {
  ....
        this.name = name;
       //这里真正将新名称保存到数据库中
       saveToDb();
  ....
    }
    ...
}

凡是涉及到对论坛名称修改这一事件,其他程序都首先得和ForumProxy打交道,由ForumProxy决定是否有权限做某一样事情,ForumProxy是个名副其实的"网关","安全代理系统"。
在平时应用中,无可避免总要涉及到系统的授权或安全体系,不管你有无意识的使用Proxy,实际你已经在使用Proxy了。

流程图

What are the commonly used design patterns in Java?

Num7:What are the commonly used design patterns in Java?

基本概念:What are the commonly used design patterns in Java?(Decorator),动态地给一个对象添加一些额外的职责,就增加功能来说,What are the commonly used design patterns in Java?比生成子类更为灵活。

UML结构图

What are the commonly used design patterns in Java?

上图是Decorator 模式的结构图,让我们可以进行更方便的描述:

  • Component是定义一个对象接口,可以给这些对象动态地添加职责。

  • ConcreteComponent是定义了一个具体的对象,也可以给这个对象添加一些职责。

Decorator是装饰抽象类,继承了Component,从外类来扩展Component类的功能,但对于Component来说,是无需知道Decorator存在的。ConcreteDecorator就是具体的装饰对象,起到给Component添加职责的功能。

如何使用

假设情景:某人装扮自己形象,穿衣服,裤子,鞋子,戴帽子等来把自己给包装起来,需要把所需的功能按正确的顺序串联起来进行控制,我们应该如何设计才能做到呢?如下,先看下代码结构图:

先创建一个接口类:Component.java

public interface Component {    
    void show();
}

创建一个具体的 ConcreteComponent 来实现 Component 接口:Person.java

public class Person implements Component{
    private String name;
    public String getName() {
        return name;
    }

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

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

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("装扮的" + name);
    }
}

创建装饰类 Decorator 实现 Component 接口

public class Decorator implements Component{
    private Component mComponent;
    public void decoratorObj(Component component){
        mComponent = component;
    }

    @Override
    public void show() {
        if(mComponent != null){
            mComponent.show();
        }
    }
}

分别创建具体的装饰类:Jeans.java , Pelisse.java, Sandal.java ...等等,分别继承 Decorator.java 类

/** 牛仔裤 */
public class Jeans extends Decorator {
    @Override
    public void show(){
        System.out.println("穿牛仔裤");
        super.show();
    }
    
}

客户端测试类

/**
 * What are the commonly used design patterns in Java?测试客户端
 */
public class DecoratorClient {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Welcome to Andy.Chen Blog!" +"\n" 
                   +"Decorator Patterns." +"\n");
        
        Person mPerson = new Person("Andy");
        
        Sandal mSandal = new Sandal();
        Jeans mJeans = new Jeans();
        TShirt mShirt = new TShirt();
        
        mShirt.decoratorObj(mPerson);
        mJeans.decoratorObj(mShirt);
        mSandal.decoratorObj(mJeans);
        mSandal.show(); 
    }
}

测试结果

Welcome to Andy.Chen Blog!
Decorator Patterns.
  
穿凉鞋
穿牛仔裤
穿T-Shirt
装扮的Andy

总结

Decorator模式有以下的优缺点:

  • More flexible than static inheritance Compared with static inheritance of objects, the Decorator pattern provides a more flexible way to add responsibilities to objects. You can use the add and detach methods, and use decoration to add responsibilities at runtime. and remove responsibilities. Using the inheritance mechanism to add responsibilities requires creating a new subclass. If you need to add functions to all original subclasses, each subclass needs to be rewritten, increasing the complexity of the system. In addition, multiple subclasses can be provided for a specific Component class. Decorator, this kind of mixing and matching is difficult to achieve using inheritance.

  • Avoid having too many features in classes higher up in the hierarchy. The Decorator pattern provides a "pay-as-you-go" approach to adding responsibilities without trying to create a complex The customizable class supports all foreseeable features. Instead, you can define a simple class and gradually add functions to it using the Decorator class, combining simple components to create complex functions.

  • Decorator is different from its Component. Decorator is a transparent package. If we start from the perspective of object identification, there is a difference between a decorated component and this component, so Decorators should not be used with object identifiers.

  • Produces many small objects. System design using the Decorator pattern often produces many small objects that look similar. These objects only differ in the way they are connected to each other.

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