《Java设计模式》课件2.ppt

1、Java设计模式钱江Java设计模式软件设计模式基础面向对象设计原则创建模式结构模式行为模式软件设计模式基础什么是设计模式广义讲，软件设计模式是可解决一类软件问题并能重复使用的软件设计方案狭义讲，设计模式是对被用来在特定场景下解决一般设计问题的类和相互通信的对象的描述。是在类和对象的层次描述的可重复使用的软件设计问题的解决方案模式体现的是程序整体的构思，所以有时候它也会出现在分析或者是概要设计阶段 模式的核心思想是通过增加抽象层，把变化部分从那些不变部分里分离出来软件设计模式基础模式的基本要素模式的基本要素模式名称模式名称(Pattern Name)(Pattern Name)问题问题(Pro

2、blem)(Problem)：描述应该在何时使用模式。解释了设计问题和问题存在的前因后果,可能还描述模式必须满足的先决条件解决方案解决方案(Solution)(Solution)：描述了设计的组成成分、相互关系及各自的职责和协作方式。模式就像一个模板，可应用于多种场合，所以解决方案并不描述一个具体的设计或实现，而是提供设计问题的抽象描述和解决问题所采用的元素组合（类和对象）效果效果(consequences)(consequences)：描述模式的应用效果及使用模式应权衡的问题软件设计模式基础如何描述设计模式如何描述设计模式u模式模式名和分类名和分类：模式名简介的描述了模式的本质。u意图意图：

3、设计模式是做什么的？它的基本原理和意图是什么？它解决的是什么样的特定设计问题？u别名别名：模式的其他名称u动机动机：说明一个设计问题以及如何用模式中的类、对象来解决该问题的特定情景u适用性适用性：什么情况下可以使用该设计模式？该模式可用来改进哪些不良设计？如何识别这些情况？u结构结构：采用对象建模技术对模式中的类进行图形描述u参与者参与者：指设计模式中的类和(或)对象以及它们各自的职责软件设计模式基础如何描述设计模式如何描述设计模式u协作协作：模式的参与者如何协作以实现其职责u效果效果：模式如何支持其目标？使用模式的效果和所需做的权衡取舍？系统结构的哪些方面可以独立改变？u实现实现：实现模式时

4、需了解的一些提示、技术要点及应避免的缺陷，以及是否存在某些特定于实现语言的问题u代码示例代码示例：用来说明怎样实现该模式的代码片段u已知应用已知应用：实际系统中发现的模式的例子u相关模式相关模式：与这个模式紧密相关的模式有哪些？其不同之处是什么？这个模式应与哪些其他模式一起使用？动手实践从两幅扑克牌中任意抽取10张牌，打印出相同的牌面向对象设计原则面向对象设计原则面向对象设计原则单一职责原则（SRP，Single Responsibility Principle）开放封闭原则（OCP，Open Closed Principle）依赖倒转原则（DIP，Dependence Inversion P

5、rinciple）接口隔离原则（ISP，Interface Segregation Principle）里氏代换原则（LSP，Liskov Substitution Principle）面向对象设计原则单一职责原则（SRP）对于单一职责原则，其核心思想为：一个类，最好只做一件事，只有一个引起它的变化。单一职责原则可以看做是低耦合、高内聚在面向对象原则上的引申，将职责定义为引起变化的原因，以提高内聚性来减少引起变化的原因。职责过多，可能引起它变化的原因就越多，这将导致职责依赖，相互之间就产生影响，从而大大损伤其内聚性和耦合度。通常意义下的单一职责，就是指只有一种单一功能，不要为类实现过多的功能点

6、，以保证实体只有一个引起它变化的原因。专注，是一个人优良的品质；同样的，单一也是一个类的优良设计。交杂不清的职责将使得代码看起来特别别扭牵一发而动全身，有失美感和必然导致丑陋的系统错误风险。面向对象设计原则开放封闭原则（OCP）开放封闭原则是面向对象所有原则的核心，软件设计追求的目标就是封装变化、降低耦合，而开放封闭原则就是这一目标的最直接体现。开放封闭原则，其核心思想是：软件实体应该是可扩展的，而不可修改软件实体应该是可扩展的，而不可修改的。也就是，对扩展开放，对修改封闭的。的。也就是，对扩展开放，对修改封闭的。因此，开放封闭原则主要体现在两个方面：1.对扩展开放，意味着有新的需求或变化时，

7、可以对现有代码进行扩展，以适应新的情况2.对修改封闭，意味着类一旦设计完成，就可以独立完成其工作，而不要对其进行任何尝试的修改。实现开放封闭原则的核心思想就是对抽象编程，而不对具体编程，因为抽象相对稳定。让类依赖于固定的抽象，所以修改就是封闭的；而通过面向对象的继承和多态机制，又可以实现对抽象类的继承，通过覆写其方法来改变固有行为，实现新的拓展方法，所以就是开放的。“需求总是变化”没有不变的软件，所以就需要用封闭开放原则来封闭变化满足需求，同时还能保持软件内部的封装体系稳定，不被需求的变化影响。面向对象设计原则依赖倒转原则（DIP）依赖倒置原则其核心思想是：依赖于抽象。具体而言就是高层模块不依

8、赖于底层模块，二者都同依赖于抽象；抽象不依赖于具体，具体依赖于抽象。依赖一定会存在于类与类、模块与模块之间。当两个模块之间存在紧密的耦合关系时，最好的方法就是分离接口和实现：在依赖之间定义一个抽象的接口使得高层模块调用接口，而底层模块实现接口的定义，以此来有效控制耦合关系，达到依赖于抽象的设计目标。抽象的稳定性决定了系统的稳定性，因为抽象是不变的，依赖于抽象是面向对象设计的精髓，也是依赖倒置原则的核心。依赖于抽象是一个通用的原则，而某些时候依赖于细节则是在所难免的，必须权衡在抽象和具体之间的取舍，方法不是一层不变的。依赖于抽象，就是对接口编程，不要对实现编程。面向对象设计原则接口隔离原则（IS

9、P）对于接口隔离原则，其核心思想是：使用多个小的专门的接口，而不要使用一个大的总接口。具体而言，接口隔离原则体现在：接口应该是内聚的，应该避免“胖”接口。一个类对另外一个类的依赖应该建立在最小的接口上，不要强迫依赖不用的方法，这是一种接口污染。接口有效地将细节和抽象隔离，体现了对抽象编程的一切好处，接口隔离强调接口的单一性。而胖接口存在明显的弊端，会导致实现的类型必须完全实现接口的所有方法、属性等；而某些时候，实现类型并非需要所有的接口定义，在设计上这是“浪费”，而且在实施上这会带来潜在的问题，对胖接口的修改将导致一连串的客户端程序需要修改，有时候这是一种灾难。在这种情况下，将胖接口分解为多个

10、特点的定制化方法，使得客户端仅仅依赖于它们的实际调用的方法，从而解除了客户端不会依赖于它们不用的方法。分离的手段主要有以下两种：1、委托分离，通过增加一个新的类型来委托客户的请求，隔离客户和接口的直接依赖，但是会增加系统的开销。2、多重继承分离，通过接口多继承来实现客户的需求，这种方式是较好的。面向对象设计原则里氏代换原则（LSP）里氏替换原则核心思想是：子类必须能够替换其基类子类必须能够替换其基类。这一思想体现为对继承机制的约束规范，只有子类能够替换基类时，才能保证系统在运行期内识别子类，这是保证继承复用的基础。在父类和子类的具体行为中，必须严格把握继承层次中的关系和特征，将基类替换为子类，

11、程序的行为不会发生任何变化。同时，这一约束反过来则是不成立的，子类可以替换基类，但是基类不一定能替换子类。里氏替换原则，主要着眼于对抽象和多态建立在继承的基础上，因此只有遵循了里氏替换原则，才能保证继承复用是可靠地。实现的方法是面向接口编程面向接口编程：将公共部分抽象为基类接口或抽象类，在子类中通过覆写父类的方法实现新的方式支持同样的职责。里氏替换原则是关于继承机制的设计原则，违反了里氏替换原则就必然导致违反开放封闭原则。里氏替换原则能够保证系统具有良好的拓展性，同时实现基于多态的抽象机制，能够减少代码冗余，避免运行期的类型判别。设计模式设计模式Java设计模式-创建模式创建模式工厂模式（Fa

12、ctory）原型模式（Prototype）生成器模式（Builder）单态模式（Singleton）Java设计模式-创建模式创建模式-工厂模式（Factory）工厂模式就相当于创建实例对象的new，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。在实际应用中，工厂方法用得比较多一些，而且是和动态类装入器组合在一起应用。u简单工厂(SimpleFactory)u工厂方法(FactoryMethod)u抽象工厂(AbstractFactory)工厂模式-简单工厂简单工厂UMLCreator+factory():ProductConcreteProductProduct

13、工厂模式-简单工厂简单工厂模式特点优点：模式的核心是工厂类，该类中含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅负责“消费”产品。简单工厂模式实现了对责任的分割。缺点：当产品类有复杂的多层次等级结构时，工厂类只有它自己。以不变应万变。模式中工厂类集中了所有的产品创建逻辑，形成一个无所不知的全能类。将多个创建逻辑放在一个类中，当产品类有不同接口种类时，工厂类需要判断在什么时候创建某种产品，使得系统在将来进行功能扩展时较为困难。该模式采用静态方法作为工厂方法，而静态方法无法由子类继承，因此工厂角色无法形成基于继承的等级结构。工厂模式-工厂

14、方法工厂方法UMLCreator+factory():ProductConcreteProduct1ProductConcreteProduct2ConcreteCreator1+factory():ProductConcreteCreator2+factory():Product工厂模式-工厂方法工厂方法模式特点优点：多态性：客户代码可以做到与特定应用无关，适用于任何实体类。子类提供挂钩。基类为工厂方法提供缺省实现，子类可以重写新的实现，也可以继承父类的实现。-加一层间接性，增加了灵活性连接并行的类层次结构。良好的封装性，代码结构清晰。扩展性好，在增加产品类的情况下，只需要适当修改具体的工厂

15、类或扩展一个工厂类，就可“拥抱变化”。屏蔽产品类。产品类的实现如何变化，调用者都不需要关心，只需关心产品的接口，只要接口保持不变，系统中的上层模块就不会发生变化。典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，其他的实现类都不需要关心，符合迪米特法则，符合依赖倒置原则，符合里氏替换原则。缺点：需要Creator和相应的子类作为factory method的载体，如果应用模型确实需要creator和子类存在，则很好；否则的话，需要增加一个类层次。工厂模式抽象工厂UMLCreator+factoryA():ProductA+factoryB():ProductBProductA1ProductAP

16、roductA2ConcreteCreator1+factoryA():ProductA+factoryB():ProductBConcreteCreator2+factoryA():ProductA+factoryB():ProductBProductBProductB1ProductB2工厂模式-抽象工厂抽象工厂特点优点：分离了具体的类，一个工厂封装创建产品对象的责任和过程，它将客户与类的实现分离易于交换产品系列，只需改变具体的工厂就可以使用不同的产品配置。有利于产品的一致性，当一个系列中的产品对象被设计成一起工作时，一个应用一次只能使用同一个系列中的对象。缺点：难以支持新的产品等级结构，

17、支持新的产品等级结构就要扩展抽象工厂接口。Java设计模式-创建模式创建模式-原型模式（Prototype）Prototype模式允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，根本无需知道任何如何创建的细节，工作原理是：通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建。因为Java中的提供clone()方法来实现对象的克隆，所以Prototype模式实现一下子变得很简单。Java设计模式-创建模式创建模式-生成器模式（Builder）将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。Builder模式是一步一步创建一个复杂

18、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。为何使用是为了将构建复杂对象的过程过程和它的部件部件解耦。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，Builder模式就是为了将部件和组装过程分开。生成器模式生成器模式UMLDirector-builder:Builder+Director()+construct():voidBuilder+buildPart1():void+buildPart2():voi

19、d+getResult():ProductConcreteBuilder+buildPart1():void+buildPart2():void+getResult():ProductProduct1public void construct()builder=new ConcreteBuilder();builder.buildPart1();builder.buildPart2();builder.getResult();/other codeProduct生成器模式特点生成器模式优点：他使你可以改变一个产品的内部表示它将构造代码和表示代码分开它使你可对构造过程进行更精细的控制Java设计

20、模式-创建模式创建模式-单态模式（Singleton）Singleton模式主要作用是保证在Java应用程序中，一个类Class只有一个实例存在。在很多操作中，比如建立目录、数据库连接都需要这样的单线程操作。还有，Singleton能够被状态化;这样，多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务，比如，你要论坛中的帖子计数器，每次浏览一次需要计数，单态类能否保持住这个计数，并且能synchronize的安全自动加1，如果你要把这个数字永久保存到数据库，你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。另外方面，Singleton也能够被无状态化，提供工具性质的功能。Java设计模式-结构模式

21、结构模式外观模式（Facade）代理模式（Proxy）适配器模式（Adapter）组合模式（Composite）装饰模式（Decorator）桥接模式（Bridge）享元模式（Flyweight）Java设计模式-外观模式结构模式-外观模式（Facade）为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，例如：数据库JDBC的应用。Java设计模式-代理模式结构模式-代理模式（Proxy）对于开销很大的对象，只有在使用它时才创建，使用代理原则可以为我们节省很多宝贵的Java内存。Java设计模式-适配器模式结构模式-适配器模式（Adapter）如何将两个不兼容的类纠合在一起使用，通常的解决方案是：修改各

22、自类的接口，但是如果我们没有源代码，或者我们不愿意为了一个应用而修改各自的接口，怎么办?Java设计模式-组合模式结构模式-组合模式（Composite）将对象组合成树形结构以表示“整体部分”的层次结构。Composite模式使单个对象和组合对象的使用具有一致性。Composite将遍历(Iterator)整个树形结构，寻找同样包含这个方法的对象并实现调用执行。Java设计模式-装饰模式结构模式-装饰模式（Decorator）装饰模式是在不必改变原类文件和使用继承的情况下，动态的扩展一个对象的功能。它是通过创建一个包装对象，也就是装饰来包裹真实的对象。结构模式-装饰模式装饰模式UMLCompo

23、nent+operation():voidComcreteComponent+operation():voidDecorator+component:Component+Decorator()+Decorator(:Component)+operation():voidpublic void operation()component.operation();ComcreteDecoratorA-AddedState+operation():voidComcreteDecoratorB+operation():void+addBehavior()public void operation()su

24、per.operation();/在此或者其他地方添加行为，以扩展Component addBehavior();结构模式-装饰模式装饰模式特点比继承更灵活从为对象添加功能的角度来看，装饰模式比继承来得更灵活。继承是静态的，而且一旦继承是所有子类都有一样的功能。而装饰模式采用把功能分离到每个装饰器当中，然后通过对象组合的方式，在运行时动态的组合功能，每个被装饰的对象，最终有哪些功能，是由运行期动态组合的功能来决定的。更容易复用功能装饰模式把一系列复杂的功能，分散到每个装饰器当中，一般一个装饰器只实现一个功能，这样实现装饰器变得简单，更重要的是这样有利于装饰器功能的复用，可以给一个对象增加多个同

25、样的装饰器，也可以把一个装饰器用来装饰不同的对象，从而复用装饰器的功能。简化高层定义装饰模式可以通过组合装饰器的方式，给对象增添任意多的功能，因此在进行高层定义的时候，不用把所有的功能都定义出来，而是定义最基本的就可以了，可以在使用需要的时候，组合相应的装饰器来完成需要的功能。会产生很多细粒度对象前面说了，装饰模式是把一系列复杂的功能，分散到每个装饰器当中，一般一个装饰器只实现一个功能，这样会产生很多细粒度的对象，而且功能越复杂，需要的细粒度对象越多。Java设计模式-桥接模式结构模式-桥接模式（Bridge）Bridge模式是一种抽象与其实现相分离的模式。它主要应用于：当事物是一组变化量，和

26、对这些事物的操作方法(实现)也是一组变化量的情况，也就是说它们都是多变的。Java设计模式-享元模式结构模式-享元模式（Flyweight）运用共享技术有效地支持大量细粒度对象。也就是说在一个系统中如果有多个相同的对象，那么只共享一份就可以了，不必每个都去实例化一个对象。Flyweight模式是一个提高程序效率和性能的模式，会大大加快程序的运行速度。例如：Xml文件中的数据处理。Java设计模式-行为模式行为模式模板模式（Template）备忘机制模式（Memento）观察者模式（Observer）职责链模式（ChainofResponsibility）命令模式（Command）状态模式（St

27、ate）策略模式（Strategy）中介者模式（Mediator）解释器模式（Interpreter）参观者模式（Visitor）Java设计模式-行为模式行为模式-观察者模式（Observer）定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都将得到通知并自动更新。具体的说，如果我们希望网上商店的商品在名称、价格等方面有变化时，系统就能自动通知会员，这时就需要使用Observer模式。行为模式-观察者模式观察者模式UMLSubject-observersList:List+attach(Observer):void+detach(Observer):void+

28、notifyObservers():voidConcreteSubject-state:String+change():voidObserver+update():voidConcreteObserver+update():void0.*public void change(String newState)this.state=newState;this.notifyObservers();行为模式-观察者模式观察者模式特点优点：观察者模式在被观察者和观察者之间建立一个抽象的耦合。被观察者角色所知道的只是一个具体观察者列表，每一个具体观察者都符合一个抽象观察者的接口。被观察者并不认识任何一个具

29、体观察者，它只知道它们都有一个共同的接口。由于被观察者和观察者没有紧密地耦合在一起，因此它们可以属于不同的抽象化层次。如果被观察者和观察者都被扔到一起，那么这个对象必然跨越抽象化和具体化层次。观察者模式支持广播通讯。被观察者会向所有的登记过的观察者发出通知缺点：如果一个被观察者对象有很多的直接和间接的观察者的话，将所有的观察者都通知到会花费很多时间。如果在被观察者之间有循环依赖的话，被观察者会触发它们之间进行循环调用，导致系统崩溃。在使用观察者模式是要特别注意这一点。如果对观察者的通知是通过另外的线程进行异步投递的话，系统必须保证投递是以自动的方式进行的。虽然观察者模式可以随时使观察者知道所观

30、察的对象发生了变化，但是观察者模式没有相应的机制使观察者知道所观察的对象是怎么发生变化的。Java设计模式-行为模式行为模式-策略模式（Strategy）具体的说，就是定义一系列的算法，把这些算法封装成一个个单独的类，在使用的时候就可以灵活的选用。策略模式UML图策略模式特点优点：提供了一种替代继承的方法，而且既保持了继承的优点(代码重用)还比继承更灵活(算法独立，可以任意扩展)。避免程序中使用多重条件转移语句，使系统更灵活，并易于扩展。遵守大部分GRASP原则和常用设计原则，高内聚、低偶合。缺点：因为每个具体策略类都会产生一个新类，所以会增加系统需要维护的类的数量。46Question?请填写反馈表THANKTHANKYOUYOU感谢下感谢下载载感谢下感谢下载载