《Java設(shè)計(jì)模式》課件

Java設(shè)計(jì)模式本課程旨在深入探討Java中常見(jiàn)的設(shè)計(jì)模式,幫助學(xué)習(xí)者提高代碼設(shè)計(jì)和架構(gòu)能力。我們將逐一學(xué)習(xí)23種經(jīng)典設(shè)計(jì)模式,并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析和實(shí)踐。課程大綱1設(shè)計(jì)模式概述介紹設(shè)計(jì)模式的定義、重要性及在軟件開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。2設(shè)計(jì)模式分類按照設(shè)計(jì)目的和功能對(duì)各種設(shè)計(jì)模式進(jìn)行分類討論。3創(chuàng)造型、結(jié)構(gòu)型、行為型模式重點(diǎn)學(xué)習(xí)各類設(shè)計(jì)模式的特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)景及實(shí)現(xiàn)方式。4設(shè)計(jì)模式案例分析結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)模式的運(yùn)用進(jìn)行深入剖析。什么是設(shè)計(jì)模式軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題的解決方案設(shè)計(jì)模式是針對(duì)軟件開(kāi)發(fā)中常見(jiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題提供的成熟的解決方案。它們是經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)?？芍貜?fù)使用的設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)模式提供了一套可復(fù)用的設(shè)計(jì)原則,幫助開(kāi)發(fā)人員解決軟件設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)問(wèn)題,提高代碼的可復(fù)用性和可維護(hù)性。不同類型的設(shè)計(jì)模式設(shè)計(jì)模式可以根據(jù)目的和實(shí)現(xiàn)方式分為創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型和行為型等不同分類,覆蓋軟件設(shè)計(jì)的各個(gè)方面。設(shè)計(jì)模式的分類創(chuàng)建型模式關(guān)注對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程,提供在不同情況下創(chuàng)建對(duì)象的最佳方式。包括單例模式、工廠模式、抽象工廠模式等。結(jié)構(gòu)型模式通過(guò)組合或繼承方式來(lái)組織不同的對(duì)象,從而獲得新的功能。包括適配器模式、裝飾模式、代理模式等。行為型模式關(guān)注對(duì)象之間的交互和職責(zé)分配,包括策略模式、模板方法模式、觀察者模式等。并發(fā)型模式解決多線程并發(fā)訪問(wèn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題,例如生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式、讀寫(xiě)鎖模式等。創(chuàng)建型模式創(chuàng)建對(duì)象創(chuàng)建型模式關(guān)注如何創(chuàng)建對(duì)象,提供更好的對(duì)象創(chuàng)建機(jī)制,以提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。對(duì)象生成這類模式通過(guò)定義一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的接口,將對(duì)象的創(chuàng)建延遲到子類或具體實(shí)現(xiàn)中。對(duì)象構(gòu)建這些模式提供了一種一步一步構(gòu)建復(fù)雜對(duì)象的方式,使得同樣的構(gòu)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的表示。單例模式簡(jiǎn)單而高效單例模式是最常用且最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)模式之一。它能保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用。線程安全單例模式可以確保在多線程環(huán)境下正確創(chuàng)建唯一實(shí)例對(duì)象，避免出現(xiàn)線程安全問(wèn)題。靈活擴(kuò)展單例模式的實(shí)現(xiàn)方式可根據(jù)需求進(jìn)行靈活調(diào)整和擴(kuò)展,滿足不同場(chǎng)景下的需求。工廠模式定義工廠模式是一種創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式,用于創(chuàng)建類實(shí)例,封裝了創(chuàng)建對(duì)象的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)可以隔離具體類的創(chuàng)建,提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)系統(tǒng)需要?jiǎng)?chuàng)建很多不同但相關(guān)類型的對(duì)象時(shí),可以使用工廠模式。類型包括簡(jiǎn)單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式。抽象工廠模式定義與特點(diǎn)抽象工廠模式定義了一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對(duì)象的接口,而無(wú)需指定它們具體的類。它使系統(tǒng)更加獨(dú)立和靈活。UML結(jié)構(gòu)抽象工廠模式的UML圖包括抽象工廠、具體工廠、抽象產(chǎn)品和具體產(chǎn)品等角色,相互之間有依賴關(guān)系。應(yīng)用場(chǎng)景系統(tǒng)需要獨(dú)立于創(chuàng)建、組合和表示的產(chǎn)品系統(tǒng)需要配置多個(gè)產(chǎn)品系列系統(tǒng)要求提供一個(gè)產(chǎn)品類庫(kù),所有產(chǎn)品類都具有某些共同的接口建造者模式1分步構(gòu)建對(duì)象建造者模式允許通過(guò)分步驟構(gòu)建復(fù)雜對(duì)象,每個(gè)步驟都有相應(yīng)的構(gòu)建方法。這使得構(gòu)建過(guò)程更加靈活和可控。2解耦對(duì)象創(chuàng)建建造者模式將對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程與表示分離,使得同樣的構(gòu)建過(guò)程可以創(chuàng)建不同的表示。3可變化的表示建造者模式允許使用同樣的構(gòu)建過(guò)程創(chuàng)建不同的表示,因此可以靈活地變更對(duì)象的內(nèi)部表示。原型模式克隆對(duì)象原型模式允許通過(guò)克隆已有對(duì)象來(lái)創(chuàng)建新對(duì)象,而無(wú)需創(chuàng)建新的對(duì)象實(shí)例。定制對(duì)象可以在克隆時(shí)對(duì)對(duì)象進(jìn)行定制,滿足不同需求。提高效率原型模式可以大幅提高對(duì)象創(chuàng)建的效率,避免重復(fù)創(chuàng)建相似對(duì)象。結(jié)構(gòu)型模式適配器模式將不兼容的類接口轉(zhuǎn)換為可用的接口，使得原本無(wú)法一起工作的類可以協(xié)同作用。裝飾模式動(dòng)態(tài)地給對(duì)象添加新的功能，在不改變對(duì)象原有結(jié)構(gòu)和行為的情況下增強(qiáng)其功能。代理模式為其他對(duì)象提供一種代理以控制對(duì)這個(gè)對(duì)象的訪問(wèn)。外觀模式為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個(gè)統(tǒng)一的高層接口，使得子系統(tǒng)更容易使用。適配器模式作用適配器模式用于將一個(gè)類的接口轉(zhuǎn)換為客戶端期望的另一種接口。允許不兼容的類一起工作。優(yōu)勢(shì)可以復(fù)用現(xiàn)有的類而無(wú)需修改代碼，提高了軟件的復(fù)用性和靈活性。同時(shí)降低了系統(tǒng)耦合度。應(yīng)用場(chǎng)景常用于將舊系統(tǒng)與新系統(tǒng)進(jìn)行集成和協(xié)作。也可以用于將第三方組件與現(xiàn)有系統(tǒng)匹配。裝飾模式靈活的設(shè)計(jì)裝飾模式可以動(dòng)態(tài)地給對(duì)象添加新的功能,無(wú)需修改類的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了靈活的設(shè)計(jì)。應(yīng)用廣泛裝飾模式在Java中廣泛應(yīng)用,如IO流、Servlet過(guò)濾器等,可以在不修改原有類的基礎(chǔ)上擴(kuò)展功能。清晰的結(jié)構(gòu)裝飾模式有明確的結(jié)構(gòu),包括抽象組件、具體組件和裝飾器,便于理解和實(shí)現(xiàn)。代理模式隔離訪問(wèn)代理模式通過(guò)引入代理對(duì)象來(lái)間接訪問(wèn)原始對(duì)象,隔離了原始對(duì)象和客戶端,增加了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。控制訪問(wèn)代理模式可以控制對(duì)原始對(duì)象的訪問(wèn),增加訪問(wèn)的安全性和合法性。功能擴(kuò)展代理模式可以在不修改原始對(duì)象的前提下,為其增加額外的功能。外觀模式簡(jiǎn)化復(fù)雜系統(tǒng)外觀模式為復(fù)雜的子系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的高層接口。用戶無(wú)需了解內(nèi)部詳細(xì)實(shí)現(xiàn)即可使用。松耦合設(shè)計(jì)外觀類與子系統(tǒng)類之間的耦合度較低,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。代碼復(fù)用外觀模式將常用功能封裝在外觀類中,提高了代碼的重用性。橋接模式抽象化和實(shí)現(xiàn)分離橋接模式將抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分分離開(kāi)來(lái),使它們可以獨(dú)立地變化和擴(kuò)展,符合面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)原則。可擴(kuò)展性強(qiáng)通過(guò)橋接模式,我們可以獨(dú)立地變更抽象部分和實(shí)現(xiàn)部分,提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。動(dòng)態(tài)組合橋接模式允許我們?cè)谶\(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地選擇和組合不同的抽象和實(shí)現(xiàn)部分,增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。組合模式層次結(jié)構(gòu)組合模式將單個(gè)對(duì)象和復(fù)合對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一處理，形成樹(shù)狀的層次結(jié)構(gòu)。組件抽象組合模式將單個(gè)和復(fù)合對(duì)象都抽象為相同的組件接口，讓客戶端無(wú)需關(guān)心其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一致性組合模式通過(guò)統(tǒng)一的組件接口，使得對(duì)單個(gè)對(duì)象和復(fù)合對(duì)象的操作保持一致性。行為型模式策略模式定義一系列算法,并將每個(gè)算法封裝起來(lái),使它們可以相互替換。通過(guò)策略模式,可以選擇算法的運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)。模板方法模式定義一個(gè)操作中的算法的骨架,而將一些步驟延遲到子類中。通過(guò)模板方法模式,子類可以在不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下重定義某些步驟。觀察者模式定義對(duì)象之間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系,以便當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),所有依賴于它的對(duì)象都得到通知并自動(dòng)更新。策略模式靈活性策略模式允許在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)選擇算法。這增加了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。封裝算法將不同的算法封裝為獨(dú)立的類,使得它們易于替換和復(fù)用。避免條件語(yǔ)句策略模式可以消除臃腫的條件語(yǔ)句,提高代碼的可讀性和可維護(hù)性。模板方法模式定義模板方法模式定義了一個(gè)算法的骨架,并將一些步驟推遲到子類。這使得子類可以在不改變算法結(jié)構(gòu)的情況下重新定義某些步驟。優(yōu)勢(shì)該模式可以提高代碼的復(fù)用性和靈活性,使得子類可以根據(jù)自身需求重寫(xiě)算法的某些步驟,而不影響整體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用場(chǎng)景經(jīng)常在框架開(kāi)發(fā)中使用,如Java的AbstractClass和ConcreteClass。子類可以重寫(xiě)特定的步驟,而不需要重寫(xiě)整個(gè)算法。觀察者模式定義觀察者模式定義了對(duì)象之間的一對(duì)多依賴關(guān)系,當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),所有依賴于它的對(duì)象都將得到通知。優(yōu)點(diǎn)支持廣播通信,被觀察者可以有任意數(shù)量的觀察者;目標(biāo)和觀察者之間的抽象耦合;觀察者獲得更新非常方便。適用場(chǎng)景事件觸發(fā)機(jī)制、股票行情、消息推送等,需要一對(duì)多的依賴關(guān)系。狀態(tài)模式1動(dòng)態(tài)行為狀態(tài)模式允許對(duì)象在內(nèi)部狀態(tài)改變時(shí)動(dòng)態(tài)地改變其行為,使對(duì)象能夠根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)切換到不同的行為。2靈活性通過(guò)將狀態(tài)封裝在單獨(dú)的狀態(tài)類中,可以更靈活地添加新的狀態(tài),而不需要修改現(xiàn)有的代碼。3可維護(hù)性狀態(tài)模式將狀態(tài)相關(guān)的行為集中在狀態(tài)類中,有利于代碼的組織和維護(hù)。4應(yīng)用場(chǎng)景常見(jiàn)于UI控件的狀態(tài)管理、工作流程控制、對(duì)象生命周期管理等場(chǎng)景。備忘錄模式記錄狀態(tài)變化備忘錄模式允許對(duì)象在不違反封裝的前提下保存和恢復(fù)其內(nèi)部狀態(tài),在需要回滾操作時(shí)非常實(shí)用。核心角色發(fā)起人（Originator）：記錄當(dāng)前內(nèi)部狀態(tài)備忘錄（Memento）：保存發(fā)起人的內(nèi)部狀態(tài)管理者（Caretaker）：負(fù)責(zé)保存和恢復(fù)備忘錄應(yīng)用場(chǎng)景常見(jiàn)于需要撤銷/重做操作的地方,如文本編輯器、棋類游戲等。命令模式命令封裝將客戶請(qǐng)求封裝為一個(gè)對(duì)象,使不同客戶請(qǐng)求的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式不同而相互獨(dú)立。調(diào)用控制命令模式使應(yīng)用程序的請(qǐng)求調(diào)用得到很好的控制,可以記錄請(qǐng)求歷史、撤銷和重做等操作。解耦對(duì)象將發(fā)送者和接收者完全解耦,使得發(fā)送者和接收者獨(dú)立于彼此。迭代器模式統(tǒng)一集合遍歷迭代器模式提供了一種遍歷集合元素的標(biāo)準(zhǔn)方式,使得無(wú)需了解集合的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就可以遍歷其中的元素。安全遍歷迭代器模式可以確保在遍歷過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)修改的問(wèn)題,提供了一種安全且有序的遍歷方式。解耦數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)迭代器模式將集合的遍歷邏輯與集合本身的實(shí)現(xiàn)分離,提高了代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。訪問(wèn)者模式定義訪問(wèn)者模式是一種行為型設(shè)計(jì)模式,通過(guò)分離對(duì)象的數(shù)據(jù)與行為來(lái)實(shí)現(xiàn)。它允許在不修改現(xiàn)有代碼的情況下,為一組對(duì)象添加新的操作。原理訪問(wèn)者模式將算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分離,將各種不同的操作封裝到訪問(wèn)者對(duì)象中。這樣可以在不修改現(xiàn)有類的情況下,為其添加新的功能。優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展性好,可以在不修改現(xiàn)有代碼的情況下,為對(duì)象添加新的功能。同時(shí)也能夠避免類爆炸,保持代碼結(jié)構(gòu)的清晰。應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)需要對(duì)一組對(duì)象執(zhí)行一些復(fù)雜的操作,并且不希望修改原有的代碼結(jié)構(gòu)時(shí),就可以使用訪問(wèn)者模式。中介者模式協(xié)調(diào)交互中介者模式通過(guò)引入一個(gè)中介對(duì)象來(lái)管理各個(gè)組件之間的復(fù)雜交互,降低了組件之間的耦合度。靈活性增強(qiáng)中介者模式讓組件彼此獨(dú)立,可以靈活地添加、修改或刪除組件,提高了系統(tǒng)的靈活性。模塊化設(shè)計(jì)中介者模式鼓勵(lì)模塊化設(shè)計(jì),把復(fù)雜的交互邏輯集中到中介對(duì)象中,使得各個(gè)組件更加內(nèi)聚。解釋器模式定義解釋器模式是一種行為型設(shè)計(jì)模式,它定義了一種語(yǔ)言的語(yǔ)法及其解釋方式,使用該模式可以構(gòu)建出求值、編譯或執(zhí)行特定語(yǔ)言的解釋器。組成解釋器模式包括抽象表達(dá)式類、終結(jié)符表達(dá)式類、非終結(jié)符表達(dá)式類、環(huán)境類等,通過(guò)這些類可以構(gòu)建出特定語(yǔ)言的解釋器。應(yīng)用解釋器模式廣泛應(yīng)用于編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言、正則表達(dá)式等領(lǐng)域,可以靈活地定制滿足特定需求的解釋器?？偨Y(jié)設(shè)計(jì)模式的核心原則設(shè)計(jì)模式遵循SOLID原則,如單一職責(zé)、開(kāi)閉原則、里氏替換等,助力開(kāi)發(fā)可維護(hù)、可拓展的軟件系統(tǒng)。設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)模式可廣泛應(yīng)用于企業(yè)軟件、手機(jī)應(yīng)用、游戲開(kāi)發(fā)等各種Java項(xiàng)目中,提高代碼的可復(fù)用性和靈活性。設(shè)計(jì)模式的發(fā)展趨勢(shì)隨著軟件需求的不斷變化,設(shè)計(jì)模式也在不斷發(fā)展和更新,關(guān)注可擴(kuò)展性、可測(cè)試性等特性。設(shè)計(jì)模式的學(xué)習(xí)方法建議結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目需求學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式,并將理論與實(shí)踐相結(jié)合,形成自己的設(shè)計(jì)模式應(yīng)用能力。設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用設(shè)計(jì)模式不僅在軟件開(kāi)發(fā)中廣泛應(yīng)用,也在其他領(lǐng)域有廣泛用途。在業(yè)務(wù)流程優(yōu)化、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、算法優(yōu)化等場(chǎng)景中,設(shè)計(jì)模式都能發(fā)揮重要作用。合理運(yùn)用設(shè)計(jì)模式不僅可以提高代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性,還可以增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中,可以根據(jù)具體需求選擇合適的設(shè)計(jì)模式,并結(jié)合自身實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),從而提高系統(tǒng)的整體性