《Java设计模式》课件

《Java设计模式》设计模式是软件开发中反复出现的设计问题的解决方案。它们提供了一种通用的方法来构建灵活、可维护和可重用代码。设计模式简介可重用设计模式是经过验证的、可重用的解决方案，帮助解决软件开发中常见的问题。灵活性设计模式提高了代码的可扩展性，并为未来的修改提供了灵活性。协作设计模式为开发团队提供了共同语言，方便团队成员理解和协作。设计模式的分类创建型模式关注对象的创建过程，将对象的创建与使用分离。单例模式工厂模式抽象工厂模式建造者模式原型模式结构型模式关注类和对象的组合，实现系统结构的优化。适配器模式装饰器模式代理模式桥接模式组合模式外观模式享元模式行为型模式关注对象之间的交互和职责分配，提高系统的灵活性和可扩展性。策略模式状态模式观察者模式备忘录模式迭代器模式模板方法模式命令模式职责链模式中介者模式访问者模式解释器模式单例模式确保一个类只有一个实例单例模式确保在整个应用程序中只有一个实例被创建。全局访问点提供一个全局访问点来获取该实例。延迟加载在需要时才创建实例，避免不必要的资源消耗。工厂模式1定义工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳实践，通过隐藏对象创建的细节，提高代码的可维护性和可扩展性。2分类工厂模式主要分为三种：简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。3优点工厂模式能够提高代码的灵活性和可扩展性，降低代码的耦合性，使代码更易于维护和修改。4应用工厂模式在Java开发中应用广泛，例如创建数据库连接、创建图形界面元素等。抽象工厂模式定义提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，无需指定具体类。优势隔离具体实现，提高代码可扩展性，方便更换产品族。应用场景需要创建多个相关对象，且需要根据具体情况选择不同的产品族。例子不同的数据库，不同的UI框架，不同的操作系统。建造者模式逐步构建复杂对象建造者模式将对象的创建与表示分离，使对象构建过程更加灵活可控。多个构建步骤建造者模式将复杂对象的创建分解为多个步骤，每个步骤负责构建对象的一部分。独立的构建器建造者模式定义了独立的构建器类，负责创建对象的各个部分，并最终组装完整对象。原型模式创建对象使用原型对象创建新的对象，节省了创建新对象的时间和资源。克隆对象原型模式使用克隆技术，复制原型对象的属性和方法，创建新的对象实例。灵活性和可扩展性原型模式允许您创建任意数量的对象，并且可以轻松地修改原型对象，从而影响所有克隆对象。适配器模式类适配器通过继承目标接口，实现适配器类。将原有类的方法转换成为目标接口的方法。对象适配器通过组合目标接口，将原有类的方法委托给目标接口方法实现。应用场景将不兼容的接口转换为兼容的接口复用已有类，而无需修改已有类装饰器模式1动态地给一个对象添加额外的职责通过继承和组合的方式实现功能扩展。2装饰类与被装饰类具有相同的接口装饰类可以通过组合关系，委托被装饰类执行原始功能。3装饰器模式可以灵活地添加职责可以通过组合多个装饰器来实现更复杂的功能。代理模式定义代理模式为其他对象提供一种代理以控制对该对象的访问。代理模式充当目标对象的接口，可以控制对目标对象的访问，并提供额外的功能。类型静态代理：代理类在编译时确定。动态代理：代理类在运行时确定，使用反射机制实现。优势解耦：代理与目标对象之间解耦，可减少代码耦合。增强功能：代理可以为目标对象添加额外的功能，例如日志记录或缓存。应用远程代理：用于访问远程对象。虚拟代理：用于延迟对象的创建，提高效率。桥接模式解耦抽象和实现将抽象部分与实现部分分离，两者之间通过桥接接口进行关联，使它们可以独立地变化。提高可扩展性可以轻松地添加新的抽象类或实现类，而无需修改其他代码。减少继承关系通过桥接模式，可以减少继承关系的复杂性，提高代码的可维护性。组合模式树形结构组合模式使用树形结构，将对象组合成树状层次。允许客户端以一致的方式处理单个对象和组合对象。部件组装例如，在设计电脑系统时，可以将主板、CPU、内存等部件组合成一个完整的电脑系统。客户端可以使用相同的接口来操作单个部件或整个系统。外观模式11.简化接口外观模式提供了一个简化的接口，隐藏了复杂子系统的内部实现细节，使客户端更容易使用。22.松耦合外观模式将客户端与子系统解耦，客户端无需了解子系统的内部结构，提高了系统的可维护性和可扩展性。33.降低复杂度外观模式将复杂的子系统封装成一个统一的接口，简化了客户端与子系统的交互，降低了系统的复杂度。享元模式共享对象享元模式通过共享对象来降低内存消耗和提高性能，特别是当需要大量相同类型的对象时。内部状态享元模式将对象分成内部状态和外部状态，内部状态是可共享的，而外部状态则是与具体场景相关的。工厂模式享元模式通常与工厂模式一起使用，以便创建和管理共享的对象。应用场景享元模式适用于需要大量细粒度对象，且这些对象中大部分是可共享的场景。策略模式定义和用途策略模式定义了一系列算法，并将它们封装起来，使它们可以相互替换。它允许在运行时选择要使用的算法，从而使程序更加灵活。实现策略模式通常使用接口或抽象类来定义算法的共同接口，然后创建不同的实现类来实现不同的算法。应用场景多种支付方式多种排序算法多种日志记录方式状态模式状态模式定义状态模式允许对象在内部状态改变时改变其行为。对象的行为就像是在其状态中切换。观察者模式定义观察者模式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个主题对象。当主题对象状态发生变化时，所有依赖于它的观察者对象都会得到通知并自动更新。应用场景当一个对象的状态发生变化时，需要通知其他对象，例如，用户订阅了新闻网站，当有新文章发布时，用户会被通知。优点松耦合，提高代码灵活性和可扩展性，主题对象和观察者对象之间没有直接的依赖关系。缺点如果观察者太多，可能会导致性能下降，因为主题对象需要遍历所有的观察者进行通知。备忘录模式备忘录模式是一种行为型模式，它允许将对象的状态保存到一个备忘录对象中，以便在需要的时候可以恢复到以前的状态。备忘录模式在需要撤销操作时非常有用，例如在文本编辑器或图形编辑器中，用户可以撤销之前的操作。备忘录模式还可以在进行危险操作之前保存对象的状态，以便在操作失败时可以恢复。它在需要保存对象的状态以进行备份或复制时也很有用。迭代器模式11.遍历集合提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而无需暴露该对象的内部表示。22.解耦遍历将遍历算法与集合的实现细节分离，提高代码的灵活性和可维护性。33.多种遍历支持不同的遍历方式，例如正向遍历、反向遍历、随机访问等。模板方法模式定义算法框架模板方法模式定义了一个算法的骨架，将一些步骤延迟到子类中实现。抽象方法定义模板方法中定义了抽象方法，由子类具体实现，实现不同的算法逻辑。钩子方法扩展模板方法中可以包含钩子方法，子类可以根据需要选择是否重写钩子方法。命令模式请求封装命令模式将请求封装成对象。客户端可以将请求参数和执行逻辑放入命令对象。解耦命令模式将请求者与执行者解耦。请求者只负责发送命令，而执行者负责接收命令并执行。可撤销命令模式可以轻松实现撤销功能。只要保存命令对象，就可以随时撤销命令的执行。可扩展命令模式可以方便地扩展新的命令。只需创建新的命令类，并将其添加到命令列表中即可。职责链模式请求处理职责链模式定义了请求处理对象之间的连接方式。请求依次沿着链条传递，直到被链条中某个对象处理。责任划分每个对象都负责处理特定类型的请求，无需关注其他对象的责任。对象之间相互独立，责任清晰。灵活扩展新对象可以轻松地添加到链条中，无需修改现有代码。可以动态地改变请求处理顺序。中介者模式降低耦合中介者模式通过引入一个中介者对象，将多个对象之间的交互委托给中介者，从而降低对象之间的耦合度。简化交互中介者模式将复杂的交互关系简化为对象与中介者之间的交互，使代码更加清晰易懂。集中控制中介者模式将交互逻辑集中到中介者对象中，方便集中管理和修改交互逻辑。访问者模式结构清晰分离算法和数据结构，提高代码的可维护性。灵活扩展无需修改现有类，便可添加新的操作。解耦合将算法和数据结构分离，降低代码的耦合度。解释器模式11.语法规则定义一种语言的文法，并将其表示为一个抽象语法树。22.解释器实现解释器接口，遍历语法树并执行相应的操作。33.上下文提供解释器执行期间所需的额外信息，例如符号表或环境变量。44.客户端使用解释器对象来解析和执行输入的语句或表达式。设计模式的六大原则1单一职责原则每个类应该只有一个职责，降低类的复杂度，提高可维护性。2开放封闭原则对扩展开放，对修改封闭。通过接口和抽象类来实现。3里氏替换原则子类可以替换父类，保证代码的稳定性和可扩展性。4依赖倒置原则依赖于抽象，不要依赖于具体实现。提升代码的灵活性。设计模式在企业应用中的案例设计模式在企业应用中发挥着至关重要的作用。例如，在电子商务平台中，可以使用工厂模式来创建不同类型的产品。在金融系统中，可以使用观察者模式来实现实时数据更新和通知功能。设计模式可以提高代码可读性、可维护性和可扩展性，同时降低开发成本。例如，在大型软件项目中，使用设计模式可以有效地管理代码复杂度，并降低维护成本。设计模式发展趋势微服务架构微服务架构的兴起推动了设计模式的演变。微服务鼓励解耦、独立部署和灵活扩展，这促使设计模式更适合分布式环境。例如，基于异步消息传递的设计模式，如观察者模式和发布-订阅模式，在微服务之间通信中发挥着重要作用。云原生云原生技术，包括容器化、无服务器计算和云平台服务，也对设计模式产生了影响。云原生环境下，设计模式需要考虑可移植性、可伸缩性和弹性，例如，使用工厂模式和策略模式来封装云平台差异。总结与思考设计模式应用设计模式不仅是理论知识，更需要实际应用。通过反复练习和项