设计模式(Design Patterns)是面向对象设计中针对常见问题的可复用解决方案。1994 年由 GoF (Gang of Four: Erich Gamma, Richard Helm, Ralph Johnson, John Vlissides) 在 Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software 一书中系统总结,共 23 种经典模式。

本文整理自 smallnest 的博客文章,以及 StackOverflow 上关于 GoF 设计模式在 Java API 中应用实例的讨论。

javagofdesignpatterns

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设计模式不是代码库,而是解决问题的"思路框架"。理解模式的关键在于知道 “何时使用” 而非 “如何实现”。

创建型模式 (Creational Patterns)

创建型模式抽象了对象的实例化过程,使系统与如何创建、组合和表示对象相独立。

抽象工厂 (Abstract Factory)

识别方式:创建方法返回工厂本身,该工厂可进一步用于创建其他抽象/接口类型。

Java API 示例:

  • javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory#newInstance()
  • javax.xml.transform.TransformerFactory#newInstance()
  • javax.xml.xpath.XPathFactory#newInstance()

建造者模式 (Builder)

识别方式:创建方法返回实例本身,支持链式调用。

Java API 示例:

  • java.lang.StringBuilder#append() (非线程安全)
  • java.lang.StringBuffer#append() (线程安全)
  • java.nio.ByteBuffer#put() (以及 CharBuffer、ShortBuffer、IntBuffer、LongBuffer、FloatBuffer、DoubleBuffer)
  • javax.swing.GroupLayout.Group#addComponent()
  • 所有实现了 java.lang.Appendable 的类

工厂方法 (Factory Method)

识别方式:创建方法返回某个抽象/接口类型的实现(非工厂本身)。

Java API 示例:

  • java.util.Calendar#getInstance()
  • java.util.ResourceBundle#getBundle()
  • java.text.NumberFormat#getInstance()
  • java.nio.charset.Charset#forName()
  • java.net.URLStreamHandlerFactory#createURLStreamHandler(String) (每个协议返回单例)

原型模式 (Prototype)

识别方式:创建方法返回自身的一个新实例,属性与原实例相同。

Java API 示例:

  • java.lang.Object#clone() (类需实现 java.lang.Cloneable)

单例模式 (Singleton)

识别方式:创建方法每次返回同一个实例。

Java API 示例:

  • java.lang.Runtime#getRuntime()
  • java.awt.Desktop#getDesktop()

结构型模式 (Structural Patterns)

结构型模式关注类和对象的组合方式,以形成更大的结构。

适配器模式 (Adapter)

识别方式:创建方法接收一个不同抽象/接口类型的实例,返回包装/覆盖了该实例的当前抽象/接口类型的实现。

Java API 示例:

  • java.util.Arrays#asList()
  • java.io.InputStreamReader(InputStream) (返回 Reader)
  • java.io.OutputStreamWriter(OutputStream) (返回 Writer)
  • javax.xml.bind.annotation.adapters.XmlAdapter#marshal() 和 #unmarshal()

桥接模式 (Bridge)

识别方式:创建方法接收一个不同抽象/接口类型的实例,返回使用/委托该实例的当前抽象/接口类型的实现。

Java API 示例:

JDBC、JNDI、JCE 等 API 是桥接模式的典型应用。——尚未找到直接的 JDK 类示例。java.util.Collections#newSetFromMap() 和 singletonXXX() 方法较为接近。

组合模式 (Composite)

识别方式:行为方法接收相同抽象/接口类型的实例以形成树形结构。

Java API 示例:

  • java.awt.Container#add(Component) (Swing 中随处可见)
  • javax.faces.component.UIComponent#getChildren() (JSF 中随处可见)

装饰器模式 (Decorator)

识别方式:创建方法接收相同抽象/接口类型的实例并添加额外行为。

Java API 示例:

  • java.io.InputStream、OutputStream、Reader、Writer 的所有子类均有接收同类型实例的构造方法
  • java.util.Collections 的 checkedXXX()、synchronizedXXX()、unmodifiableXXX() 方法
  • javax.servlet.http.HttpServletRequestWrapper 和 HttpServletResponseWrapper

外观模式 (Facade)

识别方式:行为方法内部使用多个不同的独立抽象/接口类型的实例。

Java API 示例:

  • javax.faces.context.FacesContext — 内部使用 LifeCycle、ViewHandler、NavigationHandler 等多个抽象类型
  • javax.faces.context.ExternalContext — 内部使用 ServletContext、HttpSession、HttpServletRequest 等

享元模式 (Flyweight)

识别方式:创建方法返回缓存实例,类似"多例"模式。

Java API 示例:

  • java.lang.Integer#valueOf(int) (Boolean、Byte、Character、Short、Long 同理)
  • 字符串常量池

代理模式 (Proxy)

识别方式:创建方法返回给定抽象/接口类型的实现,该实现内部委托/使用另一个实现。

Java API 示例:

  • java.lang.reflect.Proxy
  • java.rmi.* 全部 API

行为型模式 (Behavioral Patterns)

行为型模式关注对象之间的责任分配和算法交互。

责任链模式 (Chain of Responsibility)

识别方式:行为方法(间接)在队列中调用另一个同类型实现的相同方法。

Java API 示例:

  • java.util.logging.Logger#log()
  • javax.servlet.Filter#doFilter()

命令模式 (Command)

识别方式:抽象/接口类型中的行为方法,调用在创建时被封装到命令实现中的另一个类型的方法。

Java API 示例:

  • 所有实现了 java.lang.Runnable 的类
  • 所有实现了 javax.swing.Action 的类

解释器模式 (Interpreter)

识别方式:行为方法返回与给定实例/类型结构不同的实例/类型。

Java API 示例:

  • java.util.Pattern
  • java.text.Normalizer
  • java.text.Format 的所有子类
  • javax.el.ELResolver 的所有子类

迭代器模式 (Iterator)

识别方式:行为方法按顺序从队列中返回另一种类型的实例。

Java API 示例:

  • 所有实现了 java.util.Iterator 的类
  • 所有实现了 java.util.Enumeration 的类

中介者模式 (Mediator)

识别方式:行为方法接收一个(通常使用命令模式封装的)抽象/接口类型的实例,并委托/使用该实例。

Java API 示例:

  • java.util.Timer (所有 scheduleXXX() 方法)
  • java.util.concurrent.Executor#execute()
  • java.util.concurrent.ExecutorService (invokeXXX() 和 submit() 方法)
  • java.util.concurrent.ScheduledExecutorService (所有 scheduleXXX() 方法)
  • java.lang.reflect.Method#invoke()

备忘录模式 (Memento)

识别方式:行为方法内部改变整个实例的状态。

Java API 示例:

  • java.util.Date (setter 方法改变内部 long 值)
  • 所有实现了 java.io.Serializable 的类
  • 所有实现了 javax.faces.component.StateHolder 的类

观察者模式 (Observer / Publish-Subscribe)

识别方式:行为方法根据自身状态调用另一个抽象/接口类型实例的方法。

Java API 示例:

  • java.util.Observer / java.util.Observable (实际使用较少)
  • 所有实现了 java.util.EventListener 的类
  • javax.servlet.http.HttpSessionBindingListener
  • javax.servlet.http.HttpSessionAttributeListener
  • javax.faces.event.PhaseListener

状态模式 (State)

识别方式:行为方法根据实例的状态改变其行为,且状态可被外部控制。

Java API 示例:

  • javax.faces.lifecycle.LifeCycle#execute() (行为取决于当前 JSF 生命周期阶段)

策略模式 (Strategy)

识别方式:抽象/接口类型中的行为方法调用了另一抽象/接口类型实例的方法,该实例作为参数传入策略实现。

Java API 示例:

  • java.util.Comparator#compare() (被 Collections#sort() 调用)
  • javax.servlet.http.HttpServlet 的 service() 及所有 doXXX() 方法
  • javax.servlet.Filter#doFilter()

模板方法模式 (Template Method)

识别方式:抽象类型中已经定义了"默认"行为的行为方法。

Java API 示例:

  • java.io.InputStream、OutputStream、Reader、Writer 的所有非抽象方法
  • java.util.AbstractList、AbstractSet、AbstractMap 的所有非抽象方法
  • javax.servlet.http.HttpServlet 的所有 doXXX() 方法默认返回 HTTP 405 错误

访问者模式 (Visitor)

识别方式:两个不同的抽象/接口类型各自定义了接收对方类型的方法,一方调用另一方的方法执行策略。

Java API 示例:

  • javax.lang.model.element.AnnotationValue 和 AnnotationValueVisitor
  • javax.lang.model.element.Element 和 ElementVisitor
  • javax.lang.model.type.TypeMirror 和 TypeVisitor

参考