Homeword15：设计模式简介及常见的设计模式设计模式，即Design Patterns，是指在软件设计中，被反复使

一、设计模式简介

2.1 起源

设计模式，即Design Patterns，是指在软件设计中，被反复使用的一种代码设计经验。使用设计模式的目的是为了可重用代码，提高代码的可扩展性和可维护性。设计模式这个术语是上个世纪90年代由Erich Gamma、Richard Helm、Raplh Johnson和Jonhn Vlissides四个人总结提炼出来的，并且写了一本Design Patterns的书。这四人也被称为四人帮（GoF）。为什么要使用设计模式？根本原因还是软件开发要实现可维护、可扩展，就必须尽量复用代码，并且降低代码的耦合度。设计模式的核心就是高内聚、低耦合。

2.2 设计模式原则及其分类

2.2.1 原则

单一职责原则 (Single Responsibility Principle)

单一职责原则表示一个模块的组成元素之间的功能相关性。从软件变化的角度来看，就一个类而言，应该仅有一个让它变化的原因；通俗地说，即一个类只负责一项职责。
假设某个类 P 负责两个不同的职责，职责 P1 和职责 P2，那么当职责 P1 需求发生改变而需要修改类 P，有可能会导致原来运行正常的职责 P2 功能发生故障。
开放-关闭原则 (Open-Closed Principle)
开放-关闭原则表示软件实体 (类、模块、函数等等) 应该是可以被扩展的，但是不可被修改。(Open for extension, close for modification).
如果一个软件能够满足 OCP 原则，那么它将有两项优点：
1. 能够扩展已存在的系统，能够提供新的功能满足新的需求，因此该软件有着很强的适应性和灵活性。
2. 已存在的模块，特别是那些重要的抽象模块，不需要被修改，那么该软件就有很强的稳定性和持久性。
里氏替换原则 (Liskov Substitution Principle)

有一功能 P1, 由类 A 完成，现需要将功能 P1 进行扩展，扩展后的功能为 P，其中P由原有功能P1与新功能P2组成。新功能P由类A的子类B来完成，则子类B在完成新功能P2的同时，有可能会导致原有功能P1发生故障。
里氏替换原则告诉我们，当使用继承时候，类 B 继承类 A 时，除添加新的方法完成新增功能 P2，尽量不要修改父类方法预期的行为。
依赖倒转原则 (Dependence Inversion Principle)

高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该于抽象。进一步说，抽象不应该依赖于细节，细节应该依赖于抽象。核心就是要我们面向接口编程，理解了面向接口编程，也就理解了依赖倒转。
接口隔离原则 (Interface Segregation Principle)

接口隔离原则强调：客户端不应该依赖它不需要的接口；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。
迪米特法则（Law Of Demeter）

迪米特法则又称为最少知道原则，它表示一个对象应该对其它对象保持最少的了解。通俗来说就是，只与直接的朋友通信。
直接朋友：每个对象都会与其他对象有耦合关系，只要两个对象之间有耦合关系，我们就说这两个对象之间是朋友关系。耦合的方式很多，依赖、关联、组合、聚合等。其中，我们称出现成员变量、方法参数、方法返回值中的类为直接的朋友，而出现在局部变量中的类则不是直接的朋友。也就是说，陌生的类最好不要作为局部变量的形式出现在类的内部。
组合/聚合复用原则 (Composite/Aggregate Reuse Principle)

组合/聚合复用原则就是在一个新的对象里面使用一些已有的对象，使之成为新对象的一部分; 新的对象通过向这些对象的委派达到复用已有功能的目的。
在面向对象的设计中，如果直接继承基类，会破坏封装，因为继承将基类的实现细节暴露给子类；如果基类的实现发生了改变，则子类的实现也不得不改变；从基类继承而来的实现是静态的，不可能在运行时发生改变，没有足够的灵活性。于是就提出了组合/聚合复用原则，也就是在实际开发设计中，尽量使用组合/聚合，不要使用类继承。

2.2.1 设计模式分类

三、几种常见的设计模式的实现

3.1 单例设计模式

线程安全懒汉式

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton () {
    
    }  
    
    public static synchronized Singleton getInstance() {  
      if (instance == null) {  
          instance = new Singleton();  
      }  
      return instance;  
   }  
}

线程安全饿汉式

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton () {
    
    }  
    
    public static Singleton getSingleton() {  
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (singleton == null) {  
                    singleton = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return singleton;  
    }  
}

Effective java 书中推荐的枚举实现线程安全饿汉式

public enum Singleton {  
    INSTANCE;  
    
    public void whateverMethod() {  
    
    }  
}

3.2 迭代器模式

类图
实现

// Iterator.java
public interface Iterator {
   boolean hasNext();
   Object next();
}

// Container.java
public interface Container {
   Iterator getIterator();
}

// NameRepository.java
public class NameRepository implements Container {
   public String[] names = {"Robert" , "John" ,"Julie" , "Lora"};
 
   @Override
   public Iterator getIterator() {
      return new NameIterator();
   }
 
   private class NameIterator implements Iterator {
      int index;
 
      @Override
      public boolean hasNext() {
         if(index < names.length){
            return true;
         }
         return false;
      }
 
      @Override
      public Object next() {
         if(this.hasNext()){
            return names[index++];
         }
         return null;
      }     
   }
}

// 使用 NameRepository 来获取迭代器，并打印名字。
// IteratorPatternDemo.java
public class IteratorPatternDemo {
   
   public static void main(String[] args) {
      NameRepository namesRepository = new NameRepository();
 
      for(Iterator iter = namesRepository.getIterator(); iter.hasNext();){
         String name = (String)iter.next();
         System.out.println("Name : " + name);
      }  
   }
}

运行结果:

3.3 抽象工厂模式

类图
实现

// Shape.java
public interface Shape {
   void draw();
}

// Rectangle.java
public class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Shape: Rectangle");
   }
}

// Circle.java
public class Circle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Shape: Circle");
   }
}

// 创建实现了 Shape 接口的抽象装饰类。
// ShapeDecorator.java
public abstract class ShapeDecorator implements Shape {
   protected Shape decoratedShape;
 
   public ShapeDecorator(Shape decoratedShape){
      this.decoratedShape = decoratedShape;
   }
 
   public void draw(){
      decoratedShape.draw();
   }  
}

// 创建扩展了 ShapeDecorator 类的实体装饰类。
// RedShapeDecorator.java
public class RedShapeDecorator extends ShapeDecorator {
 
   public RedShapeDecorator(Shape decoratedShape) {
      super(decoratedShape);     
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      decoratedShape.draw();         
      setRedBorder(decoratedShape);
   }
 
   private void setRedBorder(Shape decoratedShape){
      System.out.println("Border Color: Red");
   }
}

// 使用 RedShapeDecorator 来装饰 Shape 对象。
// DecoratorPatternDemo.java
public class DecoratorPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      Shape circle = new Circle();
      ShapeDecorator redCircle = new RedShapeDecorator(new Circle());
      ShapeDecorator redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle());
      //Shape redCircle = new RedShapeDecorator(new Circle());
      //Shape redRectangle = new RedShapeDecorator(new Rectangle());
      System.out.println("Circle with normal border");
      circle.draw();
 
      System.out.println("\nCircle of red border");
      redCircle.draw();
 
      System.out.println("\nRectangle of red border");
      redRectangle.draw();
   }
}

运行结果：