* [一、前言](#一前言)
* [二、设计模式概念](#二设计模式概念)
* [三、策略模式](#三策略模式)
* [三、观察者模式](#三观察者模式)
* [四、装饰模式](#四装饰模式)
* [五、简单工厂](#五简单工厂)
* [六、工厂方法模式](#六工厂方法模式)
* [七、抽象工厂模式](#七抽象工厂模式)
* [八、单例模式](#八单例模式)
* [九、命令模式](#九命令模式)
* [十、适配器模式](#十适配器模式)
* [十、外观模式](#十外观模式)
* [十一、模板方法模式](#十一模板方法模式)
* [十二、迭代器模式](#十二迭代器模式)
* [十三、组合模式](#十三组合模式)
* [十四、状态模式](#十四状态模式)
* [十五、代理模式](#十五代理模式)
* [十六、MVC](#十六mvc)
* [十七、与设计模式相处](#十七与设计模式相处)
* [参考资料](#参考资料)
# 一、前言
文中涉及一些 UML 类图，为了更好地理解，可以先阅读 [UML 类图](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E9%9D%A2%E5%90%91%E5%AF%B9%E8%B1%A1%E6%80%9D%E6%83%B3.md#%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0-uml)。
需要说明的一点是，文中的 UML 类图和规范的 UML 类图不大相同，其中组合关系使用以下箭头表示：
# 二、设计模式概念
设计模式不是代码，而是解决问题的方案，学习现有的设计模式可以做到经验复用。
拥有设计模式词汇，在沟通时就能用更少的词汇来讨论，并且不需要了解底层细节。
# 三、策略模式
## 模式定义
定义了算法族，分别封装起来，让它们之间可以互相替换，此模式让算法的变化独立于使用算法的客户。
## 问题描述
设计不同种类的鸭子拥有不同的叫声和飞行方式。
## 简单实现方案
使用继承的解决方案如下，这种方案代码无法复用，如果两个鸭子类拥有同样的飞行方式，就有两份重复的代码。
## 设计原则
**封装变化** ：在这里变化的是鸭子叫和飞行的行为方式。
**针对接口编程，而不是针对实现编程** ：变量声明的类型为父类，而不是具体的某个子类。父类中的方法实现不在父类，而是在各个子类。程序在运行时可以动态改变变量所指向的子类类型。
运用这一原则，将叫和飞行的行为抽象出来，实现多种不同的叫和飞行的子类，让子类去实现具体的叫和飞行方式。
**多用组合，少用继承** ：组合也就是 HAS-A 关系，通过组合，可以在运行时动态改变实现，只要通过改变父类对象具体指向哪个子类即可。而继承就不能做到这些，继承体系在创建类时就已经确定。
运用这一原则，在 Duck 类中组合 FlyBehavior 和 QuackBehavior 类，performQuack() 和 performFly() 方法委托给这两个类去处理。通过这种方式，一个 Duck 子类可以根据需要去初始化 FlyBehavior 和 QuackBehavior 的子类对象，并且也可以动态地进行改变。
## 问题的解决方案类图
（可放大网页查看）
## 代码实现
```java
public abstract class Duck {
FlyBehavior flyBehavior;
QuackBehavior quackBehavior;
public Duck(){
}
public void performFly(){
flyBehavior.fly();
}
public void setFlyBehavior(FlyBehavior fb){
flyBehavior = fb;
}
public void performQuack(){
quackBehavior.quack();
}
public void setQuackBehavior(QuackBehavior qb){
quackBehavior = qb;
}
}
```
```java
public class MallardDuck extends Duck{
public MallardDuck(){
flyBehavior = new FlyWithWings();
quackBehavior = new Quack();
}
}
```
```java
public interface FlyBehavior {
void fly();
}
```
```java
public class FlyNoWay implements FlyBehavior{
@Override
public void fly() {
System.out.println("FlyBehavior.FlyNoWay");
}
}
```
```java
public class FlyWithWings implements FlyBehavior{
@Override
public void fly() {
System.out.println("FlyBehavior.FlyWithWings");
}
}
```
```java
public interface QuackBehavior {
void quack();
}
```
```java
public class Quack implements QuackBehavior{
@Override
public void quack() {
System.out.println("QuackBehavior.Quack");
}
}
```
```java
public class MuteQuack implements QuackBehavior{
@Override
public void quack() {
System.out.println("QuackBehavior.MuteQuack");
}
}
```
```java
public class Squeak implements QuackBehavior{
@Override
public void quack() {
System.out.println("QuackBehavior.Squeak");
}
}
```
```java
public class MiniDuckSimulator {
public static void main(String[] args) {
Duck mallardDuck = new MallardDuck();
mallardDuck.performQuack();
mallardDuck.performFly();
mallardDuck.setFlyBehavior(new FlyNoWay());
mallardDuck.performFly();
}
}
```
执行结果
```html
QuackBehavior.Quack
FlyBehavior.FlyWithWings
FlyBehavior.FlyNoWay
```
# 三、观察者模式
## 模式定义
定义了对象之间的一对多依赖，当一个对象改变状态时，它的所有依赖者都会收到通知并自动更新。主题（Subject）是被观察的对象，而其所有依赖者（Observer）称为观察者。
## 模式类图
主题具有注册和移除观察者、并通知所有注册者的功能，主题是通过维护一张观察者列表来实现这些操作的。
观察者拥有一个主题对象的引用，因为注册、移除观察者功能，还有数据都在主题当中，必须通过操作主题才能完成相应操作。
## 问题描述
天气数据布告板会在天气信息发生改变时更新其内容，布告板有多个，并且在将来会继续增加。
## 问题的解决方案类图
## 设计原则
为交互对象之间的松耦合设计而努力：当两个对象之间松耦合，它们依然可以交互，但是不清楚彼此的细节。由于松耦合的两个对象之间互相依赖程度很低，因此系统具有弹性，能够应对变化。
## 代码实现
```java
public interface Subject {
public void resisterObserver(Observer o);
public void removeObserver(Observer o);
public void notifyObserver();
}
```
```java
public class WeatherData implements Subject {
private List observers;
private float temperature;
private float humidity;
private float pressure;
public WeatherData() {
observers = new ArrayList<>();
}
@Override
public void resisterObserver(Observer o) {
observers.add(o);
}
@Override
public void removeObserver(Observer o) {
int i = observers.indexOf(o);
if (i >= 0) {
observers.remove(i);
}
}
@Override
public void notifyObserver() {
for (Observer o : observers) {
o.update(temperature, humidity, pressure);
}
}
public void setMeasurements(float temperature, float humidity, float pressure) {
this.temperature = temperature;
this.humidity = humidity;
this.pressure = pressure;
notifyObserver();
}
}
```
```java
public interface Observer {
public void update(float temp, float humidity, float pressure);
}
```
```java
public class CurrentConditionsDisplay implements Observer {
private Subject weatherData;
public CurrentConditionsDisplay(Subject weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.resisterObserver(this);
}
@Override
public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
System.out.println("CurrentConditionsDisplay.update:" + temp + " " + humidity + " " + pressure);
}
}
```
```java
public class StatisticsDisplay implements Observer {
private Subject weatherData;
public StatisticsDisplay(Subject weatherData) {
this.weatherData = weatherData;
weatherData.resisterObserver(this);
}
@Override
public void update(float temp, float humidity, float pressure) {
System.out.println("StatisticsDisplay.update:" + temp + " " + humidity + " " + pressure);
}
}
```
```java
public class WeatherStation {
public static void main(String[] args) {
WeatherData weatherData = new WeatherData();
CurrentConditionsDisplay currentConditionsDisplay = new CurrentConditionsDisplay(weatherData);
StatisticsDisplay statisticsDisplay = new StatisticsDisplay(weatherData);
weatherData.setMeasurements(0, 0, 0);
weatherData.setMeasurements(1, 1, 1);
}
}
```
执行结果
```html
CurrentConditionsDisplay.update:0.0 0.0 0.0
StatisticsDisplay.update:0.0 0.0 0.0
CurrentConditionsDisplay.update:1.0 1.0 1.0
StatisticsDisplay.update:1.0 1.0 1.0
```
# 四、装饰模式
## 问题描述
设计不同种类的饮料，饮料可以添加配料，比如可以添加牛奶，并且支持动态添加新配料。每增加一种配料，该饮料的价格就会增加，要求计算一种饮料的价格。
## 模式定义
动态地将责任附加到对象上。在扩展功能上，装饰者提供了比继承更有弹性的替代方案。
下图表示在 DarkRoast 饮料上新增新添加 Mocha 配料，之后又添加了 Whip 配料。DarkRoast 被 Mocha 包裹，Mocha 又被 Whip 包裹。它们都继承自相同父类，都有 cost() 方法，外层类的 cost() 方法调用了内层类的 cost() 方法。
## 模式类图
装饰者（Decorator）和具体组件（ConcreteComponent）都继承自组件（Component），具体组件的方法实现不需要依赖于其它对象，而装饰者组合了一个组件，这样它可以装饰其它装饰者或者具体组件。所谓装饰，就是把这个装饰者套在被装饰上，从而动态扩展被装饰者的功能。装饰者的方法有一部分是自己的，这属于它的功能，然后调用被装饰者的方法实现，从而也保留了被装饰者的功能。可以看到，具体组件应当是装饰层次的最低层，因为只有具体组件的方法实现不需要依赖于其它对象。
## 问题的解决方案类图
## 设计原则
类应该对扩展开放，对修改关闭：也就是添加新功能时不需要修改代码。在本章问题中该原则体现在，饮料可以动态添加新的配料，而不需要去修改饮料的代码。观察者模式也符合这个原则。不可能把所有的类设计成都满足这一原则，应当把该原则应用于最有可能发生改变的地方。
## Java I/O 中的装饰者模式
## 代码实现
```java
public interface Beverage {
public double cost();
}
```
```java
public class HouseBlend implements Beverage{
@Override
public double cost() {
return 1;
}
}
```
```java
public class DarkRoast implements Beverage{
@Override
public double cost() {
return 1;
}
}
```
```java
public abstract class CondimentDecorator implements Beverage{
protected Beverage beverage;
}
```
```java
public class Mocha extends CondimentDecorator {
public Mocha(Beverage beverage) {
this.beverage = beverage;
}
@Override
public double cost() {
return 1 + beverage.cost();
}
}
```
```java
public class Milk extends CondimentDecorator {
public Milk(Beverage beverage) {
this.beverage = beverage;
}
@Override
public double cost() {
return 1 + beverage.cost();
}
}
```
```java
public class StartbuzzCoffee {
public static void main(String[] args) {
Beverage beverage = new HouseBlend();
beverage = new Mocha(beverage);
beverage = new Milk(beverage);
System.out.println(beverage.cost());
}
}
```
输出
```html
3.0
```
# 五、简单工厂
## 问题描述
Pizza 类有很多子类，要求根据不同的情况用不同的子类实例化一个 Pizza 对象。
## 模式定义
简单工厂不是设计模式，更像是一种编程习惯。它把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个子类来实例化。
这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。
## 问题的解决方案类图
## 代码实现
```java
public interface Pizza {
public void make();
}
```
```java
public class CheesePizza implements Pizza{
@Override
public void make() {
System.out.println("CheesePizza");
}
}
```
```java
public class GreekPizza implements Pizza{
@Override
public void make() {
System.out.println("GreekPizza");
}
}
```
```java
public class SimplePizzaFactory {
public Pizza createPizza(String type) {
if (type.equals("cheese")) {
return new CheesePizza();
} else if (type.equals("greek")) {
return new GreekPizza();
} else {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
}
```
```java
public class PizzaStore {
public static void main(String[] args) {
SimplePizzaFactory simplePizzaFactory = new SimplePizzaFactory();
Pizza pizza = simplePizzaFactory.createPizza("cheese");
pizza.make();
}
}
```
运行结果
```java
CheesePizza
```
# 六、工厂方法模式
## 问题描述
每个地区的 PizzaStore 卖的 Pizza 虽然种类相同，但是都有自己的风味。一个客户点了纽约的 cheese 种类的 Pizza 和在芝加哥点的相同种类的 Pizza 是不同的。要求设计出满足条件的 PizzaStore。
## 模式定义
定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化推迟到子类。
## 模式类图
在简单工厂中，创建对象的是另一个类，而在工厂方法中，是由子类来创建对象。
下图中，Creator 有一个 anOperation() 方法，这个方法需要用到一组产品对象，这组产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的，需要由子类去实现。
## 问题的解决方案类图
PizzaStore 有 orderPizza() 方法，顾客可以用它来下单。下单之后需要先使用 createPizza() 来制作 Pizza，这里的 createPizza() 就是 factoryMethod()，不同的 PizzaStore 子类实现了不同的 createPizza()。
## 设计原则
依赖倒置原则：要依赖抽象，不要依赖具体类。听起来像是针对接口编程，不针对实现编程，但是这个原则说明了：不能让高层组件依赖底层组件，而且，不管高层或底层组件，两者都应该依赖于抽象。例如，下图中 Pizza 是抽象类，PizzaStore 和 Pizza 子类都依赖于 Pizza 这个抽象类。
## 代码实现
```java
public interface Pizza {
public void make();
}
```
```java
public interface PizzaStore {
public Pizza orderPizza(String item);
}
```
```java
public class NYStyleCheesePizza implements Pizza{
@Override
public void make() {
System.out.println("NYStyleCheesePizza is making..");
}
}
```
```java
public class NYStyleVeggiePizza implements Pizza {
@Override
public void make() {
System.out.println("NYStyleVeggiePizza is making..");
}
}
```
```java
public class ChicagoStyleCheesePizza implements Pizza{
@Override
public void make() {
System.out.println("ChicagoStyleCheesePizza is making..");
}
}
```
```java
public class ChicagoStyleVeggiePizza implements Pizza{
@Override
public void make() {
System.out.println("ChicagoStyleVeggiePizza is making..");
}
}
```
```java
public class NYPizzaStore implements PizzaStore {
@Override
public Pizza orderPizza(String item) {
Pizza pizza = null;
if (item.equals("cheese")) {
pizza = new NYStyleCheesePizza();
} else if (item.equals("veggie")) {
pizza = new NYStyleVeggiePizza();
} else {
throw new UnsupportedOperationException();
}
pizza.make();
return pizza;
}
}
```
```java
public class ChicagoPizzaStore implements PizzaStore {
@Override
public Pizza orderPizza(String item) {
Pizza pizza = null;
if (item.equals("cheese")) {
pizza = new ChicagoStyleCheesePizza();
} else if (item.equals("veggie")) {
pizza = new ChicagoStyleVeggiePizza();
} else {
throw new UnsupportedOperationException();
}
pizza.make();
return pizza;
}
}
```
```java
public class PizzaTestDrive {
public static void main(String[] args) {
PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore();
nyStore.orderPizza("cheese");
PizzaStore chicagoStore = new ChicagoPizzaStore();
chicagoStore.orderPizza("cheese");
}
}
```
运行结果
```html
NYStyleCheesePizza is making..
ChicagoStyleCheesePizza is making..
```
# 七、抽象工厂模式
## 模式定义
提供一个接口，用于创建 **相关的对象家族** 。
## 模式类图
抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。
抽象工厂模式用到了工厂模式来创建单一对象，在类图左部，AbstractFactory 中的 CreateProductA 和 CreateProductB 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂模式的定义。
至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 需要同时创建出这两个对象。
从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbstractFactory，而工厂模式使用了继承。
## 解决方案类图
## 代码实现
```java
public interface Dough {
public String doughType();
}
```
```java
public class ThickCrustDough implements Dough{
@Override
public String doughType() {
return "ThickCrustDough";
}
}
```
```java
public class ThinCrustDough implements Dough {
@Override
public String doughType() {
return "ThinCrustDough";
}
}
```
```java
public interface Sauce {
public String sauceType();
}
```
```java
public class MarinaraSauce implements Sauce {
@Override
public String sauceType() {
return "MarinaraSauce";
}
}
```
```java
public class PlumTomatoSauce implements Sauce {
@Override
public String sauceType() {
return "PlumTomatoSauce";
}
}
```
```java
public interface PizzaIngredientFactory {
public Dough createDough();
public Sauce createSauce();
}
```
```java
public class NYPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{
@Override
public Dough createDough() {
return new ThickCrustDough();
}
@Override
public Sauce createSauce() {
return new MarinaraSauce();
}
}
```
```java
public class ChicagoPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory{
@Override
public Dough createDough() {
return new ThinCrustDough();
}
@Override
public Sauce createSauce() {
return new PlumTomatoSauce();
}
}
```
```java
public class NYPizzaStore {
private PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
public NYPizzaStore() {
ingredientFactory = new NYPizzaIngredientFactory();
}
public void makePizza() {
Dough dough = ingredientFactory.createDough();
Sauce sauce = ingredientFactory.createSauce();
System.out.println(dough.doughType());
System.out.println(sauce.sauceType());
}
}
```
```java
public class NYPizzaStoreTestDrive {
public static void main(String[] args) {
NYPizzaStore nyPizzaStore = new NYPizzaStore();
nyPizzaStore.makePizza();
}
}
```
运行结果
```html
ThickCrustDough
MarinaraSauce
```
# 八、单例模式
## 模式定义
确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点。
## 模式类图
使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。
私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。
## 懒汉式-线程不安全
以下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟化实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。
这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入`if(uniqueInstance == null)` ，那么就会多次实例化 uniqueInstance。
```java
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
```
## 懒汉式-线程安全
只需要对 `getUniqueInstance()` 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，从而避免了对 uniqueInstance 进行多次实例化的问题。
但是这样有一个问题，就是当一个线程进入该方法之后，其它线程试图进入该方法都必须等待，因此性能上有一定的损耗。
```java
public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
```
## 饿汉式-线程安全
线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化了多次，如果 uniqueInstance 采用直接实例化的话，就不会被实例化多次，也就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的优势。
```java
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
```
## 双重校验锁-线程安全
uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行。也就是说，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。
双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被初始化了，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。
```java
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
```
考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的情况下，如果两个线程同时执行 if 语句，那么两个线程就会同时进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作，但是两个线程都会执行`uniqueInstance = new Singleton();`这条语句，只是早晚的问题，也就是说会进行两次实例化，从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁，也就是需要使用两个 if 判断。
```java
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
```
# 九、命令模式
## 问题描述
设计一个遥控器，它有很多按钮，每个按钮可以发起一个命令，命令会让一个家电完成相应操作。
有非常多的家电，并且之后会增加家电。
## 模式定义
将命令封装成对象，以便使用不同的命令来参数化其它对象。
## 问题的解决方案类图
- RemoteControl 是遥控器，它可以为每个按钮设置命令对象，并且执行命令。
- Command 是命令对象。
- Light（电灯）是命令真正的执行者。
- RemoteLoader 是客户端，应该注意它与 RemoteControl 的区别。因为 RemoteControl 不能主动地调用自身的方法，因此也就不能当成是客户端。客户端好比人，只有人才能去真正去使用遥控器。
## 模式类图
## 代码实现
```java
public interface Command {
public void execute();
}
```
```java
public class Light {
public void on() {
System.out.println("Light is on!");
}
public void off() {
System.out.println("Light is off!");
}
}
```
```java
public class LightOnCommand implements Command{
Light light;
public LightOnCommand(Light light) {
this.light = light;
}
@Override
public void execute() {
light.on();
}
}
```
```java
/**
* 遥控器类
*/
public class SimpleRemoteControl {
Command slot;
public SimpleRemoteControl() {
}
public void setCommand(Command command) {
this.slot = command;
}
public void buttonWasPressed() {
slot.execute();
}
}
```
```java
/**
* 客户端
*/
public class RemoteLoader {
public static void main(String[] args) {
SimpleRemoteControl remote = new SimpleRemoteControl();
Light light = new Light();
LightOnCommand lightOnCommand = new LightOnCommand(light);
remote.setCommand(lightOnCommand);
remote.buttonWasPressed();
}
}
```
输出
```html
Light is on!
```
# 十、适配器模式
## 模式定义
将一个类的接口，转换为客户期望的另一个接口。适配器让原本不兼容的类可以合作无间。
## 模式类图
适配器（Adapter）组合一个适配者（Adaptee），Adapter 把操作委托给 Adaptee。
## 问题描述
鸭子（Duck）和火鸡（Turkey）拥有不同的叫声，Duck 的叫声调用 quack() 方法，而 Turkey 调用 gobble() 方法。
要求将 Turkey 的 gobble() 方法适配成 Duck 的 quack() 方法，从而让火鸡冒充鸭子！
## 问题的解决方案类图
## 代码实现
```java
public interface Duck {
public void quack();
}
```
```java
public interface Turkey {
public void gobble();
}
```
```java
public class WildTurkey implements Turkey{
@Override
public void gobble() {
System.out.println("gobble!");
}
}
```
```java
public class TurkeyAdapter implements Duck{
Turkey turkey;
public TurkeyAdapter(Turkey turkey) {
this.turkey = turkey;
}
@Override
public void quack() {
turkey.gobble();
}
}
```
```java
public class DuckTestDrive {
public static void main(String[] args) {
Turkey turkey = new WildTurkey();
Duck duck = new TurkeyAdapter(turkey);
duck.quack();
}
}
```
运行结果
```html
gobble!
```
# 十、外观模式
## 模式定义
提供了一个统一的接口，用来访问子系统中的一群接口，从而让子系统更容易使用。
## 模式类图
## 问题描述
家庭影院中有众多电器，当要进行观看电影时需要对很多电器进行操作。要求简化这些操作，使得家庭影院类只提供一个简化的接口，例如提供一个看电影相关的接口。
## 解决方案类图
## 设计原则
**最少知识原则** ：只和你的密友谈话。也就是客户对象所需要交互的对象应当尽可能少。
## 代码实现
过于简单，无实现。
# 十一、模板方法模式
## 模式定义
在一个方法中定义一个算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。
模板方法使得子类可以在不改变算法结构的情况下，重新定义算法中的某些步骤。
## 模式类图
模板方法 templateMethod() 定义了算法的骨架，确定了 primitiveOperation1() 和 primitiveOperation2() 方法执行的顺序，而 primitiveOperation1() 和 primitiveOperation2() 让子类去实现。
## 问题描述
冲咖啡和冲茶都有类似的流程，但是某些步骤会有点不一样，要求复用那些相同步骤的代码。
## 问题的解决方案类图
prepareRecipe() 方法就是模板方法，它确定了其它四个方法的具体执行步骤。其中 brew() 和 addCondiments() 方法在子类中实现。
## 设计原则
**好莱坞原则** ：别调用（打电话给）我们，我们会调用（打电话给）你。这一原则可以防止依赖腐败，即防止高层组件依赖底层组件，底层组件又依赖高层组件。该原则在模板方法的体现为，只有父类会调用子类，子类不会调用父类。
## 钩子
某些步骤在不同实现中可有可无，可以先定义一个什么都不做的方法，把它加到模板方法中，如果子类需要它就覆盖默认实现并加上自己的实现。
## 代码实现
```java
public abstract class CaffeineBeverage {
final void prepareRecipe(){
boilWater();
brew();
pourInCup();
addCondiments();
}
abstract void brew();
abstract void addCondiments();
void boilWater(){
System.out.println("boilWater");
}
void pourInCup(){
System.out.println("pourInCup");
}
}
```
```java
public class Coffee extends CaffeineBeverage{
@Override
void brew() {
System.out.println("Coffee.brew");
}
@Override
void addCondiments() {
System.out.println("Coffee.addCondiments");
}
}
```
```java
public class Tea extends CaffeineBeverage{
@Override
void brew() {
System.out.println("Tea.brew");
}
@Override
void addCondiments() {
System.out.println("Tea.addCondiments");
}
}
```
```java
public class CaffeineBeverageTestDrive {
public static void main(String[] args) {
CaffeineBeverage caffeineBeverage = new Coffee();
caffeineBeverage.prepareRecipe();
System.out.println("-----------");
caffeineBeverage = new Tea();
caffeineBeverage.prepareRecipe();
}
}
```
运行结果
```html
boilWater
Coffee.brew
pourInCup
Coffee.addCondiments
-----------
boilWater
Tea.brew
pourInCup
Tea.addCondiments
```
# 十二、迭代器模式
## 模式定义
提供顺序访问一个聚合对象中的各个元素的方法，而又不暴露聚合对象内部的表示。
## 模式类图
- Aggregate 是聚合类，其中 createIterator() 方法可以产生一个 Iterator；
- Iterator 主要定义了 hasNext() 和 next() 方法。
- Client 组合了 Aggregate，为了迭代遍历 Aggregate，也需要组合 Iterator。
## 代码实现
```java
public class Aggregate {
private int[] items;
public Aggregate() {
items = new int[10];
for (int i = 0; i < items.length; i++) {
items[i] = i;
}
}
public Iterator createIterator() {
return new ConcreteIterator(items);
}
}
```
```java
public interface Iterator {
boolean hasNext();
int next();
}
```
```java
public class ConcreteIterator implements Iterator {
private int[] items;
private int position = 0;
public ConcreteIterator(int[] items) {
this.items = items;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return position < items.length;
}
@Override
public int next() {
return items[position++];
}
}
```
```java
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Aggregate aggregate = new Aggregate();
Iterator iterator = aggregate.createIterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.println(iterator.next());
}
}
}
```
运行结果
```html
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
```
## Java 内置的迭代器
需要让聚合类实现 Iterable 接口，该接口有一个 iterator() 方法会返回一个 Iterator 对象。
可以使用 foreach 循环来顺序访问聚合对象中的每个元素。
Java 中的集合类基本都实现了 Iterable 接口。
```java
import java.util.Iterator;
public class Aggregate implements Iterable{
private int[] items;
public Aggregate() {
items = new int[10];
for (int i = 0; i < items.length; i++) {
items[i] = i;
}
}
@Override
public Iterator iterator() {
return new ConcreteIterator(items);
}
}
```
```java
import java.util.Iterator;
public class ConcreteIterator implements Iterator {
private int[] items;
private int position = 0;
public ConcreteIterator(int[] items) {
this.items = items;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return position < items.length;
}
@Override
public Integer next() {
return items[position++];
}
}
```
```java
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Aggregate aggregate = new Aggregate();
for (int item : aggregate) {
System.out.println(item);
}
}
}
```
# 十三、组合模式
## 设计原则
一个类应该只有一个引起它改变的原因。
## 模式定义
允许将对象组合成树形结构来表现“整体/部分”关系。
组合能让客户以一致的方式处理个别对象以及组合对象。
## 模式类图
组件（Component）类是组合类（Composite）和叶子类（Leaf）的父类，可以把组合类看成是树的中间节点。
组合对象拥有一个组件对象，因此组合对象的操作可以委托给组件对象去处理，而组件对象可以是另一个组合对象或者叶子对象。
## 代码实现
```java
public abstract class Component {
protected String name;
public Component(String name) {
this.name = name;
}
abstract public void addChild(Component component);
public void print() {
print(0);
}
abstract protected void print(int level);
}
```
```java
public class Leaf extends Component {
public Leaf(String name) {
super(name);
}
@Override
public void addChild(Component component) {
throw new UnsupportedOperationException(); // 牺牲透明性换取单一职责原则，这样就不用考虑是叶子节点还是组合节点
}
@Override
protected void print(int level) {
for (int i = 0; i < level; i++) {
System.out.print("--");
}
System.out.println("left:" + name);
}
}
```
```java
public class Composite extends Component {
private List childs;
public Composite(String name) {
super(name);
childs = new ArrayList<>();
}
@Override
public void addChild(Component component) {
childs.add(component);
}
@Override
protected void print(int level) {
for (int i = 0; i < level; i++) {
System.out.print("--");
}
System.out.println("Composite:" + name);
for (Component component : childs) {
component.print(level + 1);
}
}
}
```
```java
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Composite root = new Composite("root");
Component node1 = new Leaf("1");
Component node2 = new Composite("2");
Component node3 = new Leaf("3");
root.addChild(node1);
root.addChild(node2);
root.addChild(node3);
Component node21 = new Leaf("21");
Component node22 = new Composite("22");
node2.addChild(node21);
node2.addChild(node22);
Component node221 = new Leaf("221");
node22.addChild(node221);
root.print();
}
}
```
运行结果
```html
Composite:root
--left:1
--Composite:2
----left:21
----Composite:22
------left:221
--left:3
```
# 十四、状态模式
## 模式定义
允许对象在内部状态改变时改变它的行为，对象看起来好像修改了它所属的类。
## 模式类图
Context 的 request() 方法委托给 State 对象去处理。当 Context 组合的 State 对象发生改变时，它的行为也就发生了改变。
## 与策略模式的比较
状态模式的类图和策略模式一样，并且都是能够动态改变对象的行为。
但是状态模式是通过状态转移来改变 Context 所组合的 State 对象，而策略模式是通过 Context 本身的决策来改变组合的 Strategy 对象。
所谓的状态转移，是指 Context 在运行过程中由于一些条件发生改变而使得 State 对象发生改变，注意必须要是在运行过程中。
状态模式主要是用来解决状态转移的问题，当状态发生转移了，那么 Context 对象就会改变它的行为；而策略模式主要是用来封装一组可以互相替代的算法族，并且可以根据需要动态地去替换 Context 使用的算法。
## 问题描述
糖果销售机有多种状态，每种状态下销售机有不同的行为，状态可以发生转移，使得销售机的行为也发生改变。
## 直接解决方案
在糖果机的每个操作函数里面，判断当前的状态，根据不同的状态进行不同的处理，并且发生不同的状态转移。
这种解决方案在需要增加状态的时候，必须对每个操作的代码都进行修改。
## 代码实现
糖果销售机即 Context。
下面的实现中每个 State 都组合了 Context 对象，这是因为状态转移的操作在 State 对象中，而状态转移过程又必须改变 Context 对象的 state 对象，因此 State 必须组合 Context 对象。
```java
public interface State {
/**
* 投入 25 分钱
*/
void insertQuarter();
/**
* 退回 25 分钱
*/
void ejectQuarter();
/**
* 转动曲柄
*/
void turnCrank();
/**
* 发放糖果
*/
void dispense();
}
```
```java
public class HasQuarterState implements State{
private GumballMachine gumballMachine;
public HasQuarterState(GumballMachine gumballMachine){
this.gumballMachine = gumballMachine;
}
@Override
public void insertQuarter() {
System.out.println("You can't insert another quarter");
}
@Override
public void ejectQuarter() {
System.out.println("Quarter returned");
gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
}
@Override
public void turnCrank() {
System.out.println("You turned...");
gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldState());
}
@Override
public void dispense() {
System.out.println("No gumball dispensed");
}
}
```
```java
public class NoQuarterState implements State {
GumballMachine gumballMachine;
public NoQuarterState(GumballMachine gumballMachine) {
this.gumballMachine = gumballMachine;
}
@Override
public void insertQuarter() {
System.out.println("You insert a quarter");
gumballMachine.setState(gumballMachine.getHasQuarterState());
}
@Override
public void ejectQuarter() {
System.out.println("You haven't insert a quarter");
}
@Override
public void turnCrank() {
System.out.println("You turned, but there's no quarter");
}
@Override
public void dispense() {
System.out.println("You need to pay first");
}
}
```
```java
public class SoldOutState implements State {
GumballMachine gumballMachine;
public SoldOutState(GumballMachine gumballMachine) {
this.gumballMachine = gumballMachine;
}
@Override
public void insertQuarter() {
System.out.println("You can't insert a quarter, the machine is sold out");
}
@Override
public void ejectQuarter() {
System.out.println("You can't eject, you haven't inserted a quarter yet");
}
@Override
public void turnCrank() {
System.out.println("You turned, but there are no gumballs");
}
@Override
public void dispense() {
System.out.println("No gumball dispensed");
}
}
```
```java
public class SoldState implements State {
GumballMachine gumballMachine;
public SoldState(GumballMachine gumballMachine) {
this.gumballMachine = gumballMachine;
}
@Override
public void insertQuarter() {
System.out.println("Please wait, we're already giving you a gumball");
}
@Override
public void ejectQuarter() {
System.out.println("Sorry, you already turned the crank");
}
@Override
public void turnCrank() {
System.out.println("Turning twice doesn't get you another gumball!");
}
@Override
public void dispense() {
gumballMachine.releaseBall();
if(gumballMachine.getCount()>0){
gumballMachine.setState(gumballMachine.getNoQuarterState());
} else{
System.out.println("Oops, out of gumballs");
gumballMachine.setState(gumballMachine.getSoldOutState());
}
}
}
```
```java
public class GumballMachine {
private State soldOutState;
private State noQuarterState;
private State hasQuarterState;
private State soldState;
private State state;
private int count = 0;
public GumballMachine(int numberGumballs) {
count = numberGumballs;
soldOutState = new SoldOutState(this);
noQuarterState = new NoQuarterState(this);
hasQuarterState = new HasQuarterState(this);
soldState = new SoldState(this);
if (numberGumballs > 0) {
state = noQuarterState;
} else {
state = soldOutState;
}
}
public void insertQuarter() {
state.insertQuarter();
}
public void ejectQuarter() {
state.ejectQuarter();
}
public void turnCrank() {
state.turnCrank();
state.dispense();
}
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void releaseBall() {
System.out.println("A gumball comes rolling out the slot...");
if (count != 0) {
count -= 1;
}
}
public State getSoldOutState() {
return soldOutState;
}
public State getNoQuarterState() {
return noQuarterState;
}
public State getHasQuarterState() {
return hasQuarterState;
}
public State getSoldState() {
return soldState;
}
public int getCount() {
return count;
}
}
```
```java
public class GumballMachineTestDrive {
public static void main(String[] args) {
GumballMachine gumballMachine = new GumballMachine(5);
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.ejectQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
gumballMachine.ejectQuarter();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
gumballMachine.insertQuarter();
gumballMachine.turnCrank();
}
}
```
运行结果
```html
You insert a quarter
You turned...
A gumball comes rolling out the slot...
You insert a quarter
Quarter returned
You turned, but there's no quarter
You need to pay first
You insert a quarter
You turned...
A gumball comes rolling out the slot...
You insert a quarter
You turned...
A gumball comes rolling out the slot...
You haven't insert a quarter
You insert a quarter
You can't insert another quarter
You turned...
A gumball comes rolling out the slot...
You insert a quarter
You turned...
A gumball comes rolling out the slot...
Oops, out of gumballs
You can't insert a quarter, the machine is sold out
You turned, but there are no gumballs
No gumball dispensed
```
# 十五、代理模式
# 十六、MVC
## 传统 MVC
视图使用组合模式，模型使用了观察者模式，控制器使用了策略模式。
## Web 中的 MVC
模式不再使用观察者模式。
# 十七、与设计模式相处
## 定义
在某情境下，针对某问题的某种解决方案。
## 何时使用
过度使用设计模式可能导致代码被过度工程化，应该总是用最简单的解决方案完成工作，并在真正需要模式的地方才使用它。
## 反模式
不好的解决方案来解决一个问题。主要作用是为了警告人们不要使用这些解决方案。
## 模式分类
# 参考资料
- 弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
