Java中的设计模式简介

# 1. 设计模式概述

设计模式是针对软件设计中经常出现的各种问题所提出的解决方案。通过设计模式，开发者可以更好地组织代码结构，提高代码的复用性、可读性和可维护性。

## 什么是设计模式
设计模式是在软件开发过程中针对某类常见问题的解决方案，是工程经验的总结和提炼。设计模式不是代码，而是描述代码结构和交互的一种模板。

## 设计模式的重要性
- 提高代码的复用性：设计模式可以帮助我们将通用逻辑抽象出来，实现代码的复用。
- 提高代码的可读性：设计模式定义了一套通用的解决方案，让代码更加清晰易懂。
- 降低代码的维护成本：设计模式让代码更易维护和扩展，降低了代码的耦合性。

## 设计模式的分类
设计模式根据其目的和作用可以分为创建型、结构型和行为型三种类别：
- **创建型设计模式**：专注于对象的实例化过程，包括工厂模式、单例模式等。
- **结构型设计模式**：关注对象之间的组成方式，包括适配器模式、装饰器模式等。
- **行为型设计模式**：关注对象之间的交互，包括观察者模式、策略模式等。

设计模式的分类有助于我们更好地理解和应用不同类型的设计模式，从而更好地解决问题并提高代码质量。

# 2. 创建型设计模式

在创建型设计模式中，主要关注对象的创建过程，帮助我们更加灵活地处理对象的创建，降低耦合度并提高代码的可维护性。下面我们将介绍几种常用的创建型设计模式。

### 1. 工厂模式

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方式。通过工厂方法，我们可以隐藏对象的实例化逻辑，使得在需要创建对象时，只需要向工厂请求即可。

工厂模式有多种形式，其中最常见的是**工厂方法模式**和**抽象工厂模式**。

在工厂方法模式中，我们定义一个工厂接口，具体的工厂类实现这个接口来创建具体的产品对象。

在抽象工厂模式中，我们定义一个抽象工厂接口，具体的工厂类实现这个接口来创建一系列相关或依赖的产品对象。

### 2. 单例模式

单例模式是一种创建型设计模式，它确保某一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

以下是一个简单的单例模式示例，使用懒汉式实现：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
    }

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

在多线程环境下，需要注意单例模式的线程安全性，可以通过 synchronized 加锁或使用双重检查锁定等方式实现线程安全的单例模式。

### 3. 建造者模式

建造者模式是一种创建型设计模式，它将一个复杂对象的构建过程与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

建造者模式一般包括一个指挥者（Director）和一个构建者（Builder）接口。指挥者负责指导构建过程，而具体的构建则由构建者来完成。

### 4. 原型模式

原型模式是一种创建型设计模式，它通过复制现有对象来创建新对象，而不是通过实例化新对象。原型模式可以减少对象的创建时间，提高性能。

在原型模式中，原型对象需要实现 Cloneable 接口，并重写 clone 方法来实现对象的复制。

以上是创建型设计模式中的几种常见模式，它们可以帮助我们更加灵活地处理对象的创建过程，提高代码的可维护性和扩展性。

# 3. 结构型设计模式

### 适配器模式
适配器模式主要用于解决接口不兼容的情况，将一个类的接口转换成客户端希望的另一个接口。适配器模式包含类适配器和对象适配器两种实现方式。

#### 类适配器实现示例：

// 目标接口
interface Target {
    void request();
}

// 需要适配的类
class Adaptee {
    public void specificRequest() {
        System.out.println("Specific request");
    }
}

// 类适配器
class Adapter extends Adaptee implements Target {
    @Override
    public void request() {
        specificRequest();
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Target target = new Adapter();
        target.request();
    }
}

#### 对象适配器实现示例：

// 目标接口
interface Target {
    void request();
}

// 需要适配的类
class Adaptee {
    public void specificRequest() {
        System.out.println("Specific request");
    }
}

// 对象适配器
class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee;

    public Adapter(Adaptee adaptee) {
        this.adaptee = adaptee;
    }

    @Override
    public void request() {
        adaptee.specificRequest();
    }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Adaptee adaptee = new Adaptee();
        Target target = new Adapter(adaptee);
        target.request();
    }
}

### 桥接模式

桥接模式将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。通过组合的方式实现解耦，实现了多维度的变化。

#### 示例流程图：

graph LR
A[抽象类] --> B[实现类1]
A[抽象类] --> C[实现类2]
B --> D[具体实现1]
C --> E[具体实现2]

#### 示例代码总结：
- 桥接模式将抽象和实现隔离开来，可