java23种设计模式示例

设计模式概述

设计模式是软件开发中常见问题的可重用解决方案，分为创建型、结构型和行为型三大类。以下是23种经典设计模式的简要说明及示例。

创建型模式

单例模式（Singleton）

确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。

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

工厂方法模式（Factory Method）

定义创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。

public interface Product {
    void use();
}
public class ConcreteProduct implements Product {
    public void use() {
        System.out.println("Using ConcreteProduct");
    }
}
public abstract class Creator {
    public abstract Product factoryMethod();
}

抽象工厂模式（Abstract Factory）

提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族。

public interface AbstractFactory {
    ProductA createProductA();
    ProductB createProductB();
}

建造者模式（Builder）

将一个复杂对象的构建与表示分离。

public class Product {
    private String part1;
    private String part2;
    // Builder class implementation
}

原型模式（Prototype）

通过复制现有对象来创建新对象。

public interface Prototype {
    Prototype clone();
}

结构型模式

适配器模式（Adapter）

将一个类的接口转换成客户希望的另一个接口。

public class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee;
    public Adapter(Adaptee adaptee) {
        this.adaptee = adaptee;
    }
    public void request() {
        adaptee.specificRequest();
    }
}

桥接模式（Bridge）

将抽象部分与实现部分分离，使它们可以独立变化。

public abstract class Abstraction {
    protected Implementor implementor;
    public Abstraction(Implementor implementor) {
        this.implementor = implementor;
    }
    public abstract void operation();
}

组合模式（Composite）

将对象组合成树形结构以表示"部分-整体"层次结构。

public interface Component {
    void operation();
}
public class Leaf implements Component {
    public void operation() {
        System.out.println("Leaf operation");
    }
}

装饰器模式（Decorator）

动态地给对象添加额外的职责。

public abstract class Decorator implements Component {
    protected Component component;
    public Decorator(Component component) {
        this.component = component;
    }
    public void operation() {
        component.operation();
    }
}

外观模式（Facade）

为子系统中的一组接口提供一个统一的高层接口。

public class Facade {
    private SubSystemA a;
    private SubSystemB b;
    public Facade() {
        a = new SubSystemA();
        b = new SubSystemB();
    }
    public void operation() {
        a.operationA();
        b.operationB();
    }
}

享元模式（Flyweight）

运用共享技术有效地支持大量细粒度的对象。

public class FlyweightFactory {
    private Map<String, Flyweight> flyweights = new HashMap<>();
    public Flyweight getFlyweight(String key) {
        if (!flyweights.containsKey(key)) {
            flyweights.put(key, new ConcreteFlyweight(key));
        }
        return flyweights.get(key);
    }
}

代理模式（Proxy）

为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。

public interface Subject {
    void request();
}
public class Proxy implements Subject {
    private RealSubject realSubject;
    public void request() {
        if (realSubject == null) {
            realSubject = new RealSubject();
        }
        realSubject.request();
    }
}

行为型模式

责任链模式（Chain of Responsibility）

让多个对象都有机会处理请求。

public abstract class Handler {
    protected Handler successor;
    public void setSuccessor(Handler successor) {
        this.successor = successor;
    }
    public abstract void handleRequest(Request request);
}

命令模式（Command）

将请求封装为对象，支持请求的排队、日志和撤销。

public interface Command {
    void execute();
}
public class ConcreteCommand implements Command {
    private Receiver receiver;
    public ConcreteCommand(Receiver receiver) {
        this.receiver = receiver;
    }
    public void execute() {
        receiver.action();
    }
}

解释器模式（Interpreter）

定义语言的文法，并解释该语言中的句子。

public interface Expression {
    boolean interpret(String context);
}

迭代器模式（Iterator）

提供一种方法顺序访问聚合对象的元素。

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

中介者模式（Mediator）

定义一个中介对象来封装对象之间的交互。

public interface Mediator {
    void notify(Colleague colleague, String message);
}

备忘录模式（Memento）

在不破坏封装性的前提下捕获对象的内部状态。

public class Memento {
    private String state;
    public Memento(String state) {
        this.state = state;
    }
    public String getState() {
        return state;
    }
}

观察者模式（Observer）

定义对象间的一对多依赖关系，当一个对象状态改变时，所有依赖者都会收到通知。

public interface Observer {
    void update();
}
public class ConcreteObserver implements Observer {
    public void update() {
        System.out.println("Observer updated");
    }
}

状态模式（State）

允许对象在内部状态改变时改变其行为。

public interface State {
    void handle(Context context);
}

策略模式（Strategy）

定义一系列算法，将每个算法封装起来，并使它们可以互换。

public interface Strategy {
    void execute();
}
public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
    public void execute() {
        System.out.println("Strategy A executed");
    }
}

模板方法模式（Template Method）

定义一个操作中的算法骨架，将某些步骤延迟到子类中实现。

public abstract class AbstractClass {
    public void templateMethod() {
        primitiveOperation1();
        primitiveOperation2();
    }
    protected abstract void primitiveOperation1();
    protected abstract void primitiveOperation2();
}

访问者模式（Visitor）

在不改变各元素类的前提下定义作用于这些元素的新操作。

public interface Visitor {
    void visit(ElementA elementA);
    void visit(ElementB elementB);
}
public class ConcreteVisitor implements Visitor {
    public void visit(ElementA elementA) {
        System.out.println("Visited ElementA");
    }
    public void visit(ElementB elementB) {
        System.out.println("Visited ElementB");
    }
}