八大设计模式

设计模式在日常软件开发中的重要性

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单例模式

单例模式确保一个类只有一个实例，通常用于管理共享资源，如配置、缓存、线程池等。

代码实现：双重检查锁

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

工厂模式

工厂模式用于封装对象的创建逻辑，特别是当类实例化过程复杂时，可以降低耦合度。

代码实现：简单工厂

public class PaymentFactory {
    public static Payment createPayment(String type) {
        switch (type) {
            case "AliPay":
                return new AliPay();
            case "WeChatPay":
                return new WeChatPay();
            default:
                throw new IllegalArgumentException("Unknown payment type");
        }
    }
}

策略模式

策略模式将不同算法封装为独立类，并允许在运行时选择不同的策略。

代码实现：促销策略

public interface PromotionStrategy {
    void applyPromotion();
}

public class DiscountStrategy implements PromotionStrategy {
    @Override
    public void applyPromotion() {
        System.out.println("Applying discount...");
    }
}

public class PromotionContext {
    private PromotionStrategy strategy;

    public PromotionContext(PromotionStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void executePromotion() {
        strategy.applyPromotion();
    }
}

代理模式

代理模式通过代理对象控制对目标对象的访问，常用于权限控制、日志记录等场景。

代码实现：静态代理

public interface Service {
    void execute();
}

public class RealService implements Service {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("Executing real service...");
    }
}

public class ServiceProxy implements Service {
    private RealService realService;

    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("Checking permissions...");
        if (realService == null) {
            realService = new RealService();
        }
        realService.execute();
    }
}

观察者模式

观察者模式定义一对多的依赖，当一个对象状态变化时，所有依赖它的对象都会收到通知。

代码实现：事件通知

public interface Observer {
    void update(String message);
}

public class User implements Observer {
    private String name;

    public User(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println(name + " received message: " + message);
    }
}

public class Weibo {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();

    public void follow(Observer observer) {
        observers.add(observer);
    }

    public void post(String message) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

装饰器模式

装饰器模式在不改变原始类的基础上，动态扩展其功能。

代码实现：咖啡加料

public interface Coffee {
    String getDescription();
    double getCost();
}

public class SimpleCoffee implements Coffee {
    @Override
    public String getDescription() {
        return "Simple Coffee";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return 5.0;
    }
}

public class MilkDecorator implements Coffee {
    private Coffee coffee;

    public MilkDecorator(Coffee coffee) {
        this.coffee = coffee;
    }

    @Override
    public String getDescription() {
        return coffee.getDescription() + ", Milk";
    }

    @Override
    public double getCost() {
        return coffee.getCost() + 1.5;
    }
}

模板方法模式

模板方法模式定义一个算法的骨架，把具体的实现留给子类。

代码实现：任务执行模板

public abstract class Task {
    public final void execute() {
        init();
        doWork();
        cleanup();
    }

    protected abstract void init();
    protected abstract void doWork();
    protected void cleanup() {
        System.out.println("Default cleanup...");
    }
}

public class DataProcessingTask extends Task {
    @Override
    protected void init() {
        System.out.println("Initializing data...");
    }

    @Override
    protected void doWork() {
        System.out.println("Processing data...");
    }
}

建造者模式

建造者模式用于创建复杂对象，特别是当对象有多个可选参数时。

代码实现：构建HTTP请求

public class HttpRequest {
    private String method;
    private String url;
    private String body;

    private HttpRequest(Builder builder) {
        this.method = builder.method;
        this.url = builder.url;
        this.body = builder.body;
    }

    public static class Builder {
        private String method;
        private String url;
        private String body;

        public Builder method(String method) {
            this.method = method;
            return this;
        }

        public Builder url(String url) {
            this.url = url;
            return this;
        }

        public Builder body(String body) {
            this.body = body;
            return this;
        }

        public HttpRequest build() {
            return new HttpRequest(this);
        }
    }
}

总结

在软件开发的广阔天地中，设计模式不仅是解决特定问题的模板，更是提升代码质量、可维护性和可扩展性的有力工具。通过本文的探讨，我们深入了解了8种设计模式：单例模式、工厂模式、策略模式、代理模式、观察者模式、装饰器模式、模板方法模式和建造者模式。每种模式都以其独特的方式，帮助我们应对软件开发中的复杂性，提供了一种清晰、结构化的方法来构建灵活且健壮的系统。