设计模式

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Posted by bulingfeng on June 10, 2024

设计模式

设计的原则和思想比设计模式更重要，有了这些原则和思想我们可以创造出来自己的设计模式。

其实学习是有方法论的，自己要学习大师是如何思考，这个才是最重要的。

SOLID原则，分别代表如下原则：

  • 单一功能原则
  • 开闭原则
  • 里氏替换原则
  • 接口隔离原则
  • 依赖反转原则

1.设计模式的分类

  • 创建型；使用一些方式来创建一些对象，增加了代码的灵活性和可复用性。
  • 组合型；使用一些方法来组装对象，从而形成一个比较复杂的对象，并保持结构的灵活和高效。
  • 行为模式；负责对象间的高效沟通和指责委派。

2.从代码上如何判断哪些是面向对象，哪些是面向过程

面向对象和面向过程都是编程的一个范式而已。

2.1滥用get、set方法

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public class ShoppingCart {
  private int itemsCount;
  private double totalPrice;
  private List<ShoppingCartItem> items = new ArrayList<>();
  
  public int getItemsCount() {
    return this.itemsCount;
  }
  
  public void setItemsCount(int itemsCount) {
    this.itemsCount = itemsCount;
  }
  
  public double getTotalPrice() {
    return this.totalPrice;
  }
  
  public void setTotalPrice(double totalPrice) {
    this.totalPrice = totalPrice;
  }

  public List<ShoppingCartItem> getItems() {
    return this.items;
  }
  
  public void addItem(ShoppingCartItem item) {
    items.add(item);
    itemsCount++;
    totalPrice += item.getPrice();
  }
  // ...省略其他方法...
}

既然itemsCount和totalPrice都定义了set方法，那么也意味着，任何人都可以修改这两个值的内容。从而让金额和数量和items的数量对应不上。

items的虽然只提供了一个get方法，但是由于该方法返回的是一个list的对象，我们依然可以对这个集合进行修改，或者内部的对象进行修改。

这里的代码违反了面对对象的封装性。

3.抽象类和接口的区别

抽象类更多的是解决代码复用的问题，而接口则更加的偏重于解耦。

从类的关系上来看，抽象类是一种自下而上的设计思路，也就是说发现有些代码可以被重新复用的时候，可以使用抽象出来一个抽象类。

而接口则是从上而下的一种情况，这个一般是在编程的时候就开始设计接口，然后再通过对接口的实现来实现具体功能。

4.基于贫血模式的MVC架构违背OOP吗？

确实是违背了OOP的开发模式。

贫血模式

贫血模式就是类中只包含了数据，但是并没有包含逻辑相关的代码。

DDD开发类似于敏捷开发之类的概念，不要把他们想的太高大上。更重要的是，你需要深刻的了解业务，只有你深刻的了解业务之后，你才能使用DDD开发。如果你只是熟悉DDD开发概念，而不熟悉业务场景，那么DDD对你来说并没有太多的作用。

5.创建型

创建型的设计模式主要解决的是对象是如何创建的。

5.1单例模式

关于单例模式有如下的几个疑问

  1. 为什么要使用单例？
  2. 单例存在哪些问题？
  3. 单例和静态类之间的区别是什么？
  4. 有何替代方案？

为什么要使用单例？

这里举一个例子，比如一个日志类，向同一个文件内写入数据。

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public class Logger {
  private FileWriter writer;
  
  public Logger() {
    File file = new File("/Users/wangzheng/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public void log(String message) {
    writer.write(message);
  }
}

// Logger类的应用示例：
public class UserController {
  private Logger logger = new Logger();
  
  public void login(String username, String password) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    logger.log(username + " logined!");
  }
}

public class OrderController {
  private Logger logger = new Logger();
  
  public void create(OrderVo order) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    logger.log("Created an order: " + order.toString());
  }
}

文件中的内容会被覆盖。

  1. 创建的时候是创建了两个logger对象，而这两个动作可能是多线程的。
  2. 在向文件中追加内容的时候，会产生覆盖的效果。

而如果你想加锁，代码如下：

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public void log(String message) { 
  synchronized(this) { 
    writer.write(mesasge); 
  } 
}

其实作用是不大的，因为这个是对象所，而logger可以创建多个对象。他们是无能无力的。所以必须改为类锁

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public class Logger {
  private FileWriter writer;

  public Logger() {
    File file = new File("/Users/wangzheng/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public void log(String message) {
    synchronized(Logger.class) { // 类级别的锁
      writer.write(mesasge);
    }
  }
}

鉴于FileWriter是一个对象级别的安全实例，其实自己可以创建一个Logger的单例，并且初始化一个FileWriter对象即可。

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public class Logger {
  private FileWriter writer;
  private static final Logger instance = new Logger();

  private Logger() {
    File file = new File("/Users/wangzheng/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public static Logger getInstance() {
    return instance;
  }
  
  public void log(String message) {
    writer.write(mesasge);
  }
}

// Logger类的应用示例：
public class UserController {
  public void login(String username, String password) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    Logger.getInstance().log(username + " logined!");
  }
}

public class OrderController {  
  public void create(OrderVo order) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    Logger.getInstance().log("Created a order: " + order.toString());
  }
}

还有一些场景需要使用到单例模式，比如计数器，配置信息等。

如何创建一个单例？

  • 将构造方法private化，这样就避免了通过new来创建对象。
  • 考虑对象创建的时候是否有线程安全问题
  • 是否支持延迟加载
  • 考虑getInstance()时候的性能是否足够高

饿汉式

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public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
  private IdGenerator() {}
  public static IdGenerator getInstance() {
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

因为IdGenerator是静态的实例，所以在类加载的时候就已经初始化好了。这个时候不用担心是否会出现多线程安全问题。缺点是不支持懒加载。

有人说这样会过度占用资源，并且还会加长初始化的时间。这样的说法我是不认同的，因为如果用到你都会加载到内存中，如果不用到你干嘛写代码中。

而如果一个类的加载时间比较长，那么还放到懒加载里面就是不合理的，因为这样会降低系统性能，还不如放到初始化的时候来做。

如果实例占用资源多，按照 fail-fast 的设计原则（有问题及早暴露），那我们也希望在程序启动时就将这个实例初始化好。如果资源不够，就会在程序启动的时候触发报错（比如 Java 中的 PermGen Space OOM），我们可以立即去修复

懒汉式

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public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static IdGenerator instance;
  private IdGenerator() {}
  public static synchronized IdGenerator getInstance() {
    if (instance == null) {
      instance = new IdGenerator();
    }
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

双重检验

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public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static IdGenerator instance;
  private IdGenerator() {}
  public static IdGenerator getInstance() {
    if (instance == null) {
      synchronized(IdGenerator.class) { // 此处为类级别的锁
        if (instance == null) {// 这里为何要再加一个Null判断？ 
          //因为可能是多线程导致已经创建好了instance，如果直接创建会有问题。所以必须重写判断下
          //并且由于使用了synchronized，肯定会拿到instance是否真的被创建出来了
          instance = new IdGenerator();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

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实际上，上述实现方式存在问题：CPU 指令重排序可能导致在 IdGenerator 类的对象被关键字 new 创建并赋值给 instance 之后，还没来得及初始化（执行构造函数中的代码逻辑），就被另一个线程使用了。这样，另一个线程就使用了一个没有完整初始化的 IdGenerator 类的对象。要解决这个问题，我们只需要给 instance 成员变量添加 volatile 关键字来禁止指令重排序即可。

静态内部类

这个方式既可以实现线程安全，又可以实现懒加载

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public class IdGenerator { 
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private IdGenerator() {}

  private static class SingletonHolder{
    private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
  }
  
  public static IdGenerator getInstance() {
    return SingletonHolder.instance;
  }
 
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

原型模式

如果一个对象的创建成本比较大，而同一个类之间的差别又不大（大部分字段相同），这种情况下，我们可以利用已有的对象（原型）进行复制的方式来创建新对象，从而得到节约创建时间的目的。

深拷贝有两种方式

  1. 一层层for循环，直到对象都是基本类型（包括string类型）。
  2. 使用序列化和反序列化的方式

结构型

结构性模式主要解决的是对象如何进行组合或组装

代理模式

在不改变原始类的代码基础上，通过引入代理类给原始类添加附加功能。

适用范围都有哪些呢？

日志监控，流量监控，用户鉴权，全局异常处理等等。

静态代理的实现思路

实现和业务接口一样的实现类，但是内容是添加了前后逻辑的代码。并且嵌入了主体的逻辑代码。

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public class UserControllerProxy extends UserController {
  private MetricsCollector metricsCollector;

  public UserControllerProxy() {
    this.metricsCollector = new MetricsCollector();
  }

  public UserVo login(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();

    UserVo userVo = super.login(telephone, password);

    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("login", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);

    return userVo;
  }

  public UserVo register(String telephone, String password) {
    long startTimestamp = System.currentTimeMillis();

    UserVo userVo = super.register(telephone, password);

    long endTimeStamp = System.currentTimeMillis();
    long responseTime = endTimeStamp - startTimestamp;
    RequestInfo requestInfo = new RequestInfo("register", responseTime, startTimestamp);
    metricsCollector.recordRequest(requestInfo);

    return userVo;
  }
}
//UserControllerProxy使用举例
UserController userController = new UserControllerProxy();

动态代理

静态代理缺点就是需要设置N个模版，如果类太多，那么就需要设置很多类似模版的文件。导致大量的代码冗余。很可能这个代理只需要实现很少的代码而已。

而动态代理又分为两种：

  • java自带的动态代理（基于接口的）
  • CGLIB实现的动态代理（无需基于接口）

java自带的动态代理

其实实现方式和静态代理大同小异。无非可以总结为这几个顺序和步骤。

  1. 创建需要被代理的类
  2. 拿到被代理类的classLoader和interfaces
  3. 创建被代理类
  4. 调用Proxy.newProxyInstance，然后得到自己被代理的类
  5. 开始执行想要执行的业务逻辑

业务逻辑类

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public interface UserService {
    void update();
}

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public class UserServiceImpl implements UserService{
    @Override
    public void update() {
        System.out.println("进行update操作....");
    }
}

代理类

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public class LogHandler implements InvocationHandler {
    Object target;  // 被代理的对象，实际的方法执行者

    public LogHandler(Object target) {
        this.target = target;
    }

    // 调用invoke方法之前执行
    private void before() {
        System.out.println(String.format("log start time [%s] ", new Date()));
    }
    // 调用invoke方法之后执行
    private void after() {
        System.out.println(String.format("log end time [%s] ", new Date()));
    }



    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        before();
        Object result = method.invoke(target, args);  // 调用 target 的 method 方法
        after();
        return result;  // 返回方法的执行结果
    }
}

调用代理类

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public class ProxyClient {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建需要被代理的对象
        UserServiceImpl userService=new UserServiceImpl();
        // 得到被代理对象的classloader和接口
        ClassLoader classLoader = userService.getClass().getClassLoader();
        Class<?>[] interfaces = userService.getClass().getInterfaces();
        // 创建动态代理类
        InvocationHandler logHandler=new LogHandler(userService);
        /*
		   5.根据上面提供的信息，创建代理对象 在这个过程中，
               a.JDK会通过根据传入的参数信息动态地在内存中创建和.class 文件等同的字节码
               b.然后根据相应的字节码转换成对应的class，
               c.然后调用newInstance()创建代理实例
		 */
        UserService proxyUserService = (UserService)Proxy.newProxyInstance(classLoader, interfaces, logHandler);

        proxyUserService.update();
    }
}

基于CGLIB的动态代理

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// 第一个动态代理类
public class LogInterceptor1 implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object object, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        before();
        Object result = methodProxy.invokeSuper(object, objects);
        after();
        return result;
    }
    private void before() {
        System.out.println(String.format("log1 start time [%s] ", new Date()));
    }
    private void after() {
        System.out.println(String.format("log1 end time [%s] ", new Date()));
    }
}

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// 第二个动态代理类
public class LogInterceptor2 implements MethodInterceptor {
    @Override
    public Object intercept(Object object, Method method, Object[] objects, MethodProxy methodProxy) throws Throwable {
        before();
        Object result = methodProxy.invokeSuper(object, objects);
        after();
        return result;
    }
    private void before() {
        System.out.println(String.format("log2 start time [%s] ", new Date()));
    }
    private void after() {
        System.out.println(String.format("log2 end time [%s] ", new Date()));
    }
}

需要被代理的类

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public class UserDao {
    public void select() {
        System.out.println("UserDao 查询 selectById");
    }
    public void update() {
        System.out.println("UserDao 更新 update");
    }
}

过滤器

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// 回调过滤器: 在CGLib回调时可以设置对不同方法执行不同的回调逻辑，或者根本不执行回调。
public class DaoFilter implements CallbackFilter {
    @Override
    public int accept(Method method) {
        if ("select".equals(method.getName())) {
            return 1;   // 代表使用拦截器中的第一个
        }
        return 0;   // 代表使用拦截器列表的第二个
    }
}

测试方法

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public class CGLIBDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LogInterceptor1 logInterceptor1 = new LogInterceptor1();
        LogInterceptor2 daoProxy = new LogInterceptor2();

        Enhancer enhancer = new Enhancer();
        enhancer.setSuperclass(UserDao.class);  // 设置超类，cglib是通过继承来实现的
        enhancer.setCallback(daoProxy);

        enhancer.setCallbacks(new Callback[]{ logInterceptor1,daoProxy, NoOp.INSTANCE});   // 设置多个拦截器，NoOp.INSTANCE是一个空拦截器，不做任何处理
        enhancer.setCallbackFilter(new DaoFilter());


        UserDao dao = (UserDao)enhancer.create();   // 创建代理类
        dao.update();
        dao.select();
    }
}

JDK的动态代理和CGLIB的动态代理差异

jdk的动态代理

  1. 实现InvocationHandler接口，然后重写invoke方法来完成代理的实现。
  2. jdk的动态代理是使用了反射来实现的
  3. jdk动态代理之所以只能代理接口是因为代理类本身已经extends了Proxy，而java是不允许多重继承的，但是允许实现多个接口
  4. jdk的动态代理跟随着jdk走可以了。维护简单

CGLIB的动态代理

由于 JDK 动态代理限制了只能基于接口设计，而对于没有接口的情况，JDK方式解决不了；

CGLib 采用了非常底层的字节码技术，其原理是通过字节码技术为一个类创建子类，并在子类中采用方法拦截的技术拦截所有父类方法的调用，顺势织入横切逻辑，来完成动态代理的实现。

实现方式实现 MethodInterceptor 接口，重写 intercept 方法，通过 Enhancer 类的回调方法来实现。

但是CGLib在创建代理对象时所花费的时间却比JDK多得多，所以对于单例的对象，因为无需频繁创建对象，用CGLib合适，反之，使用JDK方式要更为合适一些。

同时，由于CGLib由于是采用动态创建子类的方法，对于final方法，无法进行代理。

桥接模式

抽象和实现解构，让他们可以独立变化。

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public enum NotificationEmergencyLevel {
  SEVERE, URGENCY, NORMAL, TRIVIAL
}

public class Notification {
  private List<String> emailAddresses;
  private List<String> telephones;
  private List<String> wechatIds;

  public Notification() {}

  public void setEmailAddress(List<String> emailAddress) {
    this.emailAddresses = emailAddress;
  }

  public void setTelephones(List<String> telephones) {
    this.telephones = telephones;
  }

  public void setWechatIds(List<String> wechatIds) {
    this.wechatIds = wechatIds;
  }

  public void notify(NotificationEmergencyLevel level, String message) {
    if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.SEVERE)) {
      //...自动语音电话
    } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.URGENCY)) {
      //...发微信
    } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.NORMAL)) {
      //...发邮件
    } else if (level.equals(NotificationEmergencyLevel.TRIVIAL)) {
      //...发邮件
    }
  }
}

//在API监控告警的例子中，我们如下方式来使用Notification类：
public class ErrorAlertHandler extends AlertHandler {
  public ErrorAlertHandler(AlertRule rule, Notification notification){
    super(rule, notification);
  }


  @Override
  public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) {
    if (apiStatInfo.getErrorCount() > rule.getMatchedRule(apiStatInfo.getApi()).getMaxErrorCount()) {
      notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "...");
    }
  }
}

以上的代码可以进行优化

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public interface MsgSender {
  void send(String message);
}

public class TelephoneMsgSender implements MsgSender {
  private List<String> telephones;

  public TelephoneMsgSender(List<String> telephones) {
    this.telephones = telephones;
  }

  @Override
  public void send(String message) {
    //...
  }

}

public class EmailMsgSender implements MsgSender {
  // 与TelephoneMsgSender代码结构类似，所以省略...
}

public class WechatMsgSender implements MsgSender {
  // 与TelephoneMsgSender代码结构类似，所以省略...
}

public abstract class Notification {
  protected MsgSender msgSender;

  public Notification(MsgSender msgSender) {
    this.msgSender = msgSender;
  }

  public abstract void notify(String message);
}

public class SevereNotification extends Notification {
  public SevereNotification(MsgSender msgSender) {
    super(msgSender);
  }

  @Override
  public void notify(String message) {
    msgSender.send(message);
  }
}

public class UrgencyNotification extends Notification {
  // 与SevereNotification代码结构类似，所以省略...
}
public class NormalNotification extends Notification {
  // 与SevereNotification代码结构类似，所以省略...
}
public class TrivialNotification extends Notification {
  // 与SevereNotification代码结构类似，所以省略...
}

实际上就是把if里面逻辑，拆分成一个通知和发送的类别。然后推送和发送又产生了关系。

而通知又分为很多通知。

装饰器模式

利用继承的方式来实现一套，子类对父类的功能强增。而这个增加是和父类相关的逻辑。而带来是和要代理类完全无关的。

示例代码就是jdk的IO流。

BufferInputSteam实现的是一个缓冲流，但是它的父类是FilterInputSteam.

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InputStream in = new FileInputStream("/user/wangzheng/test.txt");
InputStream bin = new BufferedInputStream(in);
byte[] data = new byte[128];
while (bin.read(data) != -1) {
  //...
}

上面的代码就是实现了装饰器模式

适配器模式

这个模式是用来做适配的，它将不兼容的接口转换为可兼容的接口。让原本不兼容的接口也能好好工作。

通俗地理解就是以某一个接口为准，然后实现这个接口，然后这个接口中调用所谓不兼容的接口，从而来实现兼容。

适配器有两种实现方式

  • 类适配器（通过继承的关系来实现）
  • 对象适配器（通过使用组合的关系来实现）

类适配器和对象适配器

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// 类适配器: 基于继承
public interface ITarget {
  void f1();
  void f2();
  void fc();
}

public class Adaptee {
  public void fa() { //... }
  public void fb() { //... }
  public void fc() { //... }
}

public class Adaptor extends Adaptee implements ITarget {
  public void f1() {
    super.fa();
  }
  
  public void f2() {
    //...重新实现f2()...
  }
  
  // 这里fc()不需要实现，直接继承自Adaptee，这是跟对象适配器最大的不同点
}

// 对象适配器：基于组合
public interface ITarget {
  void f1();
  void f2();
  void fc();
}

public class Adaptee {
  public void fa() { //... }
  public void fb() { //... }
  public void fc() { //... }
}

public class Adaptor implements ITarget {
  private Adaptee adaptee;
  
  public Adaptor(Adaptee adaptee) {
    this.adaptee = adaptee;
  }
  
  public void f1() {
    adaptee.fa(); //委托给Adaptee
  }
  
  public void f2() {
    //...重新实现f2()...
  }
  
  public void fc() {
    adaptee.fc();
  }
}

适配器的应用场景

适配器可以当做一个补偿的情况，就是解决当初设计不够严谨导致的不兼容问题。

封装有缺陷的接口设计

假设我们依赖的外部系统在接口设计方面有缺陷（比如包含大量静态方法），引入之后会影响到我们自身代码的可测试性。为了隔离设计上的缺陷，我们希望对外部系统提供的接口进行二次封装，抽象出更好的接口设计，这个时候就可以使用适配器模式了。

说实话，这个上面的描述影响到自身代码的可测性我是没有怎么懂。

代码如下

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public class CD { //这个类来自外部sdk，我们无权修改它的代码
  //...
  public static void staticFunction1() { //... }
  
  public void uglyNamingFunction2() { //... }

  public void tooManyParamsFunction3(int paramA, int paramB, ...) { //... }
  
   public void lowPerformanceFunction4() { //... }
}

// 使用适配器模式进行重构
public interface ITarget {
  void function1();
  void function2();
  void fucntion3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper);
  void function4();
  //...
}
// 注意：适配器类的命名不一定非得末尾带Adaptor
public class CDAdaptor extends CD implements ITarget {
  //...
  public void function1() {
     super.staticFunction1();
  }
  
  public void function2() {
    super.uglyNamingFucntion2();
  }
  
  public void function3(ParamsWrapperDefinition paramsWrapper) {
     super.tooManyParamsFunction3(paramsWrapper.getParamA(), ...);
  }
  
  public void function4() {
    //...reimplement it...
  }
}

统一多个类的接口设计

某个功能的实现依赖于多个外部系统。

假设我们的系统要对用户输入的文本内容做敏感词过滤，为了提高过滤的召回率，我们引入了多款第三方敏感词过滤系统，依次对用户输入的内容进行过滤，过滤掉尽可能多的敏感词。但是，每个系统提供的过滤接口都是不同的。这就意味着我们没法复用一套逻辑来调用各个系统。这个时候，我们就可以使用适配器模式，将所有系统的接口适配为统一的接口定义，这样我们可以复用调用敏感词过滤的代码。

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public class ASensitiveWordsFilter { // A敏感词过滤系统提供的接口
  //text是原始文本，函数输出用***替换敏感词之后的文本
  public String filterSexyWords(String text) {
    // ...
  }
  
  public String filterPoliticalWords(String text) {
    // ...
  } 
}

public class BSensitiveWordsFilter  { // B敏感词过滤系统提供的接口
  public String filter(String text) {
    //...
  }
}

public class CSensitiveWordsFilter { // C敏感词过滤系统提供的接口
  public String filter(String text, String mask) {
    //...
  }
}

// 未使用适配器模式之前的代码：代码的可测试性、扩展性不好
public class RiskManagement {
  private ASensitiveWordsFilter aFilter = new ASensitiveWordsFilter();
  private BSensitiveWordsFilter bFilter = new BSensitiveWordsFilter();
  private CSensitiveWordsFilter cFilter = new CSensitiveWordsFilter();
  
  public String filterSensitiveWords(String text) {
    String maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
    maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
    maskedText = bFilter.filter(maskedText);
    maskedText = cFilter.filter(maskedText, "***");
    return maskedText;
  }
}

// 使用适配器模式进行改造
public interface ISensitiveWordsFilter { // 统一接口定义
  String filter(String text);
}

public class ASensitiveWordsFilterAdaptor implements ISensitiveWordsFilter {
  private ASensitiveWordsFilter aFilter;
  public String filter(String text) {
    String maskedText = aFilter.filterSexyWords(text);
    maskedText = aFilter.filterPoliticalWords(maskedText);
    return maskedText;
  }
}
//...省略BSensitiveWordsFilterAdaptor、CSensitiveWordsFilterAdaptor...

// 扩展性更好，更加符合开闭原则，如果添加一个新的敏感词过滤系统，
// 这个类完全不需要改动；而且基于接口而非实现编程，代码的可测试性更好。
public class RiskManagement { 
  private List<ISensitiveWordsFilter> filters = new ArrayList<>();
 
  public void addSensitiveWordsFilter(ISensitiveWordsFilter filter) {
    filters.add(filter);
  }
  
  public String filterSensitiveWords(String text) {
    String maskedText = text;
    for (ISensitiveWordsFilter filter : filters) {
      maskedText = filter.filter(maskedText);
    }
    return maskedText;
  }
}

替换依赖的外部系统

个人感觉这个例子比较鸡肋，其实你开一个IB的接口实现，改动一行代码就可以了，也不用创建一个类。

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// 外部系统A
public interface IA {
  //...
  void fa();
}
public class A implements IA {
  //...
  public void fa() { //... }
}
// 在我们的项目中，外部系统A的使用示例
public class Demo {
  private IA a;
  public Demo(IA a) {
    this.a = a;
  }
  //...
}
Demo d = new Demo(new A());

// 将外部系统A替换成外部系统B
public class BAdaptor implemnts IA {
  private B b;
  public BAdaptor(B b) {
    this.b= b;
  }
  public void fa() {
    //...
    b.fb();
  }
}
// 借助BAdaptor，Demo的代码中，调用IA接口的地方都无需改动，
// 只需要将BAdaptor如下注入到Demo即可。
Demo d = new Demo(new BAdaptor(new B()));

日志方面的使用

比如Slf4j这个框架就做了适配器。并且通过SPI技术来实现；

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// slf4j统一的接口定义
package org.slf4j;
public interface Logger {
  public boolean isTraceEnabled();
  public void trace(String msg);
  public void trace(String format, Object arg);
  public void trace(String format, Object arg1, Object arg2);
  public void trace(String format, Object[] argArray);
  public void trace(String msg, Throwable t);
 
  public boolean isDebugEnabled();
  public void debug(String msg);
  public void debug(String format, Object arg);
  public void debug(String format, Object arg1, Object arg2)
  public void debug(String format, Object[] argArray)
  public void debug(String msg, Throwable t);

  //...省略info、warn、error等一堆接口
}

// log4j日志框架的适配器
// Log4jLoggerAdapter实现了LocationAwareLogger接口，
// 其中LocationAwareLogger继承自Logger接口，
// 也就相当于Log4jLoggerAdapter实现了Logger接口。
package org.slf4j.impl;
public final class Log4jLoggerAdapter extends MarkerIgnoringBase
  implements LocationAwareLogger, Serializable {
  final transient org.apache.log4j.Logger logger; // log4j
 
  public boolean isDebugEnabled() {
    return logger.isDebugEnabled();
  }
 
  public void debug(String msg) {
    logger.log(FQCN, Level.DEBUG, msg, null);
  }
 
  public void debug(String format, Object arg) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      FormattingTuple ft = MessageFormatter.format(format, arg);
      logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
    }
  }
 
  public void debug(String format, Object arg1, Object arg2) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      FormattingTuple ft = MessageFormatter.format(format, arg1, arg2);
      logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
    }
  }
 
  public void debug(String format, Object[] argArray) {
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      FormattingTuple ft = MessageFormatter.arrayFormat(format, argArray);
      logger.log(FQCN, Level.DEBUG, ft.getMessage(), ft.getThrowable());
    }
  }
 
  public void debug(String msg, Throwable t) {
    logger.log(FQCN, Level.DEBUG, msg, t);
  }
  //...省略一堆接口的实现...
}

几个模式的特点

  • 代理模式主要是对原型类不做改变，而做的增强
  • 桥接模式主要是吧实现分割开来，从而实现解构
  • 装饰器模式其实就是对原来的功能进行加强
  • 配置器模式就是对原来的接口进行适配

门面模式

门面模式给子系统给一组子接口提供了一个统一的接口；门面模式是一个高级别的接口，它可以让子系统更容易使用。

比如现在有a,b,c三个接口供前端网页进行调用，但是经过测试发现三个接口浪费在网络上的时间比较多，那么就可以抽出来一个接口x，这个接口来封装a,b,c这三个接口。从而减少网络传输的时间。

也可以使用门面模式来实现分布式事务。比如a,b两个业务是两个接口，那么可以把他们柔和到一个接口中，这样从而变相的让分布式事务生效。

组合模式

这里的组合模式和面向对象中的对象组合没有任何关系。

这里讲的”组合模式”主要是用来处理树形结构的。也就是应用的场景必须是树形的结构。

享元模式

享元，顾名思义就是被共享的单元。享元模式的意图是复用对象，节约内存，前提是享元对象是不变的对象。

因为对象要进行共享，所以这样的方式可以节约内存空间，并且还不能修改共享的对象，因为如果修改了对象，那么这个其他地方使用的对象也会发生改变。

象棋中的例子

当你设计一个象棋游戏的时候，如果有N个房间都在玩游戏。这个时候创建的象棋的对象将会很多，这个时候就可以使用享元模式来做。

因为象棋的数量和颜色是固定的，所以可以把这些对象做成一个公共对象，为象棋唯一不同的就是它所处的位置。

所以创建两个对象：象棋子对象+一个位置的对象（这个里面包含象棋对象）

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// 享元类
public class ChessPieceUnit {
  private int id;
  private String text;
  private Color color;

  public ChessPieceUnit(int id, String text, Color color) {
    this.id = id;
    this.text = text;
    this.color = color;
  }

  public static enum Color {
    RED, BLACK
  }

  // ...省略其他属性和getter方法...
}

public class ChessPieceUnitFactory {
  private static final Map<Integer, ChessPieceUnit> pieces = new HashMap<>();

  static {
    pieces.put(1, new ChessPieceUnit(1, "車", ChessPieceUnit.Color.BLACK));
    pieces.put(2, new ChessPieceUnit(2,"馬", ChessPieceUnit.Color.BLACK));
    //...省略摆放其他棋子的代码...
  }

  public static ChessPieceUnit getChessPiece(int chessPieceId) {
    return pieces.get(chessPieceId);
  }
}

public class ChessPiece {
  private ChessPieceUnit chessPieceUnit;
  private int positionX;
  private int positionY;

  public ChessPiece(ChessPieceUnit unit, int positionX, int positionY) {
    this.chessPieceUnit = unit;
    this.positionX = positionX;
    this.positionY = positionY;
  }
  // 省略getter、setter方法
}

public class ChessBoard {
  private Map<Integer, ChessPiece> chessPieces = new HashMap<>();

  public ChessBoard() {
    init();
  }

  private void init() {
    chessPieces.put(1, new ChessPiece(
            ChessPieceUnitFactory.getChessPiece(1), 0,0));
    chessPieces.put(1, new ChessPiece(
            ChessPieceUnitFactory.getChessPiece(2), 1,0));
    //...省略摆放其他棋子的代码...
  }

  public void move(int chessPieceId, int toPositionX, int toPositionY) {
    //...省略...
  }
}

编辑器的例子

这个例子中可以把字体的颜色等信息给抽出来做成共享的对象。

其实享元模式，就是把公共的信息抽出来，然后进行共用，从而合理利用空间。

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public class CharacterStyle {
  private Font font;
  private int size;
  private int colorRGB;

  public CharacterStyle(Font font, int size, int colorRGB) {
    this.font = font;
    this.size = size;
    this.colorRGB = colorRGB;
  }

  @Override
  public boolean equals(Object o) {
    CharacterStyle otherStyle = (CharacterStyle) o;
    return font.equals(otherStyle.font)
            && size == otherStyle.size
            && colorRGB == otherStyle.colorRGB;
  }
}

public class CharacterStyleFactory {
  private static final List<CharacterStyle> styles = new ArrayList<>();

  public static CharacterStyle getStyle(Font font, int size, int colorRGB) {
    CharacterStyle newStyle = new CharacterStyle(font, size, colorRGB);
    for (CharacterStyle style : styles) {
      if (style.equals(newStyle)) {
        return style;
      }
    }
    styles.add(newStyle);
    return newStyle;
  }
}

public class Character {
  private char c;
  private CharacterStyle style;

  public Character(char c, CharacterStyle style) {
    this.c = c;
    this.style = style;
  }
}

public class Editor {
  private List<Character> chars = new ArrayList<>();

  public void appendCharacter(char c, Font font, int size, int colorRGB) {
    Character character = new Character(c, CharacterStyleFactory.getStyle(font, size, colorRGB));
    chars.add(character);
  }
}

享元模式和缓存，线程池区别

缓存主要关键点在于存。

线程池等池技术是为了多次服用而节约时间，因为这样不用每次都创建新对象了。而共享的对象其实就是让公共对象都可以使用。

对象其实就死共享的单元。

享元模式在Integer和String中的使用

Integer能够根据数据来判断是自动装箱还是自动拆箱。比如Integer i=56;实际上是Integer i=Integer.valueOf(56);

会对数据进行装箱。

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Integer i1 = 56;
Integer i2 = 56;
Integer i3 = 129;
Integer i4 = 129;
System.out.println(i1 == i2);
System.out.println(i3 == i4);

而上面的答案是true和false，这样造成的结果原因就是Integer会把-128~127的数据给缓存起来。当在这个范围之内的时候使用的是同一个对象，当超过的时候是使用的新创建的对象。

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String s1 = "小争哥";
String s2 = "小争哥";
String s3 = new String("小争哥");

System.out.println(s1 == s2);
System.out.println(s1 == s3);

行为型

行为模式主要解决的是类和对象如何交互的问题。

观察者模式

观察者模式(observe design pattern)也被称为发布订阅模式(Publish-subscribe Design Parttern)

Define a one-to-many dependency between objects so that when one object changes state, all its dependents are notified and updated automatically.

最常见的观察者模式

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public interface Subject {
  void registerObserver(Observer observer);
  void removeObserver(Observer observer);
  void notifyObservers(Message message);
}

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

public class ConcreteSubject implements Subject {
  private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();

  @Override
  public void registerObserver(Observer observer) {
    observers.add(observer);
  }

  @Override
  public void removeObserver(Observer observer) {
    observers.remove(observer);
  }

  @Override
  public void notifyObservers(Message message) {
    for (Observer observer : observers) {
      observer.update(message);
    }
  }

}

public class ConcreteObserverOne implements Observer {
  @Override
  public void update(Message message) {
    //TODO: 获取消息通知，执行自己的逻辑...
    System.out.println("ConcreteObserverOne is notified.");
  }
}

public class ConcreteObserverTwo implements Observer {
  @Override
  public void update(Message message) {
    //TODO: 获取消息通知，执行自己的逻辑...
    System.out.println("ConcreteObserverTwo is notified.");
  }
}

public class Demo {
  public static void main(String[] args) {
    ConcreteSubject subject = new ConcreteSubject();
    subject.registerObserver(new ConcreteObserverOne());
    subject.registerObserver(new ConcreteObserverTwo());
    subject.notifyObservers(new Message());
  }
}

观察者其实就是被改动的对象；其实就是使用一个类来触发所有观察者的某个动作。

实例1

现在有一个p2p的系统，每当用户注册成功以后那么就给该用户发放一些代金券或者奖励金。然后的代码如下：

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public class UserController {
  private UserService userService; // 依赖注入
  private PromotionService promotionService; // 依赖注入

  public Long register(String telephone, String password) {
    //省略输入参数的校验代码
    //省略userService.register()异常的try-catch代码
    long userId = userService.register(telephone, password);
    promotionService.issueNewUserExperienceCash(userId);
    return userId;
  }
}

如果只是发放一些奖励金那么以上的代码是没有什么问题的，但是如果业务后续发生变动，比如是发优惠卷，并且还要给用户发放一封”注册成功”的短信之类的。那么是需要修改这个register这个类中的代码的。这个时候就违背了开闭原则；

所以这个时候可以使用观察者模式，其实就是发优惠劵和发送短信集成观察者的interface。

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public interface RegObserver {
  void handleRegSuccess(long userId);
}

public class RegPromotionObserver implements RegObserver {
  private PromotionService promotionService; // 依赖注入

  @Override
  public void handleRegSuccess(long userId) {
    promotionService.issueNewUserExperienceCash(userId);
  }
}

public class RegNotificationObserver implements RegObserver {
  private NotificationService notificationService;

  @Override
  public void handleRegSuccess(long userId) {
    notificationService.sendInboxMessage(userId, "Welcome...");
  }
}

public class UserController {
  private UserService userService; // 依赖注入
  private List<RegObserver> regObservers = new ArrayList<>();

  // 一次性设置好，之后也不可能动态的修改
  public void setRegObservers(List<RegObserver> observers) {
    regObservers.addAll(observers);
  }

  public Long register(String telephone, String password) {
    //省略输入参数的校验代码
    //省略userService.register()异常的try-catch代码
    long userId = userService.register(telephone, password);

    for (RegObserver observer : regObservers) {
      observer.handleRegSuccess(userId);
    }

    return userId;
  }
}

模版模式

模版模式的主要作用是为了复用

Define the skeleton of an algorithm in an operation, deferring some steps to subclasses. Template Method lets subclasses redefine certain steps of an algorithm without changing the algorithm’s structure.

模版的代码样例

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public abstract class AbstractClass {
  public final void templateMethod() {
    //...
    method1();
    //...
    method2();
    //...
  }
  
  protected abstract void method1();
  protected abstract void method2();
}

public class ConcreteClass1 extends AbstractClass {
  @Override
  protected void method1() {
    //...
  }
  
  @Override
  protected void method2() {
    //...
  }
}

public class ConcreteClass2 extends AbstractClass {
  @Override
  protected void method1() {
    //...
  }
  
  @Override
  protected void method2() {
    //...
  }
}

AbstractClass demo = ConcreteClass1();
demo.templateMethod();

上面代码需要注意的是:

templateMethod 方法是被final修饰的，这样意味着不能去重新模版，从而保证了模版模式正常运行。

复用

java中的流相关复用的代码

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public abstract class InputStream implements Closeable {
  //...省略其他代码...
  
  public int read(byte b[], int off, int len) throws IOException {
    if (b == null) {
      throw new NullPointerException();
    } else if (off < 0 || len < 0 || len > b.length - off) {
      throw new IndexOutOfBoundsException();
    } else if (len == 0) {
      return 0;
    }

    int c = read();
    if (c == -1) {
      return -1;
    }
    b[off] = (byte)c;

    int i = 1;
    try {
      for (; i < len ; i++) {
        c = read();
        if (c == -1) {
          break;
        }
        b[off + i] = (byte)c;
      }
    } catch (IOException ee) {
    }
    return i;
  }
  
  public abstract int read() throws IOException;
}

public class ByteArrayInputStream extends InputStream {
  //...省略其他代码...
  
  @Override
  public synchronized int read() {
    return (pos < count) ? (buf[pos++] & 0xff) : -1;
  }
}

read(byte b[], int off, int len) 这个方法就相当于一个模版的方法，它复用了下面int read()方法

Java AbstractList

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public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
    rangeCheckForAdd(index);
    boolean modified = false;
    for (E e : c) {
        add(index++, e);
        modified = true;
    }
    return modified;
}

public void add(int index, E element) {
    throw new UnsupportedOperationException();
}

addAll也可以看做是一个模版的方法，复用了add方法，而add方法必须重新，否则就会抛出异常。

策略模式

Define a family of algorithms, encapsulate each one, and make them interchangeable. Strategy lets the algorithm vary independently from clients that use it.

解耦的是哪一部分呢？

工程模式结构的对象是创建和使用，观察者模式结构的是观察者和被观察者。而策略模式解耦的是定义，创建和使用这三部分。

使用策略模式来避免分支判断

没有使用策略模式的时候

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public class OrderService {
  public double discount(Order order) {
    double discount = 0.0;
    OrderType type = order.getType();
    if (type.equals(OrderType.NORMAL)) { // 普通订单
      //...省略折扣计算算法代码
    } else if (type.equals(OrderType.GROUPON)) { // 团购订单
      //...省略折扣计算算法代码
    } else if (type.equals(OrderType.PROMOTION)) { // 促销订单
      //...省略折扣计算算法代码
    }
    return discount;
  }
}

使用策略模式的情况下

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// 策略的定义
public interface DiscountStrategy {
  double calDiscount(Order order);
}
// 省略NormalDiscountStrategy、GrouponDiscountStrategy、PromotionDiscountStrategy类代码...

// 策略的创建
public class DiscountStrategyFactory {
  private static final Map<OrderType, DiscountStrategy> strategies = new HashMap<>();

  static {
    strategies.put(OrderType.NORMAL, new NormalDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.GROUPON, new GrouponDiscountStrategy());
    strategies.put(OrderType.PROMOTION, new PromotionDiscountStrategy());
  }

  public static DiscountStrategy getDiscountStrategy(OrderType type) {
    return strategies.get(type);
  }
}

// 策略的使用
public class OrderService {
  public double discount(Order order) {
    OrderType type = order.getType();
    DiscountStrategy discountStrategy = DiscountStrategyFactory.getDiscountStrategy(type);
    return discountStrategy.calDiscount(order);
  }
}

实际上就是创建的时候使用map来进行缓存起来；

每种策略都实现策略的接口，然后通过变量来找到对应的策略对象，然后执行逻辑。

如果想每次都创建一个策略对象，那么需要使用以下的代码

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public class DiscountStrategyFactory {
  public static DiscountStrategy getDiscountStrategy(OrderType type) {
    if (type == null) {
      throw new IllegalArgumentException("Type should not be null.");
    }
    if (type.equals(OrderType.NORMAL)) {
      return new NormalDiscountStrategy();
    } else if (type.equals(OrderType.GROUPON)) {
      return new GrouponDiscountStrategy();
    } else if (type.equals(OrderType.PROMOTION)) {
      return new PromotionDiscountStrategy();
    }
    return null;
  }
}

但是上面的问题是：其实只是把创建对象的过程放到了工厂类中，其实并没有真正的让if-else消失。

如何让这些if-else真正的潇洒呢？

可以再单独创建一个类，这个类里面有个方法可以根据OrderType的值来判断是哪个策略类。具体代码如下：

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public class Sorter {
  private static final long GB = 1000 * 1000 * 1000;
  private static final List<AlgRange> algs = new ArrayList<>();
  static {
    algs.add(new AlgRange(0, 6*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("QuickSort")));
    algs.add(new AlgRange(6*GB, 10*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ExternalSort")));
    algs.add(new AlgRange(10*GB, 100*GB, SortAlgFactory.getSortAlg("ConcurrentExternalSort")));
    algs.add(new AlgRange(100*GB, Long.MAX_VALUE, SortAlgFactory.getSortAlg("MapReduceSort")));
  }

  public void sortFile(String filePath) {
    // 省略校验逻辑
    File file = new File(filePath);
    long fileSize = file.length();
    ISortAlg sortAlg = null;
    for (AlgRange algRange : algs) {
      if (algRange.inRange(fileSize)) {
        sortAlg = algRange.getAlg();
        break;
      }
    }
    sortAlg.sort(filePath);
  }

  private static class AlgRange {
    private long start;
    private long end;
    private ISortAlg alg;

    public AlgRange(long start, long end, ISortAlg alg) {
      this.start = start;
      this.end = end;
      this.alg = alg;
    }

    public ISortAlg getAlg() {
      return alg;
    }

    public boolean inRange(long size) {
      return size >= start && size < end;
    }
  }
}

如何添加新的算法呢？这时候就又需要修改代码。其实可以通过java反射+配置文件的方式来进行。这样就可以在工厂加载的时候通过配置文件来加载内容了。

职责链模式

Avoid coupling the sender of a request to its receiver by giving more than one object a chance to handle the request. Chain the receiving objects and pass the request along the chain until an object handles it.

其实就是chain，然后让这个链上的每个处理处理或者不处理的过程。

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public interface IHandler {
  boolean handle();
}

public class HandlerA implements IHandler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    //...
    return handled;
  }
}

public class HandlerB implements IHandler {
  @Override
  public boolean handle() {
    boolean handled = false;
    //...
    return handled;
  }
}

public class HandlerChain {
  private List<IHandler> handlers = new ArrayList<>();

  public void addHandler(IHandler handler) {
    this.handlers.add(handler);
  }

  public void handle() {
    for (IHandler handler : handlers) {
      boolean handled = handler.handle();
      if (handled) {
        break;
      }
    }
  }
}

// 使用举例
public class Application {
  public static void main(String[] args) {
    HandlerChain chain = new HandlerChain();
    chain.addHandler(new HandlerA());
    chain.addHandler(new HandlerB());
    chain.handle();
  }
}

Servlet Filter(过滤器)

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public final class ApplicationFilterChain implements FilterChain {
  private int pos = 0; //当前执行到了哪个filter
  private int n; //filter的个数
  private ApplicationFilterConfig[] filters;
  private Servlet servlet;
  
  @Override
  public void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {
    if (pos < n) {
      ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];
      Filter filter = filterConfig.getFilter();
      // 这里使用了递归处理
      filter.doFilter(request, response, this);
    } else {
      // filter都处理完毕后，执行servlet
      servlet.service(request, response);
    }
  }
  
  public void addFilter(ApplicationFilterConfig filterConfig) {
    for (ApplicationFilterConfig filter:filters)
      if (filter==filterConfig)
         return;

    if (n == filters.length) {//扩容
      ApplicationFilterConfig[] newFilters = new ApplicationFilterConfig[n + INCREMENT];
      System.arraycopy(filters, 0, newFilters, 0, n);
      filters = newFilters;
    }
    filters[n++] = filterConfig;
  }
}

Spring Interceptor(拦截器)

Spring Interceptor 和 filter的实现原理是一样的；

Serverlet Filter是servlet规范的一部分，实现依赖于web容器。Spring Interceptor则是spring mvc框架的一部分。请求是先经过Servelet Filter 然后再进过Spring interceptor的。

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public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor {

  @Override
  public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {
    System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");
    return true; // 继续后续的处理
  }

  @Override
  public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {
    System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");
  }

  @Override
  public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {
    System.out.println("这里总是被执行.");
  }
}

//在Spring MVC配置文件中配置interceptors
<mvc:interceptors>
   <mvc:interceptor>
       <mvc:mapping path="/*"/>
       <bean class="com.xzg.cd.LogInterceptor" />
   </mvc:interceptor>
</mvc:interceptors>

状态模式

状态模式一般用来做状态机，而状态机常常用在游戏上，工作流引擎等系统的开发上。状态机有多种实现方式，除了状态模式，比较常用的还有分支逻辑和查表法。

有限状态机，英文翻译是 Finite State Machine，缩写为 FSM，简称为状态机。状态机有 3 个组成部分：状态（State）、事件（Event）、动作（Action）。其中，事件也称为转移条件（Transition Condition）。事件触发状态的转移及动作的执行。不过，动作不是必须的，也可能只转移状态，不执行任何动作。

在游戏中，马里奥可以变身为多种形态，比如小马里奥（Small Mario）、超级马里奥（Super Mario）、火焰马里奥（Fire Mario）、斗篷马里奥（Cape Mario）等等。在不同的游戏情节下，各个形态会互相转化，并相应的增减积分。比如，初始形态是小马里奥，吃了蘑菇之后就会变成超级马里奥，并且增加 100 积分。

下面是超级玛丽的状态变化

https://bulingfeng.com/img/geektime/image/单例模式/

硬编码的方式(分支判断)

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public enum State {
  SMALL(0),
  SUPER(1),
  FIRE(2),
  CAPE(3);

  private int value;

  private State(int value) {
    this.value = value;
  }

  public int getValue() {
    return this.value;
  }
}

public class MarioStateMachine {
  private int score;
  private State currentState;

  public MarioStateMachine() {
    this.score = 0;
    this.currentState = State.SMALL;
  }

  public void obtainMushRoom() {
    //TODO
  }

  public void obtainCape() {
    //TODO
  }

  public void obtainFireFlower() {
    //TODO
  }

  public void meetMonster() {
    //TODO
  }

  public int getScore() {
    return this.score;
  }

  public State getCurrentState() {
    return this.currentState;
  }
}

public class ApplicationDemo {
  public static void main(String[] args) {
    MarioStateMachine mario = new MarioStateMachine();
    mario.obtainMushRoom();
    int score = mario.getScore();
    State state = mario.getCurrentState();
    System.out.println("mario score: " + score + "; state: " + state);
  }
}

这种方式的缺点就是很容易漏掉某个状态，并且每个if都要写前一个状态是什么？以防止状态改变的有问题。

查表法

当修改状态机时，我们只需要修改 transitionTable 和 actionTable 两个二维数组即可.

当时当有一些复杂的逻辑的时候，比如实现数据库操作，加减积分的时候。二位数组就无能为力了。

状态模式来实现状态机

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public interface IMario {
  State getName();
  void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine);
  void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine);
  void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine);
}

public class SmallMario implements IMario {
  private static final SmallMario instance = new SmallMario();
  private SmallMario() {}
  public static SmallMario getInstance() {
    return instance;
  }

  @Override
  public State getName() {
    return State.SMALL;
  }

  @Override
  public void obtainMushRoom(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(SuperMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 100);
  }

  @Override
  public void obtainCape(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(CapeMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 200);
  }

  @Override
  public void obtainFireFlower(MarioStateMachine stateMachine) {
    stateMachine.setCurrentState(FireMario.getInstance());
    stateMachine.setScore(stateMachine.getScore() + 300);
  }

  @Override
  public void meetMonster(MarioStateMachine stateMachine) {
    // do nothing...
  }
}

// 省略SuperMario、CapeMario、FireMario类...

public class MarioStateMachine {
  private int score;
  private IMario currentState;

  public MarioStateMachine() {
    this.score = 0;
    this.currentState = SmallMario.getInstance();
  }

  public void obtainMushRoom() {
    this.currentState.obtainMushRoom(this);
  }

  public void obtainCape() {
    this.currentState.obtainCape(this);
  }

  public void obtainFireFlower() {
    this.currentState.obtainFireFlower(this);
  }

  public void meetMonster() {
    this.currentState.meetMonster(this);
  }

  public int getScore() {
    return this.score;
  }

  public State getCurrentState() {
    return this.currentState.getName();
  }

  public void setScore(int score) {
    this.score = score;
  }

  public void setCurrentState(IMario currentState) {
    this.currentState = currentState;
  }
}

迭代器模式

迭代器模式（Iterator Design Pattern），也叫作游标模式（Cursor Design Pattern）

实际上，foreach 循环只是一个语法糖而已，底层是基于迭代器来实现的。也就是说，上面代码中的第二种遍历方式（foreach 循环代码）的底层实现，就是第三种遍历方式（迭代器遍历代码）。这两种遍历方式可以看作同一种遍历方式，也就是迭代器遍历方式。

迭代器可以在循环的时候删除元素，可以的原因如下：

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public class ArrayList<E> {
  transient Object[] elementData;
  private int size;

  public Iterator<E> iterator() {
    return new Itr();
  }

  private class Itr implements Iterator<E> {
    int cursor;       // index of next element to return
    int lastRet = -1; // index of last element returned; -1 if no such
    int expectedModCount = modCount;

    Itr() {}

    public boolean hasNext() {
      return cursor != size;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E next() {
      checkForComodification();
      int i = cursor;
      if (i >= size)
        throw new NoSuchElementException();
      Object[] elementData = ArrayList.this.elementData;
      if (i >= elementData.length)
        throw new ConcurrentModificationException();
      cursor = i + 1;
      return (E) elementData[lastRet = i];
    }
    
    public void remove() {
      if (lastRet < 0)
        throw new IllegalStateException();
      checkForComodification();

      try {
        ArrayList.this.remove(lastRet);
        cursor = lastRet;
        lastRet = -1;
        expectedModCount = modCount;
      } catch (IndexOutOfBoundsException ex) {
        throw new ConcurrentModificationException();
      }
    }
  }
}

访问者模式

这个模式暂时不用考虑，用的比较少。

备忘录模式

备忘录模式也叫快照模式，英文翻译是:Memento Design Pattern.

Captures and externalizes an object’s internal state so that it can be restored later, all without violating encapsulation.

应用的场景

用来防丢失、撤销和恢复。

其实设计模式就是总结出来来实现java的封装、多态这些面向的有用道理。这个备忘录模式也是；其实把几个类给解耦，然后实现不破坏封装的情况下能够良好运行代码。

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public class InputText {
  private StringBuilder text = new StringBuilder();

  public String getText() {
    return text.toString();
  }

  public void append(String input) {
    text.append(input);
  }

  public Snapshot createSnapshot() {
    return new Snapshot(text.toString());
  }

  public void restoreSnapshot(Snapshot snapshot) {
    this.text.replace(0, this.text.length(), snapshot.getText());
  }
}

public class Snapshot {
  private String text;

  public Snapshot(String text) {
    this.text = text;
  }

  public String getText() {
    return this.text;
  }
}

public class SnapshotHolder {
  private Stack<Snapshot> snapshots = new Stack<>();

  public Snapshot popSnapshot() {
    return snapshots.pop();
  }

  public void pushSnapshot(Snapshot snapshot) {
    snapshots.push(snapshot);
  }
}

public class ApplicationMain {
  public static void main(String[] args) {
    InputText inputText = new InputText();
    SnapshotHolder snapshotsHolder = new SnapshotHolder();
    Scanner scanner = new Scanner(System.in);
    while (scanner.hasNext()) {
      String input = scanner.next();
      if (input.equals(":list")) {
        System.out.println(inputText.toString());
      } else if (input.equals(":undo")) {
        Snapshot snapshot = snapshotsHolder.popSnapshot();
        inputText.restoreSnapshot(snapshot);
      } else {
        snapshotsHolder.pushSnapshot(inputText.createSnapshot());
        inputText.append(input);
      }
    }
  }
}

设计模式再实际项目中的应用

JDK源码中的设计模式

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