設計模式也可以這麼簡單
一直想寫一篇介紹設計模式的文章，讓讀者可以很快看完，而且一看就懂，看懂就會用，同時不會將各個模式搞混。自認爲本文還是寫得不錯的😂😂😂，花了不少心思來寫這文章和做圖，力求讓讀者真的能看着簡單同時有所收穫。
設計模式是對大家實際工作中寫的各種代碼進行高層次抽象的總結，其中最出名的當屬 Gang of Four (GoF) 的分類了，他們將設計模式分類爲 23 種經典的模式，根據用途我們又可以分爲三大類，分別爲創建型模式、結構型模式和行爲型模式。
有一些重要的設計原則在開篇和大家分享下，這些原則將貫通全文：
- 面向接口編程，而不是面向實現。這個很重要，也是優雅的、可擴展的代碼的第一步，這就不需要多說了吧。
- 職責單一原則。每個類都應該只有一個單一的功能，並且該功能應該由這個類完全封裝起來。
- 對修改關閉，對擴展開放。對修改關閉是說，我們辛辛苦苦加班寫出來的代碼，該實現的功能和該修復的 bug 都完成了，別人可不能說改就改；對擴展開放就比較好理解了，也就是說在我們寫好的代碼基礎上，很容易實現擴展。
創建型模式比較簡單，但是會比較沒有意思，結構型和行爲型比較有意思。
創建型模式
創建型模式的作用就是創建對象，說到創建一個對象，最熟悉的就是 new 一個對象，然後 set 相關屬性。但是，在很多場景下，我們需要給客戶端提供更加友好的創建對象的方式，尤其是那種我們定義了類，但是需要提供給其他開發者用的時候。
簡單工廠模式
和名字一樣簡單，非常簡單，直接上代碼吧：
public class FoodFactory {
public static Food makeFood(String name) {
if (name.equals("noodle")) {
Food noodle = new LanZhouNoodle();
noodle.addSpicy("more");
return noodle;
} else if (name.equals("chicken")) {
Food chicken = new HuangMenChicken();
chicken.addCondiment("potato");
return chicken;
} else {
return null;
}
}
}其中，LanZhouNoodle 和 HuangMenChicken 都繼承自 Food。
簡單地說，簡單工廠模式通常就是這樣，一個工廠類 XxxFactory，裏面有一個靜態方法，根據我們不同的參數，返回不同的派生自同一個父類（或實現同一接口）的實例對象。
我們強調職責單一原則，一個類只提供一種功能，FoodFactory 的功能就是隻要負責生產各種 Food。
工廠模式
簡單工廠模式很簡單，如果它能滿足我們的需要，我覺得就不要折騰了。之所以需要引入工廠模式，是因爲我們往往需要使用兩個或兩個以上的工廠。
public interface FoodFactory {
Food makeFood(String name);
}
public class ChineseFoodFactory implements FoodFactory {
@Override
public Food makeFood(String name) {
if (name.equals("A")) {
return new ChineseFoodA();
} else if (name.equals("B")) {
return new ChineseFoodB();
} else {
return null;
}
}
}
public class AmericanFoodFactory implements FoodFactory {
@Override
public Food makeFood(String name) {
if (name.equals("A")) {
return new AmericanFoodA();
} else if (name.equals("B")) {
return new AmericanFoodB();
} else {
return null;
}
}
}其中，ChineseFoodA、ChineseFoodB、AmericanFoodA、AmericanFoodB 都派生自 Food。
客戶端調用：
public class APP {
public static void main(String[] args) {
// 先選擇一個具體的工廠
FoodFactory factory = new ChineseFoodFactory();
// 由第一步的工廠產生具體的對象，不同的工廠造出不一樣的對象
Food food = factory.makeFood("A");
}
}雖然都是調用 makeFood("A") 製作 A 類食物，但是，不同的工廠生產出來的完全不一樣。
第一步，我們需要選取合適的工廠，然後第二步基本上和簡單工廠一樣。
核心在於，我們需要在第一步選好我們需要的工廠。比如，我們有 LogFactory 接口，實現類有 FileLogFactory 和 KafkaLogFactory，分別對應將日誌寫入文件和寫入 Kafka 中，顯然，我們客戶端第一步就需要決定到底要實例化 FileLogFactory 還是 KafkaLogFactory，這將決定之後的所有的操作。
雖然簡單，不過我也把所有的構件都畫到一張圖上，這樣讀者看着比較清晰：
抽象工廠模式
當涉及到產品族的時候，就需要引入抽象工廠模式了。
一個經典的例子是造一臺電腦。我們先不引入抽象工廠模式，看看怎麼實現。
因爲電腦是由許多的構件組成的，我們將 CPU 和主板進行抽象，然後 CPU 由 CPUFactory 生產，主板由 MainBoardFactory 生產，然後，我們再將 CPU 和主板搭配起來組合在一起，如下圖：
這個時候的客戶端調用是這樣的：
// 得到 Intel 的 CPU
CPUFactory cpuFactory = new IntelCPUFactory();
CPU cpu = intelCPUFactory.makeCPU();
// 得到 AMD 的主板
MainBoardFactory mainBoardFactory = new AmdMainBoardFactory();
MainBoard mainBoard = mainBoardFactory.make();
// 組裝 CPU 和主板
Computer computer = new Computer(cpu, mainBoard);單獨看 CPU 工廠和主板工廠，它們分別是前面我們說的工廠模式。這種方式也容易擴展，因爲要給電腦加硬盤的話，只需要加一個 HardDiskFactory 和相應的實現即可，不需要修改現有的工廠。
但是，這種方式有一個問題，那就是如果 Intel 家產的 CPU 和 AMD 產的主板不能兼容使用，那麼這代碼就容易出錯，因爲客戶端並不知道它們不兼容，也就會錯誤地出現隨意組合。
下面就是我們要說的產品族的概念，它代表了組成某個產品的一系列附件的集合：
當涉及到這種產品族的問題的時候，就需要抽象工廠模式來支持了。我們不再定義 CPU 工廠、主板工廠、硬盤工廠、顯示屏工廠等等，我們直接定義電腦工廠，每個電腦工廠負責生產所有的設備，這樣能保證肯定不存在兼容問題。
這個時候，對於客戶端來說，不再需要單獨挑選 CPU 廠商、主板廠商、硬盤廠商等，直接選擇一家品牌工廠，品牌工廠會負責生產所有的東西，而且能保證肯定是兼容可用的。
public static void main(String[] args) {
// 第一步就要選定一個“大廠”
ComputerFactory cf = new AmdFactory();
// 從這個大廠造 CPU
CPU cpu = cf.makeCPU();
// 從這個大廠造主板
MainBoard board = cf.makeMainBoard();
// 從這個大廠造硬盤
HardDisk hardDisk = cf.makeHardDisk();
// 將同一個廠子出來的 CPU、主板、硬盤組裝在一起
Computer result = new Computer(cpu, board, hardDisk);
}當然，抽象工廠的問題也是顯而易見的，比如我們要加個顯示器，就需要修改所有的工廠，給所有的工廠都加上製造顯示器的方法。這有點違反了對修改關閉，對擴展開放這個設計原則。
單例模式
單例模式用得最多，錯得最多。
餓漢模式最簡單：
public class Singleton {
// 首先，將 new Singleton() 堵死
private Singleton() {};
// 創建私有靜態實例，意味着這個類第一次使用的時候就會進行創建
private static Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
// 瞎寫一個靜態方法。這裏想說的是，如果我們只是要調用 Singleton.getDate(...)，
// 本來是不想要生成 Singleton 實例的，不過沒辦法，已經生成了
public static Date getDate(String mode) {return new Date();}
}很多人都能說出餓漢模式的缺點，可是我覺得生產過程中，很少碰到這種情況：你定義了一個單例的類，不需要其實例，可是你卻把一個或幾個你會用到的靜態方法塞到這個類中。
飽漢模式最容易出錯：
public class Singleton {
// 首先，也是先堵死 new Singleton() 這條路
private Singleton() {}
// 和餓漢模式相比，這邊不需要先實例化出來，注意這裏的 volatile，它是必須的
private static volatile Singleton instance = null;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
// 加鎖
synchronized (Singleton.class) {
// 這一次判斷也是必須的，不然會有併發問題
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}雙重檢查，指的是兩次檢查 instance 是否爲 null。
volatile 在這裏是需要的，希望能引起讀者的關注。
很多人不知道怎麼寫，直接就在 getInstance() 方法簽名上加上 synchronized，這就不多說了，性能太差。
嵌套類最經典，以後大家就用它吧：
public class Singleton3 {
private Singleton3() {}
// 主要是使用了 嵌套類可以訪問外部類的靜態屬性和靜態方法 的特性
private static class Holder {
private static Singleton3 instance = new Singleton3();
}
public static Singleton3 getInstance() {
return Holder.instance;
}
}注意，很多人都會把這個嵌套類說成是靜態內部類，嚴格地說，內部類和嵌套類是不一樣的，它們能訪問的外部類權限也是不一樣的。
最後，我們說一下枚舉，枚舉很特殊，它在類加載的時候會初始化裏面的所有的實例，而且 JVM 保證了它們不會再被實例化，所以它天生就是單例的。
雖然我們平時很少看到用枚舉來實現單例，但是在 RxJava 的源碼中，有很多地方都用了枚舉來實現單例。
建造者模式
經常碰見的 XxxBuilder 的類，通常都是建造者模式的產物。建造者模式其實有很多的變種，但是對於客戶端來說，我們的使用通常都是一個模式的：
Food food = new FoodBuilder().a().b().c().build();
Food food = Food.builder().a().b().c().build();套路就是先 new 一個 Builder，然後可以鏈式地調用一堆方法，最後再調用一次 build() 方法，我們需要的對象就有了。
來一箇中規中矩的建造者模式：
class User {
// 下面是“一堆”的屬性
private String name;
private String password;
private String nickName;
private int age;
// 構造方法私有化，不然客戶端就會直接調用構造方法了
private User(String name, String password, String nickName, int age) {
this.name = name;
this.password = password;
this.nickName = nickName;
this.age = age;
}
// 靜態方法，用於生成一個 Builder，這個不一定要有，不過寫這個方法是一個很好的習慣，
// 有些代碼要求別人寫 new User.UserBuilder().a()...build() 看上去就沒那麼好
public static UserBuilder builder() {
return new UserBuilder();
}
public static class UserBuilder {
// 下面是和 User 一模一樣的一堆屬性
private String name;
private String password;
private String nickName;
private int age;
private UserBuilder() {
}
// 鏈式調用設置各個屬性值，返回 this，即 UserBuilder
public UserBuilder name(String name) {
this.name = name;
return this;
}
public UserBuilder password(String password) {
this.password = password;
return this;
}
public UserBuilder nickName(String nickName) {
this.nickName = nickName;
return this;
}
public UserBuilder age(int age) {
this.age = age;
return this;
}
// build() 方法負責將 UserBuilder 中設置好的屬性“複製”到 User 中。
// 當然，可以在 “複製” 之前做點檢驗
public User build() {
if (name == null || password == null) {
throw new RuntimeException("用戶名和密碼必填");
}
if (age <= 0 || age >= 150) {
throw new RuntimeException("年齡不合法");
}
// 還可以做賦予”默認值“的功能
if (nickName == null) {
nickName = name;
}
return new User(name, password, nickName, age);
}
}
}核心是：先把所有的屬性都設置給 Builder，然後 build() 方法的時候，將這些屬性複製給實際產生的對象。
看看客戶端的調用：
public class APP {
public static void main(String[] args) {
User d = User.builder()
.name("foo")
.password("pAss12345")
.age(25)
.build();
}
}說實話，建造者模式的鏈式寫法很吸引人，但是，多寫了很多 “無用” 的 builder 的代碼，感覺這個模式沒什麼用。不過，當屬性很多，而且有些必填，有些選填的時候，這個模式會使代碼清晰很多。我們可以在 Builder 的構造方法中強制讓調用者提供必填字段，還有，在 build() 方法中校驗各個參數比在 User 的構造方法中校驗，代碼要優雅一些。
題外話，強烈建議讀者使用 lombok，用了 lombok 以後，上面的一大堆代碼會變成如下這樣:
@Builder
class User {
private String name;
private String password;
private String nickName;
private int age;
}怎麼樣，省下來的時間是不是又可以乾點別的了。
當然，如果你只是想要鏈式寫法，不想要建造者模式，有個很簡單的辦法，User 的 getter 方法不變，所有的 setter 方法都讓其 return this 就可以了，然後就可以像下面這樣調用：
User user = new User().setName("").setPassword("").setAge(20);很多人是這麼用的，但是筆者覺得其實這種寫法非常地不優雅，不是很推薦使用。
原型模式
這是我要說的創建型模式的最後一個設計模式了。
原型模式很簡單：有一個原型實例，基於這個原型實例產生新的實例，也就是 “克隆” 了。
Object 類中有一個 clone() 方法，它用於生成一個新的對象，當然，如果我們要調用這個方法，java 要求我們的類必須先實現 Cloneable 接口，此接口沒有定義任何方法，但是不這麼做的話，在 clone() 的時候，會拋出 CloneNotSupportedException 異常。
protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;java 的克隆是淺克隆，碰到對象引用的時候，克隆出來的對象和原對象中的引用將指向同一個對象。通常實現深克隆的方法是將對象進行序列化，然後再進行反序列化。
原型模式瞭解到這裏我覺得就夠了，各種變着法子說這種代碼或那種代碼是原型模式，沒什麼意義。
創建型模式總結
創建型模式總體上比較簡單，它們的作用就是爲了產生實例對象，算是各種工作的第一步了，因爲我們寫的是面向對象的代碼，所以我們第一步當然是需要創建一個對象了。
簡單工廠模式最簡單；工廠模式在簡單工廠模式的基礎上增加了選擇工廠的維度，需要第一步選擇合適的工廠；抽象工廠模式有產品族的概念，如果各個產品是存在兼容性問題的，就要用抽象工廠模式。單例模式就不說了，爲了保證全局使用的是同一對象，一方面是安全性考慮，一方面是爲了節省資源；建造者模式專門對付屬性很多的那種類，爲了讓代碼更優美；原型模式用得最少，瞭解和 Object 類中的 clone() 方法相關的知識即可。
結構型模式
前面創建型模式介紹了創建對象的一些設計模式，這節介紹的結構型模式旨在通過改變代碼結構來達到解耦的目的，使得我們的代碼容易維護和擴展。
代理模式
第一個要介紹的代理模式是最常使用的模式之一了，用一個代理來隱藏具體實現類的實現細節，通常還用於在真實的實現的前後添加一部分邏輯。
既然說是代理，那就要對客戶端隱藏真實實現，由代理來負責客戶端的所有請求。當然，代理只是個代理，它不會完成實際的業務邏輯，而是一層皮而已，但是對於客戶端來說，它必須表現得就是客戶端需要的真實實現。
理解代理這個詞，這個模式其實就簡單了。
public interface FoodService {
Food makeChicken();
Food makeNoodle();
}
public class FoodServiceImpl implements FoodService {
public Food makeChicken() {
Food f = new Chicken()
f.setChicken("1kg");
f.setSpicy("1g");
f.setSalt("3g");
return f;
}
public Food makeNoodle() {
Food f = new Noodle();
f.setNoodle("500g");
f.setSalt("5g");
return f;
}
}
// 代理要表現得“就像是”真實實現類，所以需要實現 FoodService
public class FoodServiceProxy implements FoodService {
// 內部一定要有一個真實的實現類，當然也可以通過構造方法注入
private FoodService foodService = new FoodServiceImpl();
public Food makeChicken() {
System.out.println("我們馬上要開始製作雞肉了");
// 如果我們定義這句爲核心代碼的話，那麼，核心代碼是真實實現類做的，
// 代理只是在核心代碼前後做些“無足輕重”的事情
Food food = foodService.makeChicken();
System.out.println("雞肉製作完成啦，加點胡椒粉"); // 增強
food.addCondiment("pepper");
return food;
}
public Food makeNoodle() {
System.out.println("準備製作拉麪~");
Food food = foodService.makeNoodle();
System.out.println("製作完成啦")
return food;
}
}客戶端調用，注意，我們要用代理來實例化接口：
// 這裏用代理類來實例化
FoodService foodService = new FoodServiceProxy();
foodService.makeChicken();我們發現沒有，代理模式說白了就是做 “方法包裝” 或做 “方法增強”。在面向切面編程中，其實就是動態代理的過程。比如 Spring 中，我們自己不定義代理類，但是 Spring 會幫我們動態來定義代理，然後把我們定義在 @Before、@After、@Around 中的代碼邏輯動態添加到代理中。
說到動態代理，又可以展開說，Spring 中實現動態代理有兩種，一種是如果我們的類定義了接口，如 UserService 接口和 UserServiceImpl 實現，那麼採用 JDK 的動態代理，感興趣的讀者可以去看看 java.lang.reflect.Proxy 類的源碼；另一種是我們自己沒有定義接口的，Spring 會採用 CGLIB 進行動態代理，它是一個 jar 包，性能還不錯。
適配器模式
說完代理模式，說適配器模式，是因爲它們很相似，這裏可以做個比較。
適配器模式做的就是，有一個接口需要實現，但是我們現成的對象都不滿足，需要加一層適配器來進行適配。
適配器模式總體來說分三種：默認適配器模式、對象適配器模式、類適配器模式。先不急着分清楚這幾個，先看看例子再說。
默認適配器模式
首先，我們先看看最簡單的適配器模式默認適配器模式 (Default Adapter) 是怎麼樣的。
我們用 Appache commons-io 包中的 FileAlterationListener 做例子，此接口定義了很多的方法，用於對文件或文件夾進行監控，一旦發生了對應的操作，就會觸發相應的方法。
public interface FileAlterationListener {
void onStart(final FileAlterationObserver observer);
void onDirectoryCreate(final File directory);
void onDirectoryChange(final File directory);
void onDirectoryDelete(final File directory);
void onFileCreate(final File file);
void onFileChange(final File file);
void onFileDelete(final File file);
void onStop(final FileAlterationObserver observer);
}此接口的一大問題是抽象方法太多了，如果我們要用這個接口，意味着我們要實現每一個抽象方法，如果我們只是想要監控文件夾中的文件創建和文件刪除事件，可是我們還是不得不實現所有的方法，很明顯，這不是我們想要的。
所以，我們需要下面的一個適配器，它用於實現上面的接口，但是所有的方法都是空方法，這樣，我們就可以轉而定義自己的類來繼承下面這個類即可。
public class FileAlterationListenerAdaptor implements FileAlterationListener {
public void onStart(final FileAlterationObserver observer) {
}
public void onDirectoryCreate(final File directory) {
}
public void onDirectoryChange(final File directory) {
}
public void onDirectoryDelete(final File directory) {
}
public void onFileCreate(final File file) {
}
public void onFileChange(final File file) {
}
public void onFileDelete(final File file) {
}
public void onStop(final FileAlterationObserver observer) {
}
}比如我們可以定義以下類，我們僅僅需要實現我們想實現的方法就可以了：
public class FileMonitor extends FileAlterationListenerAdaptor {
public void onFileCreate(final File file) {
// 文件創建
doSomething();
}
public void onFileDelete(final File file) {
// 文件刪除
doSomething();
}
}當然，上面說的只是適配器模式的其中一種，也是最簡單的一種，無需多言。下面，再介紹 “正統的” 適配器模式。
對象適配器模式
來看一個《Head First 設計模式》中的一個例子，我稍微修改了一下，看看怎麼將雞適配成鴨，這樣雞也能當鴨來用。因爲，現在鴨這個接口，我們沒有合適的實現類可以用，所以需要適配器。
public interface Duck {
public void quack(); // 鴨的呱呱叫
public void fly(); // 飛
}
public interface Cock {
public void gobble(); // 雞的咕咕叫
public void fly(); // 飛
}
public class WildCock implements Cock {
public void gobble() {
System.out.println("咕咕叫");
}
public void fly() {
System.out.println("雞也會飛哦");
}
}鴨接口有 fly() 和 quare() 兩個方法，雞 Cock 如果要冒充鴨，fly() 方法是現成的，但是雞不會鴨的呱呱叫，沒有 quack() 方法。這個時候就需要適配了：
// 毫無疑問，首先，這個適配器肯定需要 implements Duck，這樣才能當做鴨來用
public class CockAdapter implements Duck {
Cock cock;
// 構造方法中需要一個雞的實例，此類就是將這隻雞適配成鴨來用
public CockAdapter(Cock cock) {
this.cock = cock;
}
// 實現鴨的呱呱叫方法
@Override
public void quack() {
// 內部其實是一隻雞的咕咕叫
cock.gobble();
}
@Override
public void fly() {
cock.fly();
}
}客戶端調用很簡單了：
public static void main(String[] args) {
// 有一隻野雞
Cock wildCock = new WildCock();
// 成功將野雞適配成鴨
Duck duck = new CockAdapter(wildCock);
...
}到這裏，大家也就知道了適配器模式是怎麼回事了。無非是我們需要一隻鴨，但是我們只有一隻雞，這個時候就需要定義一個適配器，由這個適配器來充當鴨，但是適配器裏面的方法還是由雞來實現的。
我們用一個圖來簡單說明下：
上圖應該還是很容易理解的，我就不做更多的解釋了。下面，我們看看類適配模式怎麼樣的。
類適配器模式
廢話少說，直接上圖：
看到這個圖，大家應該很容易理解的吧，通過繼承的方法，適配器自動獲得了所需要的大部分方法。這個時候，客戶端使用更加簡單，直接 Target t = new SomeAdapter(); 就可以了。
適配器模式總結
-
類適配和對象適配的異同
一個採用繼承，一個採用組合；
類適配屬於靜態實現，對象適配屬於組合的動態實現，對象適配需要多實例化一個對象。
總體來說，對象適配用得比較多。
-
適配器模式和代理模式的異同
比較這兩種模式，其實是比較對象適配器模式和代理模式，在代碼結構上，它們很相似，都需要一個具體的實現類的實例。但是它們的目的不一樣，代理模式做的是增強原方法的活；適配器做的是適配的活，爲的是提供 “把雞包裝成鴨，然後當做鴨來使用”，而雞和鴨它們之間原本沒有繼承關係。
橋樑模式
理解橋樑模式，其實就是理解代碼抽象和解耦。
我們首先需要一個橋樑，它是一個接口，定義提供的接口方法。
public interface DrawAPI {
public void draw(int radius, int x, int y);
}然後是一系列實現類：
public class RedPen implements DrawAPI {
@Override
public void draw(int radius, int x, int y) {
System.out.println("用紅色筆畫圖，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
}
}
public class GreenPen implements DrawAPI {
@Override
public void draw(int radius, int x, int y) {
System.out.println("用綠色筆畫圖，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
}
}
public class BluePen implements DrawAPI {
@Override
public void draw(int radius, int x, int y) {
System.out.println("用藍色筆畫圖，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
}
}定義一個抽象類，此類的實現類都需要使用 DrawAPI：
public abstract class Shape {
protected DrawAPI drawAPI;
protected Shape(DrawAPI drawAPI) {
this.drawAPI = drawAPI;
}
public abstract void draw();
}定義抽象類的子類：
// 圓形
public class Circle extends Shape {
private int radius;
public Circle(int radius, DrawAPI drawAPI) {
super(drawAPI);
this.radius = radius;
}
public void draw() {
drawAPI.draw(radius, 0, 0);
}
}
// 長方形
public class Rectangle extends Shape {
private int x;
private int y;
public Rectangle(int x, int y, DrawAPI drawAPI) {
super(drawAPI);
this.x = x;
this.y = y;
}
public void draw() {
drawAPI.draw(0, x, y);
}
}最後，我們來看客戶端演示：
public static void main(String[] args) {
Shape greenCircle = new Circle(10, new GreenPen());
Shape redRectangle = new Rectangle(4, 8, new RedPen());
greenCircle.draw();
redRectangle.draw();
}可能大家看上面一步步還不是特別清晰，我把所有的東西整合到一張圖上：
這回大家應該就知道抽象在哪裏，怎麼解耦了吧。橋樑模式的優點也是顯而易見的，就是非常容易進行擴展。
本節引用了這裏的例子，並對其進行了修改。
裝飾模式
要把裝飾模式說清楚明白，不是件容易的事情。也許讀者知道 Java IO 中的幾個類是典型的裝飾模式的應用，但是讀者不一定清楚其中的關係，也許看完就忘了，希望看完這節後，讀者可以對其有更深的感悟。
首先，我們先看一個簡單的圖，看這個圖的時候，瞭解下層次結構就可以了：
我們來說說裝飾模式的出發點，從圖中可以看到，接口 Component 其實已經有了 ConcreteComponentA 和 ConcreteComponentB 兩個實現類了，但是，如果我們要增強這兩個實現類的話，我們就可以採用裝飾模式，用具體的裝飾器來裝飾實現類，以達到增強的目的。
從名字來簡單解釋下裝飾器。既然說是裝飾，那麼往往就是添加小功能這種，而且，我們要滿足可以添加多個小功能。最簡單的，代理模式就可以實現功能的增強，但是代理不容易實現多個功能的增強，當然你可以說用代理包裝代理的多層包裝方式，但是那樣的話代碼就複雜了。
首先明白一些簡單的概念，從圖中我們看到，所有的具體裝飾者們 ConcreteDecorator* 都可以作爲 Component 來使用，因爲它們都實現了 Component 中的所有接口。它們和 Component 實現類 ConcreteComponent* 的區別是，它們只是裝飾者，起**裝飾**作用，也就是即使它們看上去牛逼轟轟，但是它們都只是在具體的實現中**加了層皮來裝飾**而已。
注意這段話中混雜在各個名詞中的 Component 和 Decorator，別搞混了。
下面來看看一個例子，先把裝飾模式弄清楚，然後再介紹下 java io 中的裝飾模式的應用。
最近大街上流行起來了 “快樂檸檬”，我們把快樂檸檬的飲料分爲三類：紅茶、綠茶、咖啡，在這三大類的基礎上，又增加了許多的口味，什麼金桔檸檬紅茶、金桔檸檬珍珠綠茶、芒果紅茶、芒果綠茶、芒果珍珠紅茶、烤珍珠紅茶、烤珍珠芒果綠茶、椰香胚芽咖啡、焦糖可可咖啡等等，每家店都有很長的菜單，但是仔細看下，其實原料也沒幾樣，但是可以搭配出很多組合，如果顧客需要，很多沒出現在菜單中的飲料他們也是可以做的。
在這個例子中，紅茶、綠茶、咖啡是最基礎的飲料，其他的像金桔檸檬、芒果、珍珠、椰果、焦糖等都屬於裝飾用的。當然，在開發中，我們確實可以像門店一樣，開發這些類：LemonBlackTea、LemonGreenTea、MangoBlackTea、MangoLemonGreenTea...... 但是，很快我們就發現，這樣子幹肯定是不行的，這會導致我們需要組合出所有的可能，而且如果客人需要在紅茶中加雙份檸檬怎麼辦？三份檸檬怎麼辦？
不說廢話了，上代碼。
首先，定義飲料抽象基類：
public abstract class Beverage {
// 返回描述
public abstract String getDescription();
// 返回價格
public abstract double cost();
}然後是三個基礎飲料實現類，紅茶、綠茶和咖啡：
public class BlackTea extends Beverage {
public String getDescription() {
return "紅茶";
}
public double cost() {
return 10;
}
}
public class GreenTea extends Beverage {
public String getDescription() {
return "綠茶";
}
public double cost() {
return 11;
}
}
...// 咖啡省略定義調料，也就是裝飾者的基類，此類必須繼承自 Beverage：
// 調料
public abstract class Condiment extends Beverage {
}然後我們來定義檸檬、芒果等具體的調料，它們屬於裝飾者，毫無疑問，這些調料肯定都需要繼承調料 Condiment 類：
public class Lemon extends Condiment {
private Beverage bevarage;
// 這裏很關鍵，需要傳入具體的飲料，如需要傳入沒有被裝飾的紅茶或綠茶，
// 當然也可以傳入已經裝飾好的芒果綠茶，這樣可以做芒果檸檬綠茶
public Lemon(Beverage bevarage) {
this.bevarage = bevarage;
}
public String getDescription() {
// 裝飾
return bevarage.getDescription() + ", 加檸檬";
}
public double cost() {
// 裝飾
return beverage.cost() + 2; // 加檸檬需要 2 元
}
}
public class Mango extends Condiment {
private Beverage bevarage;
public Mango(Beverage bevarage) {
this.bevarage = bevarage;
}
public String getDescription() {
return bevarage.getDescription() + ", 加芒果";
}
public double cost() {
return beverage.cost() + 3; // 加芒果需要 3 元
}
}
...// 給每一種調料都加一個類看客戶端調用：
public static void main(String[] args) {
// 首先，我們需要一個基礎飲料，紅茶、綠茶或咖啡
Beverage beverage = new GreenTea();
// 開始裝飾
beverage = new Lemon(beverage); // 先加一份檸檬
beverage = new Mongo(beverage); // 再加一份芒果
System.out.println(beverage.getDescription() + " 價格：￥" + beverage.cost());
//"綠茶, 加檸檬, 加芒果 價格：￥16"
}如果我們需要 芒果 - 珍珠 - 雙份檸檬 - 紅茶：
Beverage beverage = new Mongo(new Pearl(new Lemon(new Lemon(new BlackTea()))));是不是很變態？
看看下圖可能會清晰一些：
到這裏，大家應該已經清楚裝飾模式了吧。
下面，我們再來說說 java IO 中的裝飾模式。看下圖 InputStream 派生出來的部分類：
我們知道 InputStream 代表了輸入流，具體的輸入來源可以是文件（FileInputStream）、管道（PipedInputStream）、數組（ByteArrayInputStream）等，這些就像前面奶茶的例子中的紅茶、綠茶，屬於基礎輸入流。
FilterInputStream 承接了裝飾模式的關鍵節點，它的實現類是一系列裝飾器，比如 BufferedInputStream 代表用緩衝來裝飾，也就使得輸入流具有了緩衝的功能，LineNumberInputStream 代表用行號來裝飾，在操作的時候就可以取得行號了，DataInputStream 的裝飾，使得我們可以從輸入流轉換爲 java 中的基本類型值。
當然，在 java IO 中，如果我們使用裝飾器的話，就不太適合面向接口編程了，如：
InputStream inputStream = new LineNumberInputStream(new BufferedInputStream(new FileInputStream("")));這樣的結果是，InputStream 還是不具有讀取行號的功能，因爲讀取行號的方法定義在 LineNumberInputStream 類中。
我們應該像下面這樣使用：
DataInputStream is = new DataInputStream(
new BufferedInputStream(
new FileInputStream("")));所以說嘛，要找到純的嚴格符合設計模式的代碼還是比較難的。
門面模式
門面模式（也叫外觀模式，Facade Pattern）在許多源碼中有使用，比如 slf4j 就可以理解爲是門面模式的應用。這是一個簡單的設計模式，我們直接上代碼再說吧。
首先，我們定義一個接口：
public interface Shape {
void draw();
}定義幾個實現類：
public class Circle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Circle::draw()");
}
}
public class Rectangle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Rectangle::draw()");
}
}客戶端調用：
public static void main(String[] args) {
// 畫一個圓形
Shape circle = new Circle();
circle.draw();
// 畫一個長方形
Shape rectangle = new Rectangle();
rectangle.draw();
}以上是我們常寫的代碼，我們需要畫圓就要先實例化圓，畫長方形就需要先實例化一個長方形，然後再調用相應的 draw() 方法。
下面，我們看看怎麼用門面模式來讓客戶端調用更加友好一些。
我們先定義一個門面：
public class ShapeMaker {
private Shape circle;
private Shape rectangle;
private Shape square;
public ShapeMaker() {
circle = new Circle();
rectangle = new Rectangle();
square = new Square();
}
/**
* 下面定義一堆方法，具體應該調用什麼方法，由這個門面來決定
*/
public void drawCircle(){
circle.draw();
}
public void drawRectangle(){
rectangle.draw();
}
public void drawSquare(){
square.draw();
}
}看看現在客戶端怎麼調用：
public static void main(String[] args) {
ShapeMaker shapeMaker = new ShapeMaker();
// 客戶端調用現在更加清晰了
shapeMaker.drawCircle();
shapeMaker.drawRectangle();
shapeMaker.drawSquare();
}門面模式的優點顯而易見，客戶端不再需要關注實例化時應該使用哪個實現類，直接調用門面提供的方法就可以了，因爲門面類提供的方法的方法名對於客戶端來說已經很友好了。
組合模式
組合模式用於表示具有層次結構的數據，使得我們對單個對象和組合對象的訪問具有一致性。
直接看一個例子吧，每個員工都有姓名、部門、薪水這些屬性，同時還有下屬員工集合（雖然可能集合爲空），而下屬員工和自己的結構是一樣的，也有姓名、部門這些屬性，同時也有他們的下屬員工集合。
public class Employee {
private String name;
private String dept;
private int salary;
private List<Employee> subordinates; // 下屬
public Employee(String name,String dept, int sal) {
this.name = name;
this.dept = dept;
this.salary = sal;
subordinates = new ArrayList<Employee>();
}
public void add(Employee e) {
subordinates.add(e);
}
public void remove(Employee e) {
subordinates.remove(e);
}
public List<Employee> getSubordinates(){
return subordinates;
}
public String toString(){
return ("Employee :[ Name : " + name + ", dept : " + dept + ", salary :" + salary+" ]");
}
}通常，這種類需要定義 add(node)、remove(node)、getChildren() 這些方法。
這說的其實就是組合模式，這種簡單的模式我就不做過多介紹了，相信各位讀者也不喜歡看我寫廢話。
享元模式
英文是 Flyweight Pattern，不知道是誰最先翻譯的這個詞，感覺這翻譯真的不好理解，我們試着強行關聯起來吧。Flyweight 是輕量級的意思，享元分開來說就是 共享 元器件，也就是複用已經生成的對象，這種做法當然也就是輕量級的了。
複用對象最簡單的方式是，用一個 HashMap 來存放每次新生成的對象。每次需要一個對象的時候，先到 HashMap 中看看有沒有，如果沒有，再生成新的對象，然後將這個對象放入 HashMap 中。
這種簡單的代碼我就不演示了。
結構型模式總結
前面，我們說了代理模式、適配器模式、橋樑模式、裝飾模式、門面模式、組合模式和享元模式。讀者是否可以分別把這幾個模式說清楚了呢？在說到這些模式的時候，心中是否有一個清晰的圖或處理流程在腦海裏呢？
代理模式是做方法增強的，適配器模式是把雞包裝成鴨這種用來適配接口的，橋樑模式做到了很好的解耦，裝飾模式從名字上就看得出來，適合於裝飾類或者說是增強類的場景，門面模式的優點是客戶端不需要關心實例化過程，只要調用需要的方法即可，組合模式用於描述具有層次結構的數據，享元模式是爲了在特定的場景中緩存已經創建的對象，用於提高性能。
行爲型模式
行爲型模式關注的是各個類之間的相互作用，將職責劃分清楚，使得我們的代碼更加地清晰。
策略模式
策略模式太常用了，所以把它放到最前面進行介紹。它比較簡單，我就不廢話，直接用代碼說事吧。
下面設計的場景是，我們需要畫一個圖形，可選的策略就是用紅色筆來畫，還是綠色筆來畫，或者藍色筆來畫。
首先，先定義一個策略接口：
public interface Strategy {
public void draw(int radius, int x, int y);
}然後我們定義具體的幾個策略：
public class RedPen implements Strategy {
@Override
public void draw(int radius, int x, int y) {
System.out.println("用紅色筆畫圖，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
}
}
public class GreenPen implements Strategy {
@Override
public void draw(int radius, int x, int y) {
System.out.println("用綠色筆畫圖，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
}
}
public class BluePen implements Strategy {
@Override
public void draw(int radius, int x, int y) {
System.out.println("用藍色筆畫圖，radius:" + radius + ", x:" + x + ", y:" + y);
}
}使用策略的類：
public class Context {
private Strategy strategy;
public Context(Strategy strategy){
this.strategy = strategy;
}
public int executeDraw(int radius, int x, int y){
return strategy.draw(radius, x, y);
}
}客戶端演示：
public static void main(String[] args) {
Context context = new Context(new BluePen()); // 使用綠色筆來畫
context.executeDraw(10, 0, 0);
}放到一張圖上，讓大家看得清晰些：
這個時候，大家有沒有聯想到結構型模式中的橋樑模式，它們其實非常相似，我把橋樑模式的圖拿過來大家對比下：
要我說的話，它們非常相似，橋樑模式在左側加了一層抽象而已。橋樑模式的耦合更低，結構更復雜一些。
觀察者模式
觀察者模式對於我們來說，真是再簡單不過了。無外乎兩個操作，觀察者訂閱自己關心的主題和主題有數據變化後通知觀察者們。
首先，需要定義主題，每個主題需要持有觀察者列表的引用，用於在數據變更的時候通知各個觀察者：
public class Subject {
private List<Observer> observers = new ArrayList<Observer>();
private int state;
public int getState() {
return state;
}
public void setState(int state) {
this.state = state;
// 數據已變更，通知觀察者們
notifyAllObservers();
}
// 註冊觀察者
public void attach(Observer observer) {
observers.add(observer);
}
// 通知觀察者們
public void notifyAllObservers() {
for (Observer observer : observers) {
observer.update();
}
}
}定義觀察者接口：
public abstract class Observer {
protected Subject subject;
public abstract void update();
}其實如果只有一個觀察者類的話，接口都不用定義了，不過，通常場景下，既然用到了觀察者模式，我們就是希望一個事件出來了，會有多個不同的類需要處理相應的信息。比如，訂單修改成功事件，我們希望發短信的類得到通知、發郵件的類得到通知、處理物流信息的類得到通知等。
我們來定義具體的幾個觀察者類：
public class BinaryObserver extends Observer {
// 在構造方法中進行訂閱主題
public BinaryObserver(Subject subject) {
this.subject = subject;
// 通常在構造方法中將 this 發佈出去的操作一定要小心
this.subject.attach(this);
}
// 該方法由主題類在數據變更的時候進行調用
@Override
public void update() {
String result = Integer.toBinaryString(subject.getState());
System.out.println("訂閱的數據發生變化，新的數據處理爲二進制值爲：" + result);
}
}
public class HexaObserver extends Observer {
public HexaObserver(Subject subject) {
this.subject = subject;
this.subject.attach(this);
}
@Override
public void update() {
String result = Integer.toHexString(subject.getState()).toUpperCase();
System.out.println("訂閱的數據發生變化，新的數據處理爲十六進制值爲：" + result);
}
}客戶端使用也非常簡單：
public static void main(String[] args) {
// 先定義一個主題
Subject subject1 = new Subject();
// 定義觀察者
new BinaryObserver(subject1);
new HexaObserver(subject1);
// 模擬數據變更，這個時候，觀察者們的 update 方法將會被調用
subject.setState(11);
}output:
訂閱的數據發生變化，新的數據處理爲二進制值爲：1011
訂閱的數據發生變化，新的數據處理爲十六進制值爲：B當然，jdk 也提供了相似的支持，具體的大家可以參考 java.util.Observable 和 java.util.Observer 這兩個類。
實際生產過程中，觀察者模式往往用消息中間件來實現，如果要實現單機觀察者模式，筆者建議讀者使用 Guava 中的 EventBus，它有同步實現也有異步實現，本文主要介紹設計模式，就不展開說了。
還有，即使是上面的這個代碼，也會有很多變種，大家只要記住核心的部分，那就是一定有一個地方存放了所有的觀察者，然後在事件發生的時候，遍歷觀察者，調用它們的回調函數。
責任鏈模式
責任鏈通常需要先建立一個單向鏈表，然後調用方只需要調用頭部節點就可以了，後面會自動流轉下去。比如流程審批就是一個很好的例子，只要終端用戶提交申請，根據申請的內容信息，自動建立一條責任鏈，然後就可以開始流轉了。
有這麼一個場景，用戶參加一個活動可以領取獎品，但是活動需要進行很多的規則校驗然後才能放行，比如首先需要校驗用戶是否是新用戶、今日參與人數是否有限額、全場參與人數是否有限額等等。設定的規則都通過後，才能讓用戶領走獎品。
如果產品給你這個需求的話，我想大部分人一開始肯定想的就是，用一個 List 來存放所有的規則，然後 foreach 執行一下每個規則就好了。不過，讀者也先別急，看看責任鏈模式和我們說的這個有什麼不一樣？
首先，我們要定義流程上節點的基類：
public abstract class RuleHandler {
// 後繼節點
protected RuleHandler successor;
public abstract void apply(Context context);
public void setSuccessor(RuleHandler successor) {
this.successor = successor;
}
public RuleHandler getSuccessor() {
return successor;
}
}接下來，我們需要定義具體的每個節點了。
校驗用戶是否是新用戶：
public class NewUserRuleHandler extends RuleHandler {
public void apply(Context context) {
if (context.isNewUser()) {
// 如果有後繼節點的話，傳遞下去
if (this.getSuccessor() != null) {
this.getSuccessor().apply(context);
}
} else {
throw new RuntimeException("該活動僅限新用戶參與");
}
}
}校驗用戶所在地區是否可以參與：
public class LocationRuleHandler extends RuleHandler {
public void apply(Context context) {
boolean allowed = activityService.isSupportedLocation(context.getLocation);
if (allowed) {
if (this.getSuccessor() != null) {
this.getSuccessor().apply(context);
}
} else {
throw new RuntimeException("非常抱歉，您所在的地區無法參與本次活動");
}
}
}校驗獎品是否已領完：
public class LimitRuleHandler extends RuleHandler {
public void apply(Context context) {
int remainedTimes = activityService.queryRemainedTimes(context); // 查詢剩餘獎品
if (remainedTimes > 0) {
if (this.getSuccessor() != null) {
this.getSuccessor().apply(userInfo);
}
} else {
throw new RuntimeException("您來得太晚了，獎品被領完了");
}
}
}客戶端：
public static void main(String[] args) {
RuleHandler newUserHandler = new NewUserRuleHandler();
RuleHandler locationHandler = new LocationRuleHandler();
RuleHandler limitHandler = new LimitRuleHandler();
// 假設本次活動僅校驗地區和獎品數量，不校驗新老用戶
locationHandler.setSuccessor(limitHandler);
locationHandler.apply(context);
}代碼其實很簡單，就是先定義好一個鏈表，然後在通過任意一節點後，如果此節點有後繼節點，那麼傳遞下去。
至於它和我們前面說的用一個 List 存放需要執行的規則的做法有什麼異同，留給讀者自己琢磨吧。
模板方法模式
在含有繼承結構的代碼中，模板方法模式是非常常用的。
通常會有一個抽象類：
public abstract class AbstractTemplate {
// 這就是模板方法
public void templateMethod() {
init();
apply(); // 這個是重點
end(); // 可以作爲鉤子方法
}
protected void init() {
System.out.println("init 抽象層已經實現，子類也可以選擇覆寫");
}
// 留給子類實現
protected abstract void apply();
protected void end() {
}
}模板方法中調用了 3 個方法，其中 apply() 是抽象方法，子類必須實現它，其實模板方法中有幾個抽象方法完全是自由的，我們也可以將三個方法都設置爲抽象方法，讓子類來實現。也就是說，模板方法只負責定義第一步應該要做什麼，第二步應該做什麼，第三步應該做什麼，至於怎麼做，由子類來實現。
我們寫一個實現類：
public class ConcreteTemplate extends AbstractTemplate {
public void apply() {
System.out.println("子類實現抽象方法 apply");
}
public void end() {
System.out.println("我們可以把 method3 當做鉤子方法來使用，需要的時候覆寫就可以了");
}
}客戶端調用演示：
public static void main(String[] args) {
AbstractTemplate t = new ConcreteTemplate();
// 調用模板方法
t.templateMethod();
}代碼其實很簡單，基本上看到就懂了，關鍵是要學會用到自己的代碼中。
狀態模式
update: 2017-10-19
廢話我就不說了，我們說一個簡單的例子。商品庫存中心有個最基本的需求是減庫存和補庫存，我們看看怎麼用狀態模式來寫。
核心在於，我們的關注點不再是 Context 是該進行哪種操作，而是關注在這個 Context 會有哪些操作。
定義狀態接口：
public interface State {
public void doAction(Context context);
}定義減庫存的狀態：
public class DeductState implements State {
public void doAction(Context context) {
System.out.println("商品賣出，準備減庫存");
context.setState(this);
//... 執行減庫存的具體操作
}
public String toString() {
return "Deduct State";
}
}定義補庫存狀態：
public class RevertState implements State {
public void doAction(Context context) {
System.out.println("給此商品補庫存");
context.setState(this);
//... 執行加庫存的具體操作
}
public String toString() {
return "Revert State";
}
}前面用到了 context.setState(this)，我們來看看怎麼定義 Context 類：
public class Context {
private State state;
private String name;
public Context(String name) {
this.name = name;
}
public void setState(State state) {
this.state = state;
}
public void getState() {
return this.state;
}
}我們來看下客戶端調用，大家就一清二楚了：
public static void main(String[] args) {
// 我們需要操作的是 iPhone X
Context context = new Context("iPhone X");
// 看看怎麼進行補庫存操作
State revertState = new RevertState();
revertState.doAction(context);
// 同樣的，減庫存操作也非常簡單
State deductState = new DeductState();
deductState.doAction(context);
// 如果需要我們可以獲取當前的狀態
// context.getState().toString();
}讀者可能會發現，在上面這個例子中，如果我們不關心當前 context 處於什麼狀態，那麼 Context 就可以不用維護 state 屬性了，那樣代碼會簡單很多。
不過，商品庫存這個例子畢竟只是個例，我們還有很多實例是需要知道當前 context 處於什麼狀態的。
行爲型模式總結
行爲型模式部分介紹了策略模式、觀察者模式、責任鏈模式、模板方法模式和狀態模式，其實，經典的行爲型模式還包括備忘錄模式、命令模式等，但是它們的使用場景比較有限，而且本文篇幅也挺大了，我就不進行介紹了。
總結
學習設計模式的目的是爲了讓我們的代碼更加的優雅、易維護、易擴展。這次整理這篇文章，讓我重新審視了一下各個設計模式，對我自己而言收穫還是挺大的。我想，文章的最大收益者一般都是作者本人，爲了寫一篇文章，需要鞏固自己的知識，需要尋找各種資料，而且，自己寫過的才最容易記住，也算是我給讀者的建議吧。
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