设计模式总结(4)【原型模式,责任链模式,建造者模式,命令模式】

原型模式

基本概念

原型(Prototype)模式的定义如下:用一个已经创建的实例作为原型,通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里,原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效,根本无须知道对象创建的细节。例如,Windows 操作系统的安装通常较耗时,如果复制就快了很多。在生活中复制的例子非常多,这里不一一列举了。

具体结构

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实现

可以使用Java中的Cloneable来实现一个对象的浅克隆

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//具体原型类
class Realizetype implements Cloneable
{
Realizetype()
{
System.out.println("具体原型创建成功!");
}
public Object clone() throws CloneNotSupportedException
{
System.out.println("具体原型复制成功!");
return (Realizetype)super.clone();
}
}
//原型模式的测试类
public class PrototypeTest
{
public static void main(String[] args)throws CloneNotSupportedException
{
Realizetype obj1=new Realizetype();
Realizetype obj2=(Realizetype)obj1.clone();
System.out.println("obj1==obj2?"+(obj1==obj2));
}
}

使用场景

原型模式通常适用于以下场景。

  • 对象之间相同或相似,即只是个别的几个属性不同的时候。
  • 对象的创建过程比较麻烦,但复制比较简单的时候

责任链模式

基本概念

责任链(Chain of Responsibility)模式的定义:为了避免请求发送者与多个请求处理者耦合在一起,将所有请求的处理者通过前一对象记住其下一个对象的引用而连成一条链;当有请求发生时,可将请求沿着这条链传递,直到有对象处理它为止。

在责任链模式中,客户只需要将请求发送到责任链上即可,无须关心请求的处理细节和请求的传递过程,所以责任链将请求的发送者和请求的处理者解耦了。

责任链模式是一种对象行为型模式,其主要优点如下。

  • 降低了对象之间的耦合度。该模式使得一个对象无须知道到底是哪一个对象处理其请求以及链的结构,发送者和接收者也无须拥有对方的明确信息。
  • 增强了系统的可扩展性。可以根据需要增加新的请求处理类,满足开闭原则。
  • 增强了给对象指派职责的灵活性。当工作流程发生变化,可以动态地改变链内的成员或者调动它们的次序,也可动态地新增或者删除责任。
  • 责任链简化了对象之间的连接。每个对象只需保持一个指向其后继者的引用,不需保持其他所有处理者的引用,这避免了使用众多的 if 或者 if···else 语句。
  • 责任分担。每个类只需要处理自己该处理的工作,不该处理的传递给下一个对象完成,明确各类的责任范围,符合类的单一职责原则。

其主要缺点如下。

  • 不能保证每个请求一定被处理。由于一个请求没有明确的接收者,所以不能保证它一定会被处理,该请求可能一直传到链的末端都得不到处理。
  • 对比较长的职责链,请求的处理可能涉及多个处理对象,系统性能将受到一定影响。
  • 职责链建立的合理性要靠客户端来保证,增加了客户端的复杂性,可能会由于职责链的错误设置而导致系统出错,如可能会造成循环调用

具体结构

职责链模式主要包含以下角色。

  • 抽象处理者(Handler)角色:定义一个处理请求的接口,包含抽象处理方法和一个后继连接。
  • 具体处理者(Concrete Handler)角色:实现抽象处理者的处理方法,判断能否处理本次请求,如果可以处理请求则处理,否则将该请求转给它的后继者。
  • 客户类(Client)角色:创建处理链,并向链头的具体处理者对象提交请求,它不关心处理细节和请求的传递过程

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具体实现

可以用链表的数据结构,将责任链中的每个处理单元设置为链表的结点

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public class ChainOfResponsibilityPattern
{
public static void main(String[] args)
{
//组装责任链
Handler handler1=new ConcreteHandler1();
Handler handler2=new ConcreteHandler2();
handler1.setNext(handler2);
//提交请求
handler1.handleRequest("two");
}
}
//抽象处理者角色
abstract class Handler
{
private Handler next;
public void setNext(Handler next)
{
this.next=next;
}
public Handler getNext()
{
return next;
}
//处理请求的方法
public abstract void handleRequest(String request);
}
//具体处理者角色1
class ConcreteHandler1 extends Handler
{
public void handleRequest(String request)
{
if(request.equals("one"))
{
System.out.println("具体处理者1负责处理该请求!");
}
else
{
if(getNext()!=null)
{
getNext().handleRequest(request);
}
else
{
System.out.println("没有人处理该请求!");
}
}
}
}
//具体处理者角色2
class ConcreteHandler2 extends Handler
{
public void handleRequest(String request)
{
if(request.equals("two"))
{
System.out.println("具体处理者2负责处理该请求!");
}
else
{
if(getNext()!=null)
{
getNext().handleRequest(request);
}
else
{
System.out.println("没有人处理该请求!");
}
}
}
}

应用场景

  • 有多个对象可以处理一个请求,哪个对象处理该请求由运行时刻自动确定。
  • 可动态指定一组对象处理请求,或添加新的处理者。
  • 在不明确指定请求处理者的情况下,向多个处理者中的一个提交请求

建造者模式

基本概念

建造者(Builder)模式的定义:指将一个复杂对象的构造与它的表示分离,使同样的构建过程可以创建不同的表示,这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象,然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离,即产品的组成部分是不变的,但每一部分是可以灵活选择的。

该模式的主要优点如下:

  • 各个具体的建造者相互独立,有利于系统的扩展。
  • 客户端不必知道产品内部组成的细节,便于控制细节风险。

其缺点如下:

  • 产品的组成部分必须相同,这限制了其使用范围。
  • 如果产品的内部变化复杂,该模式会增加很多的建造者类。

建造者(Builder)模式和工厂模式的关注点不同:建造者模式注重零部件的组装过程,而工厂方法模式更注重零部件的创建过程,但两者可以结合使用。

具体结构

建造者(Builder)模式的主要角色如下。

  • 产品角色(Product):它是包含多个组成部件的复杂对象,由具体建造者来创建其各个滅部件。
  • 抽象建造者(Builder):它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口,通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
  • 具体建造者(Concrete Builder):实现 Builder 接口,完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
  • 指挥者(Director):它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建,在指挥者中不涉及具体产品的信息。

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具体实现

产品角色类:

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class Product
{
private String partA;
private String partB;
private String partC;
public void setPartA(String partA)
{
this.partA=partA;
}
public void setPartB(String partB)
{
this.partB=partB;
}
public void setPartC(String partC)
{
this.partC=partC;
}
public void show()
{
//显示产品的特性
}
}

抽象建造者:

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abstract class Builder
{
//创建产品对象
protected Product product=new Product();
public abstract void buildPartA();
public abstract void buildPartB();
public abstract void buildPartC();
//返回产品对象
public Product getResult()
{
return product;
}
}

具体建造者

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public class ConcreteBuilder extends Builder
{
public void buildPartA()
{
product.setPartA("建造 PartA");
}
public void buildPartB()
{
product.setPartA("建造 PartB");
}
public void buildPartC()
{
product.setPartA("建造 PartC");
}
}

指挥者:

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class Director
{
private Builder builder;
public Director(Builder builder)
{
this.builder=builder;
}
//产品构建与组装方法
public Product construct()
{
builder.buildPartA();
builder.buildPartB();
builder.buildPartC();
return builder.getResult();
}
}

Client:

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public class Client
{
public static void main(String[] args)
{
Builder builder=new ConcreteBuilder();
Director director=new Director(builder);
Product product=director.construct();
product.show();
}
}

使用场景

建造者(Builder)模式创建的是复杂对象,其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化,但将它们组合在一起的算法却相对稳定,所以它通常在以下场合使用。

  • 创建的对象较复杂,由多个部件构成,各部件面临着复杂的变化,但构件间的建造顺序是稳定的。
  • 创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式,即产品的构建过程和最终的表示是独立的。

命令模式

基本概念

命令(Command)模式的定义如下:将一个请求封装为一个对象,使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。这样两者之间通过命令对象进行沟通,这样方便将命令对象进行储存、传递、调用、增加与管理。

命令模式的主要优点如下。

  • 降低系统的耦合度。命令模式能将调用操作的对象与实现该操作的对象解耦。
  • 增加或删除命令非常方便。采用命令模式增加与删除命令不会影响其他类,它满足“开闭原则”,对扩展比较灵活。
  • 可以实现宏命令。命令模式可以与组合模式结合,将多个命令装配成一个组合命令,即宏命令。
  • 方便实现 Undo 和 Redo 操作。命令模式可以与后面介绍的备忘录模式结合,实现命令的撤销与恢复。

其缺点是:可能产生大量具体命令类。因为计对每一个具体操作都需要设计一个具体命令类,这将增加系统的复杂性。

具体结构

命令模式包含以下主要角色。

  • 抽象命令类(Command)角色:声明执行命令的接口,拥有执行命令的抽象方法 execute()。
  • 具体命令角色(Concrete Command)角色:是抽象命令类的具体实现类,它拥有接收者对象,并通过调用接收者的功能来完成命令要执行的操作。
  • 实现者/接收者(Receiver)角色:执行命令功能的相关操作,是具体命令对象业务的真正实现者。
  • 调用者/请求者(Invoker)角色:是请求的发送者,它通常拥有很多的命令对象,并通过访问命令对象来执行相关请求,它不直接访问接收者。

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public class CommandPattern
{
public static void main(String[] args)
{
Command cmd=new ConcreteCommand();
Invoker ir=new Invoker(cmd);
System.out.println("客户访问调用者的call()方法...");
ir.call();
}
}
//调用者
class Invoker
{
private Command command;
public Invoker(Command command)
{
this.command=command;
}
public void setCommand(Command command)
{
this.command=command;
}
public void call()
{
System.out.println("调用者执行命令command...");
command.execute();
}
}
//抽象命令
interface Command
{
public abstract void execute();
}
//具体命令
class ConcreteCommand implements Command
{
private Receiver receiver;
ConcreteCommand()
{
receiver=new Receiver();
}
public void execute()
{
receiver.action();
}
}
//接收者
class Receiver
{
public void action()
{
System.out.println("接收者的action()方法被调用...");
}
}

使用场景

命令模式通常适用于以下场景。

  • 当系统需要将请求调用者与请求接收者解耦时,命令模式使得调用者和接收者不直接交互。
  • 当系统需要随机请求命令或经常增加或删除命令时,命令模式比较方便实现这些功能。
  • 当系统需要执行一组操作时,命令模式可以定义宏命令来实现该功能。
  • 当系统需要支持命令的撤销(Undo)操作和恢复(Redo)操作时,可以将命令对象存储起来,采用备忘录模式来实现。