java中的设计模式及使用场景

原创admin 分类：热门问答 2024-04-09 13:27:15 0

java中的设计模式及使用场景

设计模式是软件工程中的一个概念，它代表了最佳的实践，是前人在软件设计与开发过程中遇到的问题及解决方案的总结。在Java编程中，设计模式能够帮助我们编写出可读性高、可维护性强且结构清晰的代码。本文将详细介绍两种常用的设计模式——策略模式和观察者模式，并通过代码案例展示它们的使用场景。

策略模式（Strategy Pattern）

定义与目的

策略模式是一种行为型设计模式，它定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以互换。策略模式让算法的变化独立于使用算法的客户，从而使得算法可以灵活地变化。【3】

核心类与方法

策略模式涉及以下几个核心角色：

策略接口（Strategy）：定义所有支持的算法的公共接口。
具体策略类（Concrete Strategy）：实现策略接口，提供具体的算法实现。
上下文类（Context）：持有一个策略对象的引用，用于执行算法。【3】

使用场景

当你需要在运行时选择算法的行为时，可以使用策略模式。例如，排序算法的选择、优惠策略的应用等。【3】

代码案例

// 策略接口
public interface SortingStrategy {
    void sort(int[] array);
}

// 具体策略类 - 冒泡排序
public class BubbleSort implements SortingStrategy {
    @Override
    public void sort(int[] array) {
        // 冒泡排序算法实现
    }
}

// 具体策略类 - 快速排序
public class QuickSort implements SortingStrategy {
    @Override
    public void sort(int[] array) {
        // 快速排序算法实现
    }
}

// 上下文类
public class SortContext {
    private SortingStrategy strategy;

    public SortContext(SortingStrategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void performSort(int[] array) {
        strategy.sort(array);
    }
}

// 客户端代码
public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {3, 1, 4, 1, 5, 9};
        SortContext context = new SortContext(new BubbleSort());
        context.performSort(numbers);
        // 改变排序策略
        context = new SortContext(new QuickSort());
        context.performSort(numbers);
    }
}

观察者模式（Observer Pattern）

定义与目的

观察者模式是一种行为型设计模式，它定义了对象之间的一对多依赖关系，当一个对象改变状态时，所有依赖于它的对象都会收到通知并自动更新。这种模式主要用于实现分布式系统中的事件处理。【3】

核心类与方法

观察者模式涉及以下几个核心角色：

主题接口（Subject）：维护观察者列表，并提供注册、注销和通知观察者的方法。
观察者接口（Observer）：定义更新方法，用于接收主题状态变化的通知。
具体主题类（Concrete Subject）：实现主题接口，维护状态信息。
具体观察者类（Concrete Observer）：实现观察者接口，根据通知执行具体操作。【4】

使用场景

当你需要在对象状态变化时，通知其他对象并自动更新它们的状态时，可以使用观察者模式。例如，模型-视图应用程序、事件监听器等。【4】

代码案例

// 主题接口
public interface Subject {
    void attach(Observer observer);
    void detach(Observer observer);
    void notifyObservers();
}

// 观察者接口
public interface Observer {
    void update(String message);
}

// 具体主题类
public class WeatherStation implements Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private String temperature;

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

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

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

    public void setTemperature(String temperature) {
        this.temperature = temperature;
        notifyObservers();
    }
}

// 具体观察者类
public class Display implements Observer {
    private String name;

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

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

// 客户端代码
public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        WeatherStation station = new WeatherStation();
        Display display1 = new Display("Display 1");
        Display display2 = new Display("Display 2");

        station.attach(display1);
        station.attach(display2);

        station.setTemperature("35 degrees Celsius");
    }
}

对比表格

特性	策略模式	观察者模式
目的	定义算法族，使它们可以互换	定义对象间一对多的依赖关系
核心角色	策略接口、具体策略类、上下文类	主题接口、观察者接口、具体主题类、具体观察者类
使用场景	运行时选择算法	对象状态变化时通知其他对象
优点	算法可互换，易于扩展和维护	降低了对象间的耦合度，易于扩展
缺点	客户端必须了解各种算法的差异	通知所有观察者可能会影响性能