使用设计模式的目的是为了可重用代码，提高代码的可扩展性和可维护性，降低代码的耦合度。
设计模式基于以下几个原则：
- 里氏替换原则
——如果调用一个父类的方法可以成功，那么替换成子类调用也应该完全可以运行。 - 开闭原则
——对扩展开放，而对修改关闭
增加新功能的时候，能不改代码就尽量不要改，如果只增加代码就完成了新功能，那是最好的。
创新型模式
创建型模式关注点是如何创建对象，其核心思想是要把对象的创建和使用相分离。
工厂方法
定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。
工厂方法即Factory Method，是一种对象创建型模式。
工厂方法的目的是使得创建对象和使用对象是分离的，并且客户端总是引用抽象工厂和抽象产品：
假设我们希望实现一个解析字符串到Number的Factory，可以定义如下：
public interface NumberFactory {
Number parse(String s);
}有了工厂接口，再编写一个工厂的实现类：
public class NumberFactoryImpl implements NumberFactory {
public Number parse(String s) {
return new BigDecimal(s);
}
}产品接口是Number，NumberFactoryImpl返回的实际产品是BigDecimal。
客户端如何创建NumberFactoryImpl：通常在接口Factory中定义一个静态方法getFactory()来返回真正的子类：
public interface NumberFactory {
// 创建方法:
Number parse(String s);
// 获取工厂实例:
static NumberFactory getFactory() {
return impl;
}
static NumberFactory impl = new NumberFactoryImpl();
}在客户端中，只需要和工厂接口NumberFactory以及抽象产品Number打交道：
NumberFactory factory = NumberFactory.getFactory();
Number result = factory.parse("123.456");调用方可以完全忽略真正的工厂NumberFactoryImpl和实际的产品BigDecimal，这样做的好处是允许创建产品的代码独立地变换，而不会影响到调用方。
一个简单的parse()需要写这么复杂的工厂吗？实际上大多数情况下我们并不需要抽象工厂，而是通过静态方法直接返回产品，即：
public class NumberFactory {
public static Number parse(String s) {
return new BigDecimal(s);
}
}简化的使用静态方法创建产品的方式称为静态工厂方法（Static Factory Method）。静态工厂方法广泛地应用在Java标准库中。例如：Integer n = Integer.valueOf(100); Integer既是产品又是静态工厂。它提供了静态方法valueOf()来创建Integer。这种方式和直接写new Integer(100)有何区别？观察valueOf()方法：
public final class Integer {
public static Integer valueOf(int i) {
if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
return new Integer(i);
}
...
}valueOf()内部可能会使用new创建一个新的Integer实例，但也可能直接返回一个缓存的Integer实例。对于调用方来说，没必要知道Integer创建的细节。工厂方法可以隐藏创建产品的细节，且不一定每次都会真正创建产品，完全可以返回缓存的产品，从而提升速度并减少内存消耗。
如果调用方直接使用Integer n = new Integer(100)，那么就失去了使用缓存优化的可能性。
我们经常使用的另一个静态工厂方法是List.of()：List<String> list = List.of("A", "B", "C"); 里氏替换原则：返回实现接口的任意子类都可以满足该方法的要求，且不影响调用方。
抽象工厂
提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
抽象工厂模式和工厂方法不太一样，它要解决的问题比较复杂，不但工厂是抽象的，产品是抽象的，而且有多个产品需要创建，因此，这个抽象工厂会对应到多个实际工厂，每个实际工厂负责创建多个实际产品：
这种模式有点类似于多个供应商负责提供一系列类型的产品。
假设我们希望为用户提供一个Markdown文本转换为HTML和Word的服务，它的接口定义如下：
public interface AbstractFactory {
// 创建Html文档:
HtmlDocument createHtml(String md);
// 创建Word文档:
WordDocument createWord(String md);
}HtmlDocument和WordDocument都比较复杂，不知如何实现，只有接口：
// Html文档接口:
public interface HtmlDocument {
String toHtml();
void save(Path path) throws IOException;
}
// Word文档接口:
public interface WordDocument {
void save(Path path) throws IOException;
}定义好了抽象工厂（AbstractFactory）以及两个抽象产品（HtmlDocument和WordDocument），让供应商来完成：FastDoc Soft和GoodDoc Soft。
FastDoc Soft的产品实现方式：FastDoc Soft必须要有实际的产品，即FastHtmlDocument和FastWordDocument：
//产品类
public class FastHtmlDocument implements HtmlDocument {
public String toHtml() {
...
}
public void save(Path path) throws IOException {
...
}
}
public class FastWordDocument implements WordDocument {
public void save(Path path) throws IOException {
...
}
}FastDoc Soft必须提供一个实际的工厂来生产这两种产品，即FastFactory：
//抽象类ABstractFactory的实现类
public class FastFactory implements AbstractFactory {
//抽象方法的具体实现
public HtmlDocument createHtml(String md) {
return new FastHtmlDocument(md);
}
public WordDocument createWord(String md) {
return new FastWordDocument(md);
}
}使用FastDoc Soft的服务了。客户端编写代码如下：
// 创建AbstractFactory，实际类型是FastFactory:
AbstractFactory factory = new FastFactory();
// 生成Html文档:
HtmlDocument html = factory.createHtml("#Hello\nHello, world!");
html.save(Paths.get(".", "fast.html"));
// 生成Word文档:
WordDocument word = factory.createWord("#Hello\nHello, world!");
word.save(Paths.get(".", "fast.doc"));客户端代码除了通过new创建了FastFactory或GoodFactory外，其余代码只引用了产品接口，并未引用任何实际产品（例如，FastHtmlDocument），如果把创建工厂的代码放到AbstractFactory中，就可以连实际工厂也屏蔽了：
public interface AbstractFactory {
public static AbstractFactory createFactory(String name) {
if (name.equalsIgnoreCase("fast")) {
return new FastFactory();
} else if (name.equalsIgnoreCase("good")) {
return new GoodFactory();
} else {
throw new IllegalArgumentException("Invalid factory name");
}
}
}
生成器
生成器模式（Builder）是使用多个“小型”工厂来最终创建出一个完整对象。
使用Builder：创建这个对象的步骤比较多，每个步骤都需要一个零部件，最终组合成一个完整的对象。
以Markdown转HTML为例（直接编写一个完整转换器比较困难，每一行语法不一样）。
把Markdown转HTML看作一行一行的转换，每一行根据语法，使用不同的转换器：
- 如果以#开头，使用HeadingBuilder转换；
- 如果以>开头，使用QuoteBuilder转换；
- 如果以—开头，使用HrBuilder转换；
- 其余使用ParagraphBuilder转换。
HtmlBuilder写出来如下：
public class HtmlBuilder {
private HeadingBuilder headingBuilder = new HeadingBuilder();
private HrBuilder hrBuilder = new HrBuilder();
private ParagraphBuilder paragraphBuilder = new ParagraphBuilder();
private QuoteBuilder quoteBuilder = new QuoteBuilder();
public String toHtml(String markdown) {
StringBuilder buffer = new StringBuilder();
markdown.lines().forEach(line -> {
if (line.startsWith("#")) {
buffer.append(headingBuilder.buildHeading(line)).append('\n');
} else if (line.startsWith(">")) {
buffer.append(quoteBuilder.buildQuote(line)).append('\n');
} else if (line.startsWith("---")) {
buffer.append(hrBuilder.buildHr(line)).append('\n');
} else {
buffer.append(paragraphBuilder.buildParagraph(line)).append('\n');
}
});
return buffer.toString();
}
}HtmlBuilder并不是一次性把整个Markdown转换为HTML，而是一行一行转换，并且，它自己并不会将某一行转换为特定的HTML，而是根据特性把每一行都“委托”给一个XxxBuilder去转换，最后，把所有转换的结果组合起来，返回给客户端。
只需要针对每一种类型编写不同的Builder。例如，针对以#开头的行，需要HeadingBuilder：
public class HeadingBuilder {
public String buildHeading(String line) {
int n = 0;
while (line.charAt(0) == '#') {
n++;
line = line.substring(1);
}
//一个#号就是<h1> </h1>
//两个#号就是<h2> </h2>
return String.format("<h%d>%s</h%d>", n, line.strip(), n);
}
}JavaMail的MimeMessage就可以看作是一个Builder模式，只不过Builder和最终产品合二为一，都是MimeMessage：
Multipart multipart = new MimeMultipart();
// 添加text:
BodyPart textpart = new MimeBodyPart();
textpart.setContent(body, "text/html;charset=utf-8");
multipart.addBodyPart(textpart);
// 添加image:
BodyPart imagepart = new MimeBodyPart();
imagepart.setFileName(fileName);
imagepart.setDataHandler(new DataHandler(new ByteArrayDataSource(input, "application/octet-stream")));
multipart.addBodyPart(imagepart);
MimeMessage message = new MimeMessage(session);
// 设置发送方地址:
message.setFrom(new InternetAddress("me@example.com"));
// 设置接收方地址:
message.setRecipient(Message.RecipientType.TO, new InternetAddress("xiaoming@somewhere.com"));
// 设置邮件主题:
message.setSubject("Hello", "UTF-8");
// 设置邮件内容为multipart:
message.setContent(multipart);原型
原型模式，即Prototype，是指创建新对象的时候，根据现有的一个原型来创建。
例如：从旧String[ ]数组创建出一个一模一样的String[ ]数组：
// 原型:
String[] original = { "Apple", "Pear", "Banana" };
// 新对象:
String[] copy = Arrays.copyOf(original, original.length);普通类实现原型拷贝——>实现Cloneable接口，覆写Object的clone()方法：
public class Student implements Cloneable {
private int id;
private String name;
private int score;
// 复制新对象并返回:
public Object clone() {
Student std = new Student();
std.id = this.id;
std.name = this.name;
std.score = this.score;
return std;
}
}使用的时候，因为clone()的方法签名是定义在Object中，返回类型也是Object，所以要强制转型，比较麻烦：
Student std1 = new Student();
std1.setId(123);
std1.setName("Bob");
std1.setScore(88);
// 复制新对象:强制转型成Student
Student std2 = (Student) std1.clone();
System.out.println(std1);
System.out.println(std2);
System.out.println(std1 == std2); // false，没有实现equals()方法，==判断的是内存地址值是否一致，明显不一致new了都使用原型模式更好的方式是定义一个copy()方法，返回明确的类型：
public class Student {
private int id;
private String name;
private int score;
public Student copy() {
Student std = new Student();
std.id = this.id;
std.name = this.name;
std.score = this.score;
return std;
}
}原型模式应用不是很广泛，因为很多实例会持有类似文件、Socket这样的资源，而这些资源是无法复制给另一个对象共享的，只有存储简单类型的“值”对象可以复制。
单例
单例模式（Singleton）的目的是为了保证在一个进程中，某个类有且仅有一个实例。
类只有一个实例，所以不能让调用方使用new Xyz()来创建实例。单例的构造方法必须是private，防止调用方自己创建实例，但是在类的内部，用一个静态字段来引用唯一创建的实例：
public class Singleton {
// 静态字段引用唯一实例:静态实例名称全大写
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
// private构造方法保证外部无法实例化:
private Singleton() {
}
}外部获得唯一实例：提供一个静态方法，直接返回实例：
public class Singleton {
// 静态字段引用唯一实例:
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
// 通过静态方法返回实例:
public static Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
// private构造方法保证外部无法实例化:
private Singleton() {
}
}或者也可以把INSTANCE字段设置成public，直接暴露给外部。
另一种实现Singleton的方式是利用Java的enum，因为Java保证枚举类的每个枚举都是单例，所以我们只需要编写一个只有一个枚举的类即可：
public enum World {
// 唯一枚举:
INSTANCE;
private String name = "world";
public String getName() {
return this.name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}枚举类也完全可以像其他类那样定义自己的字段、方法，这样上面这个World类在调用方看来就可以这么用：String name = World.INSTANCE.getName(); 使用枚举实现Singleton还避免了第一种方式实现Singleton的一个潜在问题：即序列化和反序列化会绕过普通类的private构造方法从而创建出多个实例，而枚举类就没有这个问题。
实际上，很多程序，尤其是Web程序，大部分服务类都应该被视作Singleton，如果全部按Singleton的写法写，会非常麻烦，所以，通常是通过约定让框架（例如Spring）来实例化这些类，保证只有一个实例，调用方自觉通过框架获取实例而不是new操作符：
@Component // 表示一个单例组件
public class MyService {
...
}除非确有必要，否则Singleton模式一般以“约定”为主，不会刻意实现它。Singleton模式既可以严格实现，也可以以约定的方式把普通类视作单例。
结构型模式
结构型模式主要涉及如何组合各种对象以便获得更好、更灵活的结构。结构型模式不仅仅简单地使用继承，而更多地通过组合与运行期的动态组合来实现更灵活的功能。
适配器
适配器模式是Adapter，也称Wrapper。
Task类，实现了Callable接口（多线程的内容）：
public class Task implements Callable<Long> {
private long num;
public Task(long num) {
this.num = num;
}
//求累加和1~num
public Long call() throws Exception {
long r = 0;
for (long n = 1; n <= this.num; n++) {
r = r + n;
}
System.out.println("Result: " + r);
return r;
}
}通过一个线程去执行它：
Callable<Long> callable = new Task(123450000L);
Thread thread = new Thread(callable); // compile error!
thread.start();编译不通过——Thread接收Runnable接口，但不接收Callable接口
解决方法一：改写Task类，把实现的Callable改为Runnable，不推荐。Task很可能在其他地方作为Callable被引用。
方法二：用一个Adapter，把这个Callable接口“变成”Runnable接口：
Callable<Long> callable = new Task(123450000L);
Thread thread = new Thread(new RunnableAdapter(callable));
thread.start();RunnableAdapter类就是Adapter，它接收一个Callable，输出一个Runnable：
public class RunnableAdapter implements Runnable {
// 引用待转换接口:
private Callable<?> callable;
public RunnableAdapter(Callable<?> callable) {
this.callable = callable;
}
// 实现指定接口:
public void run() {
// 将指定接口调用委托给转换接口调用:
try {
callable.call();
} catch (Exception e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
}编写一个Adapter的步骤如下：
- 实现目标接口，这里是Runnable；
- 内部持有一个待转换接口的引用，这里是通过字段持有Callable接口；
- 在目标接口的实现方法内部，调用待转换接口的方法。
这样一来，Thread就可以接收这个RunnableAdapter，因为它实现了Runnable接口。Thread作为调用方，它会调用RunnableAdapter的run()方法，在这个run()方法内部，又调用了Callable的call()方法，相当于Thread通过一层转换，间接调用了Callable的call()方法。
假设我们持有一个InputStream，希望调用readText(Reader)方法，但它的参数类型是Reader而不是InputStream，怎么办？
当然是使用适配器，把InputStream“变成”Reader：
InputStream input = Files.newInputStream(Paths.get("/path/to/file"));
Reader reader = new InputStreamReader(input, "UTF-8");
readText(reader);InputStreamReader就是Java标准库提供的Adapter，它负责把一个InputStream适配为Reader。类似的还有OutputStreamWriter。
桥接
将抽象部分与它的实现部分分离，使它们都可以独立地变化。
看例子理解：假设某个汽车厂商生产三种品牌的汽车：Big、Tiny和Boss，每种品牌又可以选择燃油、纯电和混合动力。如果用传统的继承来表示各个最终车型，一共有3个抽象类加9个最终子类：
如果要新增一个品牌，或者加一个新的引擎（比如核动力），那么子类的数量增长更快。
所以，桥接模式就是为了避免直接继承带来的子类爆炸。
在桥接模式中，首先把Car按品牌进行子类化，但是，每个品牌选择什么发动机，不再使用子类扩充，而是通过一个抽象的“修正”类，以组合的形式引入。（抽象类+接口）我们来看看具体的实现。
首先定义抽象类Car，它引用一个Engine：
public abstract class Car {
// 引用Engine:
protected Engine engine;
public Car(Engine engine) {
this.engine = engine;
}
public abstract void drive();
}Engine接口的定义如下：
public interface Engine {
void start();
}一个“修正”的抽象类RefinedCar中定义一些额外操作：
public abstract class RefinedCar extends Car {
public RefinedCar(Engine engine) {
super(engine);
}
public void drive() {
this.engine.start();
System.out.println("Drive " + getBrand() + " car...");
}
public abstract String getBrand();
}最终的不同品牌继承自RefinedCar，例如BossCar：
//把Car按照品牌进行子类化
public class BossCar extends RefinedCar {
public BossCar(Engine engine) {
super(engine);
}
public String getBrand() {
return "Boss";
}
}针对每一种引擎，继承自Engine，例如HybridEngine：
public class HybridEngine implements Engine {
public void start() {
System.out.println("Start Hybrid Engine...");
}
}客户端通过自己选择一个品牌，再配合一种引擎，得到最终的Car：
RefinedCar car = new BossCar(new HybridEngine());
car.drive();使用桥接模式的好处在于，如果要增加一种引擎，只需要针对Engine派生一个新的子类，如果要增加一个品牌，只需要针对RefinedCar派生一个子类，任何RefinedCar的子类都可以和任何一种Engine自由组合，即一辆汽车的两个维度：品牌和引擎都可以独立地变化。
桥接模式实现比较复杂，实际应用也非常少，但它提供的设计思想值得借鉴，即不要过度使用继承，而是优先拆分某些部件，使用组合的方式来扩展功能。
组合
将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
Composite模式使得叶子对象和容器对象具有一致性，从而形成统一的树形结构，并用一致的方式去处理它们。
在XML或HTML中，从根节点开始，每个节点都可能包含任意个其他节点，这些层层嵌套的节点就构成了一颗树。
像文件夹和文件、GUI窗口的各种组件，都符合Composite模式的定义，因为它们的结构天生就是层级结构。
装饰器
装饰器（Decorator）模式，是一种在运行期动态给某个对象的实例增加功能的方法。（比生成子类更灵活）
在IO的Filter模式中已经涉及到装饰器模式了。在Java标准库中，InputStream是抽象类，FileInputStream、ServletInputStream、Socket.getInputStream()这些InputStream都是最终数据源。
如果要给不同的最终数据源增加缓冲功能、计算签名功能、加密解密功能，那么，3个最终数据源、3种功能一共需要9个子类。如果继续增加最终数据源，或者增加新功能，子类会爆炸式增长，这种设计方式显然是不可取的。
Decorator模式的目的就是把一个一个的附加功能，用Decorator的方式给一层一层地累加到原始数据源上，最终，通过组合获得我们想要的功能。
例如：给FileInputStream增加缓冲和解压缩功能，用Decorator模式写出来如下：
// 创建原始的数据源:
InputStream fis = new FileInputStream("test.gz");
// 增加缓冲功能:
InputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
// 增加解压缩功能:
InputStream gis = new GZIPInputStream(bis);或者一次性写成这样：
InputStream input = new GZIPInputStream( // 第二层装饰
new BufferedInputStream( // 第一层装饰
new FileInputStream("test.gz") // 核心功能
));BufferedInputStream和GZIPInputStream，它们都是从FilterInputStream继承的，这个FilterInputStream就是一个抽象的Decorator。
图解Decoratro模式：
假设我们需要渲染一个HTML的文本，但是文本还可以附加一些效果，比如加粗、变斜体、加下划线等。为了实现动态附加效果，可以采用Decorator模式。
定义顶层接口TextNode：
public interface TextNode {
// 设置text:
void setText(String text);
// 获取text:
String getText();
}对于核心节点，例如，从TextNode直接继承：
public class SpanNode implements TextNode {
private String text;
public void setText(String text) {
this.text = text;
}
public String getText() {
return "<span>" + text + "</span>";
}
}抽象的Decorator类用来实现Decorator模式：
public abstract class NodeDecorator implements TextNode {
protected final TextNode target;
protected NodeDecorator(TextNode target) {
this.target = target;
}
public void setText(String text) {
this.target.setText(text);
}
}NodeDecorator类的核心是持有一个TextNode，即将要把功能附加到的TextNode实例。接下来就可以写一个加粗功能：
public class BoldDecorator extends NodeDecorator {
public BoldDecorator(TextNode target) {
//调用父类构造方法
super(target);
}
public String getText() {
return "<b>" + target.getText() + "</b>";
}
}类似的，可以继续加ItalicDecorator、UnderlineDecorator等。客户端可以自由组合这些Decorator：
TextNode n1 = new SpanNode();
TextNode n2 = new BoldDecorator(new UnderlineDecorator(new SpanNode()));
TextNode n3 = new ItalicDecorator(new BoldDecorator(new SpanNode()));
n1.setText("Hello");
n2.setText("Decorated");
n3.setText("World");
System.out.println(n1.getText());
// 输出<span>Hello</span>
System.out.println(n2.getText());
// 输出<b><u><span>Decorated</span></u></b>
System.out.println(n3.getText());
// 输出<i><b><span>World</span></b></i>使用Decorator模式，可以独立增加核心功能，也可以独立增加附加功能，二者互不影响；
可以在运行期动态地给核心功能增加任意个附加功能。
外观
外观模式，即Facade，基本思想：
如果客户端要跟许多子系统打交道，那么客户端需要了解各个子系统的接口，比较麻烦。如果有一个统一的“中介”，让客户端只跟中介打交道，中介再去跟各个子系统打交道，对客户端来说就比较简单。所以Facade就相当于搞了一个中介。
// 工商注册:
public class AdminOfIndustry {
public Company register(String name) {
...
}
}
// 银行开户:
public class Bank {
public String openAccount(String companyId) {
...
}
}
// 纳税登记:
public class Taxation {
public String applyTaxCode(String companyId) {
...
}
}子系统比较复杂，并且客户对流程也不熟悉，那就把这些流程全部委托给中介：
public class Facade {
public Company openCompany(String name) {
Company c = this.admin.register(name);
String bankAccount = this.bank.openAccount(c.getId());
c.setBankAccount(bankAccount);
String taxCode = this.taxation.applyTaxCode(c.getId());
c.setTaxCode(taxCode);
return c;
}
}这样，客户端只跟Facade打交道，一次完成公司注册的所有繁琐流程：Company c = facade.openCompany("Facade Software Ltd.");
很多Web程序，内部有多个子系统提供服务，经常使用一个统一的Facade入口，例如一个RestApiController，使得外部用户调用的时候，只关心Facade提供的接口，不用管内部到底是哪个子系统处理的。
更复杂的Web程序，会有多个Web服务，这个时候，经常会使用一个统一的网关入口来自动转发到不同的Web服务，这种提供统一入口的网关就是Gateway，它本质上也是一个Facade，但可以附加一些用户认证、限流限速的额外服务。
小结
Facade模式是为了给客户端提供一个统一入口，并对外屏蔽内部子系统的调用细节。
享元
享元（Flyweight）的核心思想很简单：如果一个对象实例一经创建就不可变，那么反复创建相同的实例就没有必要，直接向调用方返回一个共享的实例就行，这样即节省内存，又可以减少创建对象的过程，提高运行速度。
享元模式在Java标准库中有很多应用。包装类型如Byte、Integer都是不变类，因此，反复创建同一个值相同的包装类型是没有必要的。以Integer为例，如果我们通过Integer.valueOf()这个静态工厂方法创建Integer实例，当传入的int范围在-128~+127之间时，会直接返回缓存的Integer实例：
//享元模式
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Integer n1 = Integer.valueOf(100);
Integer n2 = Integer.valueOf(100);
System.out.println(n1 == n2); // true
}
}对于Byte来说，因为它一共只有256个状态，所以，通过Byte.valueOf()创建的Byte实例，全部都是缓存对象。
享元模式就是通过工厂方法创建对象，在工厂方法内部，很可能返回缓存的实例，而不是新创建实例，从而实现不可变实例的复用。
使用工厂方法而不是new操作符创建实例，可获得享元模式的好处。
在实际应用中，享元模式主要应用于缓存，即客户端如果重复请求某些对象，不必每次查询数据库或者读取文件，而是直接返回内存中缓存的数据。
以Student为例，设计一个静态工厂方法，它在内部可以返回缓存的对象：
public class Student {
// 持有缓存:
private static final Map<String, Student> cache = new HashMap<>();
// 静态工厂方法:
public static Student create(int id, String name) {
String key = id + "\n" + name;
// 先查找缓存:
Student std = cache.get(key);
if (std == null) {
// 未找到,创建新对象:
System.out.println(String.format("create new Student(%s, %s)", id, name));
std = new Student(id, name);
// 放入缓存:
cache.put(key, std);
} else {
// 缓存中存在:
System.out.println(String.format("return cached Student(%s, %s)", std.id, std.name));
}
return std;
}
private final int id;
private final String name;
public Student(int id, String name) {
this.id = id;
this.name = name;
}
}在实际应用中，我们经常使用成熟的缓存库，例如Guava的Cache，因为它提供了最大缓存数量限制、定时过期等实用功能。
代理
代理模式，即Proxy，它和Adapter模式很类似。Adapter模式，用于把A接口转换为B接口。代理模式，即Proxy，它和Adapter模式很类似。我们先回顾Adapter模式，它用于把A接口转换为B接口：
public AProxy implements A {
private A a;
public AProxy(A a) {
this.a = a;
}
public void a() {
//实现了权限检查，只有符合要求的用户，才会真正调用目标方法，否则，会直接抛出异常。
if (getCurrentUser().isRoot()) {
this.a.a();
} else {
throw new SecurityException("Forbidden");
}
}
}用Proxy实现这个权限检查，我们可以获得更清晰、更简洁的代码：
- A接口：只定义接口；
- ABusiness类：只实现A接口的业务逻辑；
- APermissionProxy类：只实现A接口的权限检查代理。
如果我们希望编写其他类型的代理，可以继续增加类似ALogProxy，而不必对现有的A接口、ABusiness类进行修改。
实际上权限检查只是代理模式的一种应用。Proxy还广泛应用在：
远程代理
远程代理即Remote Proxy，本地的调用者持有的接口实际上是一个代理，这个代理负责把对接口的方法访问转换成远程调用，然后返回结果。Java内置的RMI机制就是一个完整的远程代理模式。
虚代理
虚代理即Virtual Proxy，它让调用者先持有一个代理对象，但真正的对象尚未创建。如果没有必要，这个真正的对象是不会被创建的，直到客户端需要真的必须调用时，才创建真正的对象。JDBC的连接池返回的JDBC连接（Connection对象）就可以是一个虚代理，即获取连接时根本没有任何实际的数据库连接，直到第一次执行JDBC查询或更新操作时，才真正创建实际的JDBC连接。
保护代理
保护代理即Protection Proxy，它用代理对象控制对原始对象的访问，常用于鉴权。
智能引用
智能引用即Smart Reference，它也是一种代理对象，如果有很多客户端对它进行访问，通过内部的计数器可以在外部调用者都不使用后自动释放它。
除了第一次打开了一个真正的JDBC Connection，后续获取的Connection实际上是同一个JDBC Connection。但是，对于调用方来说，完全不需要知道底层做了哪些优化。
我们实际使用的DataSource，例如HikariCP，都是基于代理模式实现的，原理同上，但增加了更多的如动态伸缩的功能（一个连接空闲一段时间后自动关闭）。
有的童鞋会发现Proxy模式和Decorator模式有些类似。确实，这两者看起来很像，但区别在于：Decorator模式让调用者自己创建核心类，然后组合各种功能，而Proxy模式决不能让调用者自己创建再组合，否则就失去了代理的功能。Proxy模式让调用者认为获取到的是核心类接口，但实际上是代理类。
行为型模式
行为型模式主要涉及算法和对象间的职责分配。
责任链
责任链模式（Chain of Responsibility）是一种处理请求的模式，它让多个处理器都有机会处理该请求，直到其中某个处理成功为止。责任链模式把多个处理器串成链，然后让请求在链上传递：
在实际场景中，财务审批就是一个责任链模式。假设某个员工需要报销一笔费用，审核者可以分为：
Manager：只能审核1000元以下的报销；
Director：只能审核10000元以下的报销；
CEO：可以审核任意额度。
用责任链模式设计此报销流程时，每个审核者只关心自己责任范围内的请求，并且处理它。对于超出自己责任范围的，扔给下一个审核者处理，这样，将来继续添加审核者的时候，不用改动现有逻辑。
实现责任链模式，首先抽象出请求对象，它在责任链上传递：
public class Request {
private String name;
private BigDecimal amount;
public Request(String name, BigDecimal amount) {
this.name = name;
this.amount = amount;
}
public String getName() {
return name;
}
public BigDecimal getAmount() {
return amount;
}
}然后抽象出处理器：
public interface Handler {
// 返回Boolean.TRUE = 成功
// 返回Boolean.FALSE = 拒绝
// 返回null = 交下一个Hander处理
Boolean process(Request request);
}然后，依次编写ManagerHandler、DirectorHandler和CEOHandler。以ManagerHandler为例：
public class ManagerHandler implements Handler {
public Boolean process(Request request) {
// 如果超过1000元，处理不了，交下一个处理:
if (request.getAmount().compareTo(BigDecimal.valueOf(1000)) > 0) {
return null;
}
// 对Bob有偏见:
return !request.getName().equalsIgnoreCase("bob");
}
}有了不同的Handler后，再把这些Handler组合起来，变成一个链，并通过一个统一入口处理：
public class HandlerChain {
// 持有所有Handler:
private List<Handler> handlers = new ArrayList<>();
public void addHandler(Handler handler) {
this.handlers.add(handler);
}
public boolean process(Request request) {
// 依次调用每个Handler:
for (Handler handler : handlers) {
Boolean r = handler.process(request);
if (r != null) {
// 如果返回TRUE或FALSE，处理结束:true的话Arrpoved false的话Denied
System.out.println(request + " " + (r ? "Approved by " : "Denied by ") + handler.getClass().getSimpleName());
return r;
}
}
throw new RuntimeException("Could not handle request: " + request);
}
}在客户端组装出责任链，然后用责任链来处理请求：
// 构造责任链:
HandlerChain chain = new HandlerChain();
chain.addHandler(new ManagerHandler());
chain.addHandler(new DirectorHandler());
chain.addHandler(new CEOHandler());
// 处理请求:
chain.process(new Request("Bob", new BigDecimal("123.45")));
chain.process(new Request("Alice", new BigDecimal("1234.56")));
chain.process(new Request("Bill", new BigDecimal("12345.67")));
chain.process(new Request("John", new BigDecimal("123456.78")));责任链模式有很多变种。有些责任链的实现方式是通过某个Handler手动调用下一个Handler来传递Request，例如：
public class AHandler implements Handler {
private Handler next;
public void process(Request request) {
if (!canProcess(request)) {
// 手动交给下一个Handler处理:
next.process(request);
} else {
...
}
}
}还有一些责任链模式，每个Handler都有机会处理Request，通常这种责任链被称为拦截器（Interceptor）或者过滤器（Filter），它的目的不是找到某个Handler处理掉Request，而是每个Handler都做一些工作，比如：
记录日志；检查权限；准备相关资源；……
例如，JavaEE的Servlet规范定义的Filter就是一种责任链模式，它不但允许每个Filter都有机会处理请求，还允许每个Filter决定是否将请求“放行”给下一个Filter：
public class AuditFilter implements Filter {
public void doFilter(ServletRequest req, ServletResponse resp, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {
log(req);
if (check(req)) {
// 放行:
chain.doFilter(req, resp);
} else {
// 拒绝:
sendError(resp);
}
}
}这种模式不但允许一个Filter自行决定处理ServletRequest和ServletResponse，还可以“伪造”ServletRequest和ServletResponse以便让下一个Filter处理，能实现非常复杂的功能。
命令
命令模式（Command）是指，把请求封装成一个命令，然后执行该命令。
以一个编辑器为例子，看看如何实现简单的编辑操作：
public class TextEditor {
//用一个StringBuilder模拟一个文本编辑器
private StringBuilder buffer = new StringBuilder();
public void copy() {
...
}
public void paste() {
String text = getFromClipBoard();
add(text);
}
public void add(String s) {
buffer.append(s);
}
public void delete() {
if (buffer.length() > 0) {
buffer.deleteCharAt(buffer.length() - 1);
}
}
public String getState() {
return buffer.toString();
}
}正常情况下调用TextEditor：
TextEditor editor = new TextEditor();
editor.add("Command pattern in text editor.\n");
editor.copy();
editor.paste();
System.out.println(editor.getState());直接调用方法，调用方需要了解TextEditor的所有接口信息。如果改用命令模式，我们就要把调用方发送命令和执行方执行命令分开。解决方案是引入一个Command接口：
public interface Command {
void execute();
}调用方创建一个对应的Command，然后执行，并不关心内部是如何具体执行的。
为了支持CopyCommand和PasteCommand这两个命令，我们从Command接口派生：
public class CopyCommand implements Command {
// 持有执行者对象:
private TextEditor receiver;
public CopyCommand(TextEditor receiver) {
this.receiver = receiver;
}
public void execute() {
receiver.copy();
}
}
public class PasteCommand implements Command {
private TextEditor receiver;
public PasteCommand(TextEditor receiver) {
this.receiver = receiver;
}
public void execute() {
receiver.paste();
}
}把Command和TextEditor组装一下，客户端这么写：
TextEditor editor = new TextEditor();
editor.add("Command pattern in text editor.\n");
// 执行一个CopyCommand:
Command copy = new CopyCommand(editor);
copy.execute();
editor.add("----\n");
// 执行一个PasteCommand:
Command paste = new PasteCommand(editor);
paste.execute();
System.out.println(editor.getState());
使用命令模式，确实增加了系统的复杂度。如果需求很简单，那么直接调用显然更直观而且更简单。如果TextEditor复杂到一定程度，并且需要支持Undo、Redo的功能时，就需要使用命令模式，因为我们可以给每个命令增加undo()：
public interface Command {
void execute();
void undo();
}把执行的一系列命令用List保存起来，就既能支持Undo，又能支持Redo。这个时候，我们又需要一个Invoker对象，负责执行命令并保存历史命令：
模式带来的设计复杂度的增加是随着需求而增加的，它减少的是系统各组件的耦合度。
解释器
类比编译原理的词法分析器
解释器模式（Interpreter）是一种针对特定问题设计的一种解决方案。例如，匹配字符串的时候，由于匹配条件非常灵活，使得通过代码来实现非常不灵活。因此，需要一种通用的表示方法——正则表达式来进行匹配。正则表达式就是一个字符串，但要把正则表达式解析为语法树，然后再匹配指定的字符串，就需要一个解释器。实现一个完整的正则表达式的解释器非常复杂，但是使用解释器模式却很简单：
String s = "+861012345678";
System.out.println(s.matches("^\\+\\d+$"));类似的，当我们使用JDBC时，执行的SQL语句虽然是字符串，但最终需要数据库服务器的SQL解释器来把SQL“翻译”成数据库服务器能执行的代码，这个执行引擎也非常复杂，但对于使用者来说，仅仅需要写出SQL字符串即可。
迭代器
迭代器模式（Iterator）实际上在Java的集合类中已经广泛使用了。我们以List为例，要遍历ArrayList，即使我们知道它的内部存储了一个Object[]数组，也不应该直接使用数组索引去遍历，因为这样需要了解集合内部的存储结构。如果使用Iterator遍历，那么，ArrayList和LinkedList都可以以一种统一的接口来遍历：
List<String> list = ...
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
String s = it.next();
}实际上，因为Iterator模式十分有用，因此，Java允许我们直接把任何支持Iterator的集合对象用foreach循环写出来：
List<String> list = ...
for (String s : list) {
}如何实现一个Iterator模式？以一个自定义的集合为例，通过Iterator模式实现倒序遍历：
public class ReverseArrayCollection<T> implements Iterable<T> {
// 以数组形式持有集合:
private T[] array;
public ReverseArrayCollection(T... objs) {
this.array = Arrays.copyOfRange(objs, 0, objs.length);
}
public Iterator<T> iterator() {
return ???;
}
}实现Iterator模式的关键是返回一个Iterator对象，该对象知道集合的内部结构，因为它可以实现倒序遍历。使用Java的内部类实现这个Iterator：
public class ReverseArrayCollection<T> implements Iterable<T> {
private T[] array;
public ReverseArrayCollection(T... objs) {
this.array = Arrays.copyOfRange(objs, 0, objs.length);
}
public Iterator<T> iterator() {
return new ReverseIterator();
}
class ReverseIterator implements Iterator<T> {
// 索引位置:
int index;
public ReverseIterator() {
// 创建Iterator时,索引在数组末尾:
this.index = ReverseArrayCollection.this.array.length;
}
public boolean hasNext() {
// 如果索引大于0,那么可以移动到下一个元素(倒序往前移动):
return index > 0;
}
public T next() {
// 将索引移动到下一个元素并返回(倒序往前移动):
index--;
return array[index];
}
}
}使用内部类的好处是内部类隐含地持有一个它所在对象的this引用，可以通过ReverseArrayCollection.this引用到它所在的集合。上述代码实现的逻辑非常简单，但是实际应用时，如果考虑到多线程访问，当一个线程正在迭代某个集合，而另一个线程修改了集合的内容时，是否能继续安全地迭代，还是抛出ConcurrentModificationException，就需要更仔细地设计。
中介
中介模式（Mediator）又称调停者模式，它的目的是把多方会谈变成双方会谈，从而实现多方的松耦合。看例子
它的复杂性在于，当多选框变化时，它会影响“选择全部”和“取消所有”按钮的状态（是否可点击），当用户点击某个按钮时，例如“反选”，除了会影响多选框的状态，它又可能影响“选择全部”和“取消所有”按钮的状态。
这是一个多方会谈，逻辑写起来很复杂：
引入一个中介，把多方会谈变成多个双方会谈，虽然多了一个对象，但对象之间的关系就变简单了：
用中介模式来实现各个UI组件的交互。首先把UI组件给画出来：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
new OrderFrame("Hanburger", "Nugget", "Chip", "Coffee");
}
}
class OrderFrame extends JFrame {
public OrderFrame(String... names) {
setTitle("Order");
setSize(460, 200);
setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
Container c = getContentPane();
c.setLayout(new FlowLayout(FlowLayout.LEADING, 20, 20));
c.add(new JLabel("Use Mediator Pattern"));
List<JCheckBox> checkboxList = addCheckBox(names);
JButton selectAll = addButton("Select All");
JButton selectNone = addButton("Select None");
selectNone.setEnabled(false);
JButton selectInverse = addButton("Inverse Select");
new Mediator(checkBoxList, selectAll, selectNone, selectInverse);
setVisible(true);
}
private List<JCheckBox> addCheckBox(String... names) {
JPanel panel = new JPanel();
panel.add(new JLabel("Menu:"));
List<JCheckBox> list = new ArrayList<>();
for (String name : names) {
JCheckBox checkbox = new JCheckBox(name);
list.add(checkbox);
panel.add(checkbox);
}
getContentPane().add(panel);
return list;
}
private JButton addButton(String label) {
JButton button = new JButton(label);
getContentPane().add(button);
return button;
}
}设计一个Mediator类，它引用4个UI组件，并负责跟它们交互：
public class Mediator {
// 引用UI组件:
private List<JCheckBox> checkBoxList;
private JButton selectAll;
private JButton selectNone;
private JButton selectInverse;
public Mediator(List<JCheckBox> checkBoxList, JButton selectAll, JButton selectNone, JButton selectInverse) {
this.checkBoxList = checkBoxList;
this.selectAll = selectAll;
this.selectNone = selectNone;
this.selectInverse = selectInverse;
// 绑定事件:
this.checkBoxList.forEach(checkBox -> {
checkBox.addChangeListener(this::onCheckBoxChanged);
});
this.selectAll.addActionListener(this::onSelectAllClicked);
this.selectNone.addActionListener(this::onSelectNoneClicked);
this.selectInverse.addActionListener(this::onSelectInverseClicked);
}
// 当checkbox有变化时:
public void onCheckBoxChanged(ChangeEvent event) {
boolean allChecked = true;
boolean allUnchecked = true;
for (var checkBox : checkBoxList) {
if (checkBox.isSelected()) {
allUnchecked = false;
} else {
allChecked = false;
}
}
selectAll.setEnabled(!allChecked);
selectNone.setEnabled(!allUnchecked);
}
// 当点击select all:
public void onSelectAllClicked(ActionEvent event) {
checkBoxList.forEach(checkBox -> checkBox.setSelected(true));
selectAll.setEnabled(false);
selectNone.setEnabled(true);
}
// 当点击select none:
public void onSelectNoneClicked(ActionEvent event) {
checkBoxList.forEach(checkBox -> checkBox.setSelected(false));
selectAll.setEnabled(true);
selectNone.setEnabled(false);
}
// 当点击select inverse:
public void onSelectInverseClicked(ActionEvent event) {
checkBoxList.forEach(checkBox -> checkBox.setSelected(!checkBox.isSelected()));
onCheckBoxChanged(null);
}
}
使用Mediator模式后，我们得到了以下好处：
1.各个UI组件互不引用，这样就减少了组件之间的耦合关系；
2.Mediator用于当一个组件发生状态变化时，根据当前所有组件的状态决定更新某些组件；
3.如果新增一个UI组件，我们只需要修改Mediator更新状态的逻辑，现有的其他UI组件代码不变。
Mediator模式经常用在有众多交互组件的UI上。为了简化UI程序，MVC模式以及MVVM模式都可以看作是Mediator模式的扩展。
备忘录
类比计算机组成原理函数调用保存堆栈状态
备忘录模式（Memento），主要用于捕获一个对象的内部状态，以便在将来的某个时候恢复此状态。
我们使用的几乎所有软件都用到了备忘录模式。最简单的备忘录模式就是保存到文件，打开文件。对于文本编辑器来说，保存就是把TextEditor类的字符串存储到文件，打开就是恢复TextEditor类的状态。对于图像编辑器来说，原理是一样的，只是保存和恢复的数据格式比较复杂而已。Java的序列化也可以看作是备忘录模式。
在使用文本编辑器的时候，我们还经常使用Undo、Redo这些功能。这些其实也可以用备忘录模式实现，即不定期地把TextEditor类的字符串复制一份存起来，这样就可以Undo或Redo。
观察者
定义对象间的一种一对多的依赖关系，当一个对象的状态发生改变时，所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。
观察者模式（Observer）又称发布-订阅模式（Publish-Subscribe：Pub/Sub）。它是一种通知机制，让发送通知的一方（被观察方）和接收通知的一方（观察者）能彼此分离，互不影响。
看例子理解观察者模式：
假设一个电商网站，有多种Product（商品），同时，Customer（消费者）和Admin（管理员）对商品上架、价格改变都感兴趣，希望能第一时间获得通知。于是，Store（商场）可以这么写：
public class Store {
Customer customer;
Admin admin;
private Map<String, Product> products = new HashMap<>();
public void addNewProduct(String name, double price) {
Product p = new Product(name, price);
products.put(p.getName(), p);
// 通知用户:
customer.onPublished(p);
// 通知管理员:
admin.onPublished(p);
}
public void setProductPrice(String name, double price) {
Product p = products.get(name);
p.setPrice(price);
// 通知用户:
customer.onPriceChanged(p);
// 通知管理员:
admin.onPriceChanged(p);
}
}上述Store类的问题：它直接引用了Customer和Admin。先不考虑多个Customer或多个Admin的问题，上述Store类最大的问题是，如果要加一个新的观察者类型，例如工商局管理员，Store类就必须继续改动。
上述问题的本质是Store希望发送通知给那些关心Product的对象，但Store并不想知道这些人是谁。观察者模式就是要分离被观察者和观察者之间的耦合关系。实现方式：Store不能直接引用Customer和Admin，相反，它引用一个ProductObserver接口，任何人想要观察Store，只要实现该接口，并且把自己注册到Store即可：
public class Store {
private List<ProductObserver> observers = new ArrayList<>();
private Map<String, Product> products = new HashMap<>();
// 注册观察者:
public void addObserver(ProductObserver observer) {
this.observers.add(observer);
}
// 取消注册:
public void removeObserver(ProductObserver observer) {
this.observers.remove(observer);
}
public void addNewProduct(String name, double price) {
Product p = new Product(name, price);
products.put(p.getName(), p);
// 通知观察者:
observers.forEach(o -> o.onPublished(p));
}
public void setProductPrice(String name, double price) {
Product p = products.get(name);
p.setPrice(price);
// 通知观察者:
observers.forEach(o -> o.onPriceChanged(p));
}
}小小的改动，使得观察者类型就可以无限扩充，而且，观察者的定义可以放到客户端：
// observer:
Admin a = new Admin();
Customer c = new Customer();
// store:
Store store = new Store();
// 注册观察者:
store.addObserver(a);
store.addObserver(c);甚至可以注册匿名观察者：
store.addObserver(new ProductObserver() {
public void onPublished(Product product) {
System.out.println("[Log] on product published: " + product);
}
public void onPriceChanged(Product product) {
System.out.println("[Log] on product price changed: " + product);
}
});
广义的观察者模式包括所有消息系统。所谓消息系统，就是把观察者和被观察者完全分离，通过消息系统本身来通知
消息发送方称为Producer，消息接收方称为Consumer，Producer发送消息的时候，必须选择发送到哪个Topic。Consumer可以订阅自己感兴趣的Topic，从而只获得特定类型的消息。
使用消息系统实现观察者模式时，Producer和Consumer甚至经常不在同一台机器上，并且双方对对方完全一无所知，因为注册观察者这个动作本身都在消息系统中完成，而不是在Producer内部完成。
状态
允许一个对象在其内部状态改变时改变它的行为。对象看起来似乎修改了它的类。
状态模式（State）经常用在带有状态的对象中。
定义一个enum就可以表示不同的状态。但不同的状态需要对应不同的行为，比如收到消息时：
if (state == ONLINE) {
// 闪烁图标
} else if (state == BUSY) {
reply("现在忙，稍后回复");
} else if ...状态模式的目的是为了把上述一大串if…else…的逻辑给分拆到不同的状态类中，使得将来增加状态比较容易。
例如，我们设计一个聊天机器人，它有两个状态：未连线；已连线。对于未连线状态，我们收到消息也不回复：
public class DisconnectedState implements State {
public String init() {
return "Bye!";
}
public String reply(String input) {
return "";
}
}对于已连线状态，我们回应收到的消息：
public class ConnectedState implements State {
public String init() {
return "Hello, I'm Bob.";
}
public String reply(String input) {
if (input.endsWith("?")) {
return "Yes. " + input.substring(0, input.length() - 1) + "!";
}
if (input.endsWith(".")) {
return input.substring(0, input.length() - 1) + "!";
}
return input.substring(0, input.length() - 1) + "?";
}
}状态模式的关键设计思想在于状态切换，引入一个BotContext完成状态切换：
public class BotContext {
private State state = new DisconnectedState();
public String chat(String input) {
if ("hello".equalsIgnoreCase(input)) {
// 收到hello切换到在线状态:
state = new ConnectedState();
return state.init();
} else if ("bye".equalsIgnoreCase(input)) {
/ 收到bye切换到离线状态:
state = new DisconnectedState();
return state.init();
}
return state.reply(input);
}
}一个价值千万的AI聊天机器人就诞生了：
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
BotContext bot = new BotContext();
for (;;) {
System.out.print("> ");
String input = scanner.nextLine();
String output = bot.chat(input);
System.out.println(output.isEmpty() ? "(no reply)" : "< " + output);
}
策略
策略模式：Strategy，是指，定义一组算法，并把其封装到一个对象中。然后在运行时，可以灵活的使用其中的一个算法。
策略模式在Java标准库中应用非常广泛，以排序为例，看看如何通过Arrays.sort()实现忽略大小写排序：
import java.util.Arrays;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
String[] array = { "apple", "Pear", "Banana", "orange" };
Arrays.sort(array, String::compareToIgnoreCase);
System.out.println(Arrays.toString(array));
}
}想忽略大小写排序，就传入String::compareToIgnoreCase，如果我们想倒序排序，就传入(s1, s2) -> -s1.compareTo(s2)，这个比较两个元素大小的算法就是策略。
们观察Arrays.sort(T[] a, Comparator<? super T> c)这个排序方法，它在内部实现了TimSort排序，但是，排序算法在比较两个元素大小的时候，需要借助我们传入的Comparator对象，才能完成比较。因此，这里的策略是指比较两个元素大小的策略，可以是忽略大小写比较，可以是倒序比较，也可以根据字符串长度比较。
上述排序使用到了策略模式，它实际上指，在一个方法中，流程是确定的，但是，某些关键步骤的算法依赖调用方传入的策略，这样，传入不同的策略，即可获得不同的结果，大大增强了系统的灵活性。
一个完整的策略模式要定义策略以及使用策略的上下文。我们以购物车结算为例，假设网站针对普通会员、Prime会员有不同的折扣，同时活动期间还有一个满100减20的活动，这些就可以作为策略实现。先定义打折策略接口：
public interface DiscountStrategy {
// 计算折扣额度:
//BigDecimal大小数类，用于高精度计算
BigDecimal getDiscount(BigDecimal total);
}实现各种策略。普通用户策略如下：
public class UserDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
public BigDecimal getDiscount(BigDecimal total) {
// 普通会员打九折:
return total.multiply(new BigDecimal("0.1")).setScale(2, RoundingMode.DOWN);
}
}满减策略如下：
public class OverDiscountStrategy implements DiscountStrategy {
public BigDecimal getDiscount(BigDecimal total) {
// 满100减20优惠:
return total.compareTo(BigDecimal.valueOf(100)) >= 0 ? BigDecimal.valueOf(20) : BigDecimal.ZERO;
}
}要应用策略，我们需要一个DiscountContext：
public class DiscountContext {
// 持有某个策略:
private DiscountStrategy strategy = new UserDiscountStrategy();
// 允许客户端设置新策略:
public void setStrategy(DiscountStrategy strategy) {
this.strategy = strategy;
}
//计算折后价
public BigDecimal calculatePrice(BigDecimal total) {
return total.subtract(this.strategy.getDiscount(total)).setScale(2);
}
}调用方必须首先创建一个DiscountContext，并指定一个策略（或者使用默认策略），即可获得折扣后的价格：
DiscountContext ctx = new DiscountContext();
// 默认使用普通会员折扣:
BigDecimal pay1 = ctx.calculatePrice(BigDecimal.valueOf(105));
System.out.println(pay1);
// 使用满减折扣:
ctx.setStrategy(new OverDiscountStrategy());
BigDecimal pay2 = ctx.calculatePrice(BigDecimal.valueOf(105));
System.out.println(pay2);
// 使用Prime会员折扣:
ctx.setStrategy(new PrimeDiscountStrategy());
BigDecimal pay3 = ctx.calculatePrice(BigDecimal.valueOf(105));
System.out.println(pay3);
模板方法
模板方法（Template Method）是一个比较简单的模式。它的主要思想是，定义一个操作的一系列步骤，对于某些暂时确定不下来的步骤，就留给子类去实现好了，这样不同的子类就可以定义出不同的步骤。
假设开发了一个从数据库读取设置的类：
public class Setting {
public final String getSetting(String key) {
String value = readFromDatabase(key);
return value;
}
private String readFromDatabase(String key) {
// TODO: 从数据库读取
}
}由于从数据库读取数据较慢，可以考虑把读取的设置缓存起来，这样下一次读取同样的key就不必再访问数据库了。但是怎么实现缓存，暂时没想好，但不妨碍我们先写出使用缓存的代码：
public class Setting {
public final String getSetting(String key) {
// 先从缓存读取:
String value = lookupCache(key);
if (value == null) {
// 在缓存中未找到,从数据库读取:
value = readFromDatabase(key);
System.out.println("[DEBUG] load from db: " + key + " = " + value);
// 放入缓存:
putIntoCache(key, value);
} else {
System.out.println("[DEBUG] load from cache: " + key + " = " + value);
}
return value;
}
}lookupCache(key)和putIntoCache(key, value)这两个方法没有实现编译不会通过——声明抽象方法：
public abstract class AbstractSetting {
public final String getSetting(String key) {
String value = lookupCache(key);
if (value == null) {
value = readFromDatabase(key);
putIntoCache(key, value);
}
return value;
}
protected abstract String lookupCache(String key);
protected abstract void putIntoCache(String key, String value);
}声明了抽象方法，自然整个类也必须是抽象类。如何实现lookupCache(key)和putIntoCache(key, value)这两个方法就交给子类了。子类并不关心核心代码getSetting(key)的逻辑，只需要关心如何完成两个子任务就可以了。
假设我们希望用一个Map做缓存，那么可以写一个LocalSetting：
public class LocalSetting extends AbstractSetting {
private Map<String, String> cache = new HashMap<>();
protected String lookupCache(String key) {
return cache.get(key);
}
protected void putIntoCache(String key, String value) {
cache.put(key, value);
}
}使用Redis做缓存，那么可以再写一个RedisSetting：
public class RedisSetting extends AbstractSetting {
private RedisClient client = RedisClient.create("redis://localhost:6379");
protected String lookupCache(String key) {
try (StatefulRedisConnection<String, String> connection = client.connect()) {
RedisCommands<String, String> commands = connection.sync();
return commands.get(key);
}
}
protected void putIntoCache(String key, String value) {
try (StatefulRedisConnection<String, String> connection = client.connect()) {
RedisCommands<String, String> commands = connection.sync();
commands.set(key, value);
}
}客户端代码使用本地缓存的代码这么写：
AbstractSetting setting1 = new LocalSetting();
System.out.println("test = " + setting1.getSetting("test"));
System.out.println("test = " + setting1.getSetting("test"));要改成Redis缓存，只需要把LocalSetting替换为RedisSetting：
AbstractSetting setting2 = new RedisSetting();
System.out.println("autosave = " + setting2.getSetting("autosave"));
System.out.println("autosave = " + setting2.getSetting("autosave"));模板方法的核心思想是：父类定义骨架，子类实现某些细节。
为了防止子类重写父类的骨架方法，可以在父类中对骨架方法使用final。对于需要子类实现的抽象方法，一般声明为protected，使得这些方法对外部客户端不可见。
访问者
访问者模式（Visitor）是一种操作一组对象的操作，它的目的是不改变对象的定义，但允许新增不同的访问者，来定义新的操作。
访问者模式的设计比较复杂，查看GoF原始的访问者模式，它是这么设计的：
上述模式的复杂之处在于上述访问者模式为了实现所谓的“双重分派”，设计了一个回调再回调的机制。因为Java只支持基于多态的单分派模式，这里强行模拟出“双重分派”反而加大了代码的复杂性。
这里我们只介绍简化的访问者模式。假设我们要递归遍历某个文件夹的所有子文件夹和文件，然后找出.java文件，正常的做法是写个递归：
void scan(File dir, List<File> collector) {
for (File file : dir.listFiles()) {
if (file.isFile() && file.getName().endsWith(".java")) {
collector.add(file);
} else if (file.isDir()) {
// 递归调用:
scan(file, collector);
}
}
}问题在于，扫描目录的逻辑和处理.java文件的逻辑混在了一起。如果下次需要增加一个清理.class文件的功能，就必须再重复写扫描逻辑。
因此，访问者模式先把数据结构（这里是文件夹和文件构成的树型结构）和对其的操作（查找文件）分离开，以后如果要新增操作（例如清理.class文件），只需要新增访问者，不需要改变现有逻辑。
用访问者模式改写上述代码步骤如下：
首先，需要定义访问者接口，即该访问者能够干的事情：
public interface Visitor {
// 访问文件夹:
void visitDir(File dir);
// 访问文件:
void visitFile(File file);
}定义能持有文件夹和文件的数据结构FileStructure：
public class FileStructure {
// 根目录:
private File path;
public FileStructure(File path) {
this.path = path;
}
}然后，我们给FileStructure增加一个handle()方法，传入一个访问者：
public class FileStructure {
...
public void handle(Visitor visitor) {
scan(this.path, visitor);
}
private void scan(File file, Visitor visitor) {
if (file.isDirectory()) {
// 让访问者处理文件夹:
visitor.visitDir(file);
for (File sub : file.listFiles()) {
// 递归处理子文件夹:
scan(sub, visitor);
}
} else if (file.isFile()) {
// 让访问者处理文件:
visitor.visitFile(file);
}
}
}这样就把访问者的行为抽象出来了。如果我们要实现一种操作，例如，查找.java文件，就传入JavaFileVisitor：
FileStructure fs = new FileStructure(new File("."));
fs.handle(new JavaFileVisitor());这个JavaFileVisitor实现如下：
public class JavaFileVisitor implements Visitor {
public void visitDir(File dir) {
System.out.println("Visit dir: " + dir);
}
public void visitFile(File file) {
if (file.getName().endsWith(".java")) {
System.out.println("Found java file: " + file);
}
}
}访问者模式的核心思想是为了访问比较复杂的数据结构，不去改变数据结构，而是把对数据的操作抽象出来，在“访问”的过程中以回调形式在访问者中处理操作逻辑。如果要新增一组操作，那么只需要增加一个新的访问者。
