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设计模式简介
设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。
设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题，每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应，每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是设计模式能被广泛应用的原因。
设计模式的类型
| 创建型模式 这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。 |
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| 结构型模式 这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。 |
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| 行为型模式 这些设计模式特别关注对象之间的通信。 |
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| J2EE 模式 这些设计模式特别关注表示层。这些模式是由 Sun Java Center 鉴定的。 |
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设计模式的六大原则
1、开闭原则（Open Close Principle）
开闭原则的意思是： 对扩展开放，对修改关闭 。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。
2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）
里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。LSP 是继承复用的基石，只有当派生类可以替换掉基类，且软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而派生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对开闭原则的补充。实现开闭原则的关键步骤就是抽象化，而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。
3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
这个原则是开闭原则的基础，具体内容：针对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。它还有另外一个意思是：降低类之间的耦合度。由此可见，其实设计模式就是从大型软件架构出发、便于升级和维护的软件设计思想，它强调降低依赖，降低耦合。
5、迪米特法则，又称最少知道原则（Demeter Principle）
最少知道原则是指：一个实体应当尽量少地与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。
6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）
合成复用原则是指：尽量使用合成 / 聚合的方式，而不是使用继承。
常用的设计模式（面试中可以直白解释的设计模式）
工厂模式
工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
意图： 定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。
主要解决： 主要解决接口选择的问题。
何时使用： 我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。
如何解决： 让其子类实现工厂接口，返回的也是一个抽象的产品。
关键代码： 创建过程在其子类执行。
应用实例： 1、您需要一辆汽车，可以直接从工厂里面提货，而不用去管这辆汽车是怎么做出来的，以及这个汽车里面的具体实现。2、Hibernate 换数据库只需换方言和驱动就可以。
优点： 1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。
缺点： 每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。
使用场景： 1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，”POP3″、”IMAP”、”HTTP”，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。
注意事项： 作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。
抽象工厂模式
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。
意图： 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。
主要解决： 主要解决接口选择的问题。
何时使用： 系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品。
如何解决： 在一个产品族里面，定义多个产品。
关键代码： 在一个工厂里聚合多个同类产品。
应用实例： 工作了，为了参加一些聚会，肯定有两套或多套衣服吧，比如说有商务装（成套，一系列具体产品）、时尚装（成套，一系列具体产品），甚至对于一个家庭来说，可能有商务女装、商务男装、时尚女装、时尚男装，这些也都是成套的，即一系列具体产品。假设一种情况（现实中是不存在的，但有利于说明抽象工厂模式），在您的家中，某一个衣柜（具体工厂）只能存放某一种这样的衣服（成套，一系列具体产品），每次拿这种成套的衣服时也自然要从这个衣柜中取出了。用 OOP 的思想去理解，所有的衣柜（具体工厂）都是衣柜类的（抽象工厂）某一个，而每一件成套的衣服又包括具体的上衣（某一具体产品），裤子（某一具体产品），这些具体的上衣其实也都是上衣（抽象产品），具体的裤子也都是裤子（另一个抽象产品）。
优点： 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。
缺点： 产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。
使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。2、生成不同操作系统的程序。
注意事项： 产品族难扩展，产品等级易扩展。
单例模式
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
注意：
- 1、单例类只能有一个实例。
- 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
意图： 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。
主要解决： 一个全局使用的类频繁地创建与销毁。
何时使用： 当您想控制实例数目，节省系统资源的时候。
如何解决： 判断系统是否已经有这个单例，如果有则返回，如果没有则创建。
关键代码： 构造函数是私有的。
应用实例：
- 1、一个班级只有一个班主任。
- 2、Windows 是多进程多线程的，在操作一个文件的时候，就不可避免地出现多个进程或线程同时操作一个文件的现象，所以所有文件的处理必须通过唯一的实例来进行。
- 3、一些设备管理器常常设计为单例模式，比如一个电脑有两台打印机，在输出的时候就要处理不能两台打印机打印同一个文件。
优点：
- 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
- 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
缺点： 没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
使用场景：
- 1、要求生产唯一序列号。
- 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
- 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。
注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。
适配器模式
适配器模式（Adapter Pattern）是作为两个不兼容的接口之间的桥梁。这种类型的设计模式属于结构型模式，它结合了两个独立接口的功能。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责加入独立的或不兼容的接口功能。举个真实的例子，读卡器是作为内存卡和笔记本之间的适配器。您将内存卡插入读卡器，再将读卡器插入笔记本，这样就可以通过笔记本来读取内存卡。
我们通过下面的实例来演示适配器模式的使用。其中，音频播放器设备只能播放 mp3 文件，通过使用一个更高级的音频播放器来播放 vlc 和 mp4 文件。
意图： 将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口。适配器模式使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类可以一起工作。
主要解决： 主要解决在软件系统中，常常要将一些 ” 现存的对象 ” 放到新的环境中，而新环境要求的接口是现对象不能满足的。
何时使用： 1、系统需要使用现有的类，而此类的接口不符合系统的需要。2、想要建立一个可以重复使用的类，用于与一些彼此之间没有太大关联的一些类，包括一些可能在将来引进的类一起工作，这些源类不一定有一致的接口。3、通过接口转换，将一个类插入另一个类系中。（比如老虎和飞禽，现在多了一个飞虎，在不增加实体的需求下，增加一个适配器，在里面包容一个虎对象，实现飞的接口。）
如何解决： 继承或依赖（推荐）。
关键代码： 适配器继承或依赖已有的对象，实现想要的目标接口。
应用实例： 1、美国电器 110V，中国 220V，就要有一个适配器将 110V 转化为 220V。2、JAVA JDK 1.1 提供了 Enumeration 接口，而在 1.2 中提供了 Iterator 接口，想要使用 1.2 的 JDK，则要将以前系统的 Enumeration 接口转化为 Iterator 接口，这时就需要适配器模式。3、在 LINUX 上运行 WINDOWS 程序。4、JAVA 中的 jdbc。
优点： 1、可以让任何两个没有关联的类一起运行。2、提高了类的复用。3、增加了类的透明度。4、灵活性好。
缺点： 1、过多地使用适配器，会让系统非常零乱，不易整体进行把握。比如，明明看到调用的是 A 接口，其实内部被适配成了 B 接口的实现，一个系统如果太多出现这种情况，无异于一场灾难。因此如果不是很有必要，可以不使用适配器，而是直接对系统进行重构。2. 由于 JAVA 至多继承一个类，所以至多只能适配一个适配者类，而且目标类必须是抽象类。
使用场景： 有动机地修改一个正常运行的系统的接口，这时应该考虑使用适配器模式。
注意事项： 适配器不是在详细设计时添加的，而是解决正在服役的项目的问题。
模板模式
在模板模式（Template Pattern）中，一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式 / 模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。这种类型的设计模式属于行为型模式。
意图： 定义一个操作中的算法的骨架，而将一些步骤延迟到子类中。模板方法使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。
主要解决： 一些方法通用，却在每一个子类都重新写了这一方法。
何时使用： 有一些通用的方法。
如何解决： 将这些通用算法抽象出来。
关键代码： 在抽象类实现，其他步骤在子类实现。
应用实例： 1、在造房子的时候，地基、走线、水管都一样，只有在建筑的后期才有加壁橱加栅栏等差异。2、西游记里面菩萨定好的 81 难，这就是一个顶层的逻辑骨架。3、spring 中对 Hibernate 的支持，将一些已经定好的方法封装起来，比如开启事务、获取 Session、关闭 Session 等，程序员不重复写那些已经规范好的代码，直接丢一个实体就可以保存。
优点： 1、封装不变部分，扩展可变部分。2、提取公共代码，便于维护。3、行为由父类控制，子类实现。
缺点： 每一个不同的实现都需要一个子类来实现，导致类的个数增加，使得系统更加庞大。
使用场景： 1、有多个子类共有的方法，且逻辑相同。2、重要的、复杂的方法，可以考虑作为模板方法。
注意事项： 为防止恶意操作，一般模板方法都加上 final 关键词。
MVC 模式
MVC 模式代表 Model-View-Controller（模型 - 视图 - 控制器）模式。这种模式用于应用程序的分层开发。
Model（模型） – 模型代表一个存取数据的对象或 JAVA POJO。它也可以带有逻辑，在数据变化时更新控制器。
View（视图） – 视图代表模型包含的数据的可视化。
Controller（控制器） – 控制器作用于模型和视图上。它控制数据流向模型对象，并在数据变化时更新视图。它使视图与模型分离开。
实现
我们将创建一个作为模型的 Student 对象。StudentView 是一个把学生详细信息输出到控制台的视图类，StudentController 是负责存储数据到 Student 对象中的控制器类，并相应地更新视图 StudentView。
- MVCPatternDemo，我们的演示类使用 StudentController 来演示 MVC 模式的用法。
