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Erhalten Sie ein umfassendes Verständnis von 7 häufig verwendeten Java-Designmustern

Java-Designmuster verstehen: Einführung in 7 häufig verwendete Designmuster, spezifische Codebeispiele sind erforderlich.

Java-Designmuster sind eine universelle Lösung für Software-Designprobleme. Sie bieten eine Reihe allgemein akzeptierter Designideen und Verhaltenskodizes. Entwurfsmuster helfen uns, die Codestruktur besser zu organisieren und zu planen, wodurch der Code wartbarer, lesbarer und skalierbarer wird. In diesem Artikel stellen wir sieben häufig verwendete Entwurfsmuster in Java vor und stellen entsprechende Codebeispiele bereit.

Singleton-Muster:
Das Singleton-Muster stellt sicher, dass eine Klasse nur eine Instanz hat und einen globalen Zugriffspunkt bereitstellt. Dies ist in Szenarien nützlich, in denen Ressourcen gemeinsam genutzt werden müssen oder die Anzahl der Objekte begrenzt ist. Das Folgende ist ein Codebeispiel des Singleton-Musters:

public class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

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Factory-Muster:
Das Factory-Muster erstellt Objekte über eine Factory-Klasse und kapselt den Objekterstellungsprozess. Dadurch können die spezifischen Implementierungsdetails des Objekts ausgeblendet werden, wodurch der Clientcode prägnanter und erweiterbarer wird. Das Folgende ist ein Codebeispiel des Factory-Musters:

public interface Shape {
    void draw();
}

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()");
    }
}

public class ShapeFactory {
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType == null) {
            return null;
        }
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
            return new Rectangle();
        }
        return null;
    }
}

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Observer-Muster:
Das Observer-Muster definiert eine Eins-zu-Viele-Abhängigkeitsbeziehung, wenn sich der Zustand eines Objekts ändert. Andere Objekte werden aktualisiert automatisch. Dies ist nützlich bei der ereignisgesteuerten, Publish-Subscribe- und GUI-Entwicklung. Hier ist ein Codebeispiel des Observer-Musters:

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Subject {
    private List<Observer> observers = new ArrayList<>();
    private int state;

    public int getState() {
        return state;
    }

    public void setState(int state) {
        this.state = state;
        notifyAllObservers();
    }

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

    public void notifyAllObservers() {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update();
        }
    }
}

public abstract class Observer {
    protected Subject subject;
    public abstract void update();
}

public class BinaryObserver extends Observer {
    public BinaryObserver(Subject subject) {
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    public void update() {
        System.out.println("Binary String: " + Integer.toBinaryString(subject.getState()));
    }
}

public class OctalObserver extends Observer {
    public OctalObserver(Subject subject) {
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    public void update() {
        System.out.println("Octal String: " + Integer.toOctalString(subject.getState()));
    }
}

public class HexObserver extends Observer {
    public HexObserver(Subject subject) {
        this.subject = subject;
        this.subject.attach(this);
    }

    public void update() {
        System.out.println("Hex String: " + Integer.toHexString(subject.getState()));
    }
}

public class ObserverPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Subject subject = new Subject();
        new BinaryObserver(subject);
        new OctalObserver(subject);
        new HexObserver(subject);

        System.out.println("First state change: 15");
        subject.setState(15);
        System.out.println("Second state change: 10");
        subject.setState(10);
    }
}

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Builder-Muster (Builder-Muster):
Das Builder-Muster ermöglicht die Verwendung desselben Konstruktionsprozesses zum Erstellen verschiedener Darstellungen, indem der Konstruktionsprozess des Objekts getrennt wird. Dies verbessert die Flexibilität und Lesbarkeit des Codes und vermeidet das Problem zu vieler Build-Parameter. Hier ist ein Codebeispiel des Builder-Musters:

public class Computer {
    private String cpu;
    private String memory;
    private String disk;
    // 省略其他属性和方法
}

public interface ComputerBuilder {
    ComputerBuilder setCpu(String cpu);
    ComputerBuilder setMemory(String memory);
    ComputerBuilder setDisk(String disk);
    Computer build();
}

public class BasicComputerBuilder implements ComputerBuilder {
    private Computer computer;

    public BasicComputerBuilder() {
        computer = new Computer();
    }

    public ComputerBuilder setCpu(String cpu) {
        computer.setCpu(cpu);
        return this;
    }

    public ComputerBuilder setMemory(String memory) {
        computer.setMemory(memory);
        return this;
    }

    public ComputerBuilder setDisk(String disk) {
        computer.setDisk(disk);
        return this;
    }

    public Computer build() {
        return computer;
    }
}

public class Director {
    private ComputerBuilder computerBuilder;

    public Director(ComputerBuilder computerBuilder) {
        this.computerBuilder = computerBuilder;
    }

    public Computer construct() {
        return computerBuilder
                .setCpu("i5")
                .setMemory("8GB")
                .setDisk("1TB")
                .build();
    }
}

public class BuilderPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ComputerBuilder computerBuilder = new BasicComputerBuilder();
        Director director = new Director(computerBuilder);
        Computer computer = director.construct();

        System.out.println(computer.toString());
    }
}

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Prototyp-Muster:
Das Prototyp-Muster erstellt neue Objekte, indem es vorhandene Objekte kopiert, anstatt sie neu zu erstellen. Dies kann die Effizienz der Objekterstellung verbessern, insbesondere wenn der Initialisierungsprozess des Objekts komplex ist. Das Folgende ist ein Codebeispiel des Prototypmusters:

public abstract class Shape implements Cloneable {
    private String id;
    protected String type;
    
    abstract void draw();

    public String getId() {
        return id;
    }

    public void setId(String id) {
        this.id = id;
    }
    
    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }
}

public class Circle extends Shape {
    public Circle() {
        type = "Circle";
    }

    public void draw() {
        System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
    }
}

public class Rectangle extends Shape {
    public Rectangle() {
        type = "Rectangle";
    }

    public void draw() {
        System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
    }
}

public class ShapeCache {
    private static Map<String, Shape> shapeMap = new HashMap<>();

    public static Shape getShape(String shapeId) {
        Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
        return (Shape) cachedShape.clone();
    }

    public static void loadCache() {
        Circle circle = new Circle();
        circle.setId("1");
        shapeMap.put(circle.getId(), circle);

        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setId("2");
        shapeMap.put(rectangle.getId(), rectangle);
    }
}

public class PrototypePatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeCache.loadCache();

        Shape clonedShape1 = ShapeCache.getShape("1");
        System.out.println("Shape: " + clonedShape1.getType());

        Shape clonedShape2 = ShapeCache.getShape("2");
        System.out.println("Shape: " + clonedShape2.getType());
    }
}

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Adaptermuster:
Das Adaptermuster konvertiert die Schnittstelle einer Klasse in eine andere vom Client erwartete Schnittstelle. Dies bietet die Möglichkeit, inkompatible Schnittstellen zusammenzuarbeiten, ohne den vorhandenen Code zu ändern. Das Folgende ist ein Codebeispiel des Adaptermusters:

public interface MediaPlayer {
    void play(String audioType, String fileName);
}

public interface AdvancedMediaPlayer {
    void playVlc(String fileName);

    void playMp4(String fileName);
}

public class VlcPlayer implements AdvancedMediaPlayer {
    public void playVlc(String fileName) {
        System.out.println("Playing vlc file. Name: " + fileName);
    }

    public void playMp4(String fileName) {
        // 空实现
    }
}

public class Mp4Player implements AdvancedMediaPlayer {
    public void playVlc(String fileName) {
        // 空实现
    }

    public void playMp4(String fileName) {
        System.out.println("Playing mp4 file. Name: " + fileName);
    }
}

public class MediaAdapter implements MediaPlayer {
    AdvancedMediaPlayer advancedMediaPlayer;

    public MediaAdapter(String audioType) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            advancedMediaPlayer = new VlcPlayer();
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            advancedMediaPlayer = new Mp4Player();
        }
    }

    public void play(String audioType, String fileName) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc")) {
            advancedMediaPlayer.playVlc(fileName);
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            advancedMediaPlayer.playMp4(fileName);
        }
    }
}

public class AudioPlayer implements MediaPlayer {
    MediaAdapter mediaAdapter;

    public void play(String audioType, String fileName) {
        if (audioType.equalsIgnoreCase("mp3")) {
            System.out.println("Playing mp3 file. Name: " + fileName);
        } else if (audioType.equalsIgnoreCase("vlc") || audioType.equalsIgnoreCase("mp4")) {
            mediaAdapter = new MediaAdapter(audioType);
            mediaAdapter.play(audioType, fileName);
        } else {
            System.out.println("Invalid media. " + audioType + " format not supported");
        }
    }
}

public class AdapterPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        AudioPlayer audioPlayer = new AudioPlayer();
        audioPlayer.play("mp3", "beyond_the_horizon.mp3");
        audioPlayer.play("mp4", "alone.mp4");
        audioPlayer.play("vlc", "far_far_away.vlc");
        audioPlayer.play("avi", "mind_me.avi");
    }
}

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Strategiemuster:
Das Strategiemuster definiert eine Reihe von Algorithmen und kapselt jeden Algorithmus, sodass sie miteinander ersetzt werden können. Dadurch ist es einfach, Algorithmen zu wechseln oder neue Algorithmen zu erweitern, ohne dass sich dies auf andere Teile des Codes auswirkt. Das Folgende ist ein Codebeispiel des Strategiemusters:

public interface Strategy {
    int doOperation(int num1, int num2);
}

public class OperationAdd implements Strategy {
    public int doOperation(int num1, int num2) {
        return num1 + num2;
    }
}

public class OperationSubtract implements Strategy {
    public int doOperation(int num1, int num2) {
        return num1 - num2;
    }
}

public class OperationMultiply implements Strategy {
    public int doOperation(int num1, int num2) {
        return num1 * num2;
    }
}

public class Context {
    private Strategy strategy;

    public Context(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public int executeStrategy(int num1, int num2) {
        return strategy.doOperation(num1, num2);
    }
}

public class StrategyPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Context context = new Context(new OperationAdd());
        System.out.println("10 + 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));

        context = new Context(new OperationSubtract());
        System.out.println("10 - 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));

        context = new Context(new OperationMultiply());
        System.out.println("10 * 5 = " + context.executeStrategy(10, 5));
    }
}

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Durch den obigen Beispielcode erhalten wir eine kurze Einführung in die 7 in Java häufig verwendeten Entwurfsmuster. Jedes Entwurfsmuster hat unterschiedliche Szenarien und Anwendungen und kann in unterschiedlichen Projekten zum Einsatz kommen. Ich hoffe, dieser Artikel kann Ihnen helfen, Entwurfsmuster zu verstehen und anzuwenden und Ihre Codequalität und Entwicklungseffizienz zu verbessern.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonErhalten Sie ein umfassendes Verständnis von 7 häufig verwendeten Java-Designmustern. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!