什么是 GOF（四人幫，全拼 Gang of Four）？

在 1994 年，由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名為?Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software（中文譯名：設計模式 - 可復用的面向對象軟件元素）?的書，該書首次提到了軟件開發中設計模式的概念。

四位作者合稱?GOF（四人幫，全拼 Gang of Four）。他們所提出的設計模式主要是基于以下的面向對象設計原則。

對接口編程而不是對實現編程。

優先使用對象組合而不是繼承。

適配器模式Adapter Pattern

適配器模式（Adapter Pattern）是作為兩個不兼容的接口之間的橋梁。這種類型的設計模式屬于結構型模式，它結合了兩個獨立接口的功能。

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責加入獨立的或不兼容的接口功能。舉個真實的例子，讀卡器是作為內存卡和筆記本之間的適配器。您將內存卡插入讀卡器，再將讀卡器插入筆記本，這樣就可以通過筆記本來讀取內存卡。

我們通過下面的實例來演示適配器模式的使用。其中，音頻播放器設備只能播放 mp3 文件，通過使用一個更高級的音頻播放器來播放 vlc 和 mp4 文件。

意圖：將一個類的接口轉換成客戶希望的另外一個接口。適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類可以一起工作。

主要解決：主要解決在軟件系統中，常常要將一些"現存的對象"放到新的環境中，而新環境要求的接口是現對象不能滿足的。

何時使用：?1、系統需要使用現有的類，而此類的接口不符合系統的需要。 2、想要建立一個可以重復使用的類，用于與一些彼此之間沒有太大關聯的一些類，包括一些可能在將來引進的類一起工作，這些源類不一定有一致的接口。 3、通過接口轉換，將一個類插入另一個類系中。（比如老虎和飛禽，現在多了一個飛虎，在不增加實體的需求下，增加一個適配器，在里面包容一個虎對象，實現飛的接口。）

如何解決：繼承或依賴（推薦）。

關鍵代碼：適配器繼承或依賴已有的對象，實現想要的目標接口。

應用實例：?1、美國電器 110V，中國 220V，就要有一個適配器將 110V 轉化為 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，則要將以前系統的 Enumeration 接口轉化為 Iterator 接口，這時就需要適配器模式。 3、在 LINUX 上運行 WINDOWS 程序。 4、JAVA 中的 jdbc。

優點：?1、可以讓任何兩個沒有關聯的類一起運行。 2、提高了類的復用。 3、增加了類的透明度。 4、靈活性好。

缺點：?1、過多地使用適配器，會讓系統非常零亂，不易整體進行把握。比如，明明看到調用的是 A 接口，其實內部被適配成了 B 接口的實現，一個系統如果太多出現這種情況，無異于一場災難。因此如果不是很有必要，可以不使用適配器，而是直接對系統進行重構。 2.由于 JAVA 至多繼承一個類，所以至多只能適配一個適配者類，而且目標類必須是抽象類。

使用場景：有動機地修改一個正常運行的系統的接口，這時應該考慮使用適配器模式。

注意事項：適配器不是在詳細設計時添加的，而是解決正在服役的項目的問題。

工廠模式Factory Pattern

工廠模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的設計模式之一。這種類型的設計模式屬于創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。

在工廠模式中，我們在創建對象時不會對客戶端暴露創建邏輯，并且是通過使用一個共同的接口來指向新創建的對象。

介紹

意圖：定義一個創建對象的接口，讓其子類自己決定實例化哪一個工廠類，工廠模式使其創建過程延遲到子類進行。

主要解決：主要解決接口選擇的問題。

何時使用：我們明確地計劃不同條件下創建不同實例時。

如何解決：讓其子類實現工廠接口，返回的也是一個抽象的產品。

關鍵代碼：創建過程在其子類執行。

應用實例：?1、您需要一輛汽車，可以直接從工廠里面提貨，而不用去管這輛汽車是怎么做出來的，以及這個汽車里面的具體實現。 2、Hibernate 換數據庫只需換方言和驅動就可以。

優點：?1、一個調用者想創建一個對象，只要知道其名稱就可以了。 2、擴展性高，如果想增加一個產品，只要擴展一個工廠類就可以。 3、屏蔽產品的具體實現，調用者只關心產品的接口。

缺點：每次增加一個產品時，都需要增加一個具體類和對象實現工廠，使得系統中類的個數成倍增加，在一定程度上增加了系統的復雜度，同時也增加了系統具體類的依賴。這并不是什么好事。

使用場景：?1、日志記錄器：記錄可能記錄到本地硬盤、系統事件、遠程服務器等，用戶可以選擇記錄日志到什么地方。 2、數據庫訪問，當用戶不知道最后系統采用哪一類數據庫，以及數據庫可能有變化時。 3、設計一個連接服務器的框架，需要三個協議，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把這三個作為產品類，共同實現一個接口。

注意事項：作為一種創建類模式，在任何需要生成復雜對象的地方，都可以使用工廠方法模式。有一點需要注意的地方就是復雜對象適合使用工廠模式，而簡單對象，特別是只需要通過 new 就可以完成創建的對象，無需使用工廠模式。如果使用工廠模式，就需要引入一個工廠類，會增加系統的復雜度。

抽象工廠模式

抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）是圍繞一個超級工廠創建其他工廠。該超級工廠又稱為其他工廠的工廠。這種類型的設計模式屬于創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。

在抽象工廠模式中，接口是負責創建一個相關對象的工廠，不需要顯式指定它們的類。每個生成的工廠都能按照工廠模式提供對象。

單例模式Singleton Pattern

單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設計模式之一。這種類型的設計模式屬于創建型模式，它提供了一種創建對象的最佳方式。

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。

注意：

1、單例類只能有一個實例。

2、單例類必須自己創建自己的唯一實例。

3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。

意圖：保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。

主要解決：一個全局使用的類頻繁地創建與銷毀。

何時使用：當您想控制實例數目，節省系統資源的時候。

如何解決：判斷系統是否已經有這個單例，如果有則返回，如果沒有則創建。

關鍵代碼：構造函數是私有的。

應用實例：

1、一個班級只有一個班主任。

2、Windows 是多進程多線程的，在操作一個文件的時候，就不可避免地出現多個進程或線程同時操作一個文件的現象，所以所有文件的處理必須通過唯一的實例來進行。

3、一些設備管理器常常設計為單例模式，比如一個電腦有兩臺打印機，在輸出的時候就要處理不能兩臺打印機打印同一個文件。

優點：

1、在內存里只有一個實例，減少了內存的開銷，尤其是頻繁的創建和銷毀實例（比如管理學院首頁頁面緩存）。

2、避免對資源的多重占用（比如寫文件操作）。

缺點：沒有接口，不能繼承，與單一職責原則沖突，一個類應該只關心內部邏輯，而不關心外面怎么樣來實例化。

使用場景：

1、要求生產唯一序列號。

2、WEB 中的計數器，不用每次刷新都在數據庫里加一次，用單例先緩存起來。

3、創建的一個對象需要消耗的資源過多，比如 I/O 與數據庫的連接等。

注意事項：getInstance() 方法中需要使用同步鎖 synchronized (Singleton.class) 防止多線程同時進入造成 instance 被多次實例化。

策略模式

在策略模式（Strategy Pattern）中，一個類的行為或其算法可以在運行時更改。這種類型的設計模式屬于行為型模式。

在策略模式中，我們創建表示各種策略的對象和一個行為隨著策略對象改變而改變的 context 對象。策略對象改變 context 對象的執行算法。

介紹

意圖：定義一系列的算法,把它們一個個封裝起來, 并且使它們可相互替換。

主要解決：在有多種算法相似的情況下，使用 if...else 所帶來的復雜和難以維護。

何時使用：一個系統有許多許多類，而區分它們的只是他們直接的行為。

如何解決：將這些算法封裝成一個一個的類，任意地替換。

關鍵代碼：實現同一個接口。

應用實例：?1、諸葛亮的錦囊妙計，每一個錦囊就是一個策略。 2、旅行的出游方式，選擇騎自行車、坐汽車，每一種旅行方式都是一個策略。 3、JAVA AWT 中的 LayoutManager。

優點：?1、算法可以自由切換。 2、避免使用多重條件判斷。 3、擴展性良好。

缺點：?1、策略類會增多。 2、所有策略類都需要對外暴露。

使用場景：?1、如果在一個系統里面有許多類，它們之間的區別僅在于它們的行為，那么使用策略模式可以動態地讓一個對象在許多行為中選擇一種行為。 2、一個系統需要動態地在幾種算法中選擇一種。 3、如果一個對象有很多的行為，如果不用恰當的模式，這些行為就只好使用多重的條件選擇語句來實現。

注意事項：如果一個系統的策略多于四個，就需要考慮使用混合模式，解決策略類膨脹的問題。

組合模式

組合模式（Composite Pattern），又叫部分整體模式，是用于把一組相似的對象當作一個單一的對象。組合模式依據樹形結構來組合對象，用來表示部分以及整體層次。這種類型的設計模式屬于結構型模式，它創建了對象組的樹形結構。

這種模式創建了一個包含自己對象組的類。該類提供了修改相同對象組的方式。

我們通過下面的實例來演示組合模式的用法。實例演示了一個組織中員工的層次結構。

介紹

意圖：將對象組合成樹形結構以表示"部分-整體"的層次結構。組合模式使得用戶對單個對象和組合對象的使用具有一致性。

主要解決：它在我們樹型結構的問題中，模糊了簡單元素和復雜元素的概念，客戶程序可以向處理簡單元素一樣來處理復雜元素，從而使得客戶程序與復雜元素的內部結構解耦。

何時使用：?1、您想表示對象的部分-整體層次結構（樹形結構）。 2、您希望用戶忽略組合對象與單個對象的不同，用戶將統一地使用組合結構中的所有對象。

如何解決：樹枝和葉子實現統一接口，樹枝內部組合該接口。

關鍵代碼：樹枝內部組合該接口，并且含有內部屬性 List，里面放 Component。

應用實例：?1、算術表達式包括操作數、操作符和另一個操作數，其中，另一個操作符也可以是操作數、操作符和另一個操作數。 2、在 JAVA AWT 和 SWING 中，對于 Button 和 Checkbox 是樹葉，Container 是樹枝。

優點：?1、高層模塊調用簡單。 2、節點自由增加。

缺點：在使用組合模式時，其葉子和樹枝的聲明都是實現類，而不是接口，違反了依賴倒置原則。

使用場景：部分、整體場景，如樹形菜單，文件、文件夾的管理。

注意事項：定義時為具體類。