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Java设计模式：揭秘设计金字塔的构建之道

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在设计Java应用程序时，理解并应用设计模式是至关重要的。设计模式是一套被反复使用的、多数人认可的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。它们描述了软件设计时面临的一般问题的解决方案。设计模式不仅提供了解决问题的思路，还能帮助我们构建更加模块化、可重用、可维护和可扩展的代码。

在设计模式中，有一个被称为“设计金字塔”的概念，它将设计模式分为三个层次：创建型模式、结构型模式和行为型模式。以下将详细介绍这三个层次的设计模式，以及如何在Java中构建设计金字塔。

一、创建型模式

创建型模式关注的是对象的创建过程，它们提供了一种封装对象创建逻辑的方法，使得对象的创建过程与使用过程分离，从而提高代码的可复用性和灵活性。

1. 单例模式（Singleton）

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。以下是一个简单的单例模式实现：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

2. 工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式定义了一个接口用于创建对象，但让子类决定实例化哪个类。以下是一个工厂方法模式的示例：

public interface CarFactory {
    Car createCar();
}

public class BMWFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new BMW();
    }
}

public class BenzFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new Benz();
    }
}

二、结构型模式

结构型模式关注类和对象的组合，它们描述了如何将类和对象组成更大的结构。

1. 适配器模式（Adapter）

适配器模式允许将一个类的接口转换成客户期望的另一个接口。以下是一个适配器模式的示例：

public interface Target {
    void request();
}

public class Adaptee {
    public void specificRequest() {
        System.out.println("Specific request.");
    }
}

public class Adapter implements Target {
    private Adaptee adaptee;

    public Adapter(Adaptee adaptee) {
        this.adaptee = adaptee;
    }

    @Override
    public void request() {
        adaptee.specificRequest();
    }
}

2. 代理模式（Proxy）

代理模式为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。以下是一个代理模式的示例：

public interface Image {
    void display();
}

public class RealImage implements Image {
    private String fileName;

    public RealImage(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
        loadImageFromDisk();
    }

    @Override
    public void display() {
        System.out.println("Displaying " + fileName);
    }

    private void loadImageFromDisk() {
        System.out.println("Loading " + fileName + " from disk.");
    }
}

public class ProxyImage implements Image {
    private RealImage realImage;
    private String fileName;

    public ProxyImage(String fileName) {
        this.fileName = fileName;
    }

    @Override
    public void display() {
        if (realImage == null) {
            realImage = new RealImage(fileName);
        }
        realImage.display();
    }
}

三、行为型模式

行为型模式关注对象之间的通信和交互，它们描述了如何在对象之间分配责任和协作。

1. 观察者模式（Observer）

观察者模式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得到通知并自动更新。以下是一个观察者模式的示例：

public interface Observer {
    void update(String message);
}

public class ConcreteObserver implements Observer {
    @Override
    public void update(String message) {
        System.out.println("Observer received message: " + message);
    }
}

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

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

    public void removeObserver(Observer observer) {
        observers.remove(observer);
    }

    public void notifyObservers(String message) {
        for (Observer observer : observers) {
            observer.update(message);
        }
    }
}

2. 策略模式（Strategy）

策略模式定义了一系列算法，并将每一个算法封装起来，使它们可以相互替换。以下是一个策略模式的示例：

public interface Strategy {
    void execute();
}

public class ConcreteStrategyA implements Strategy {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("Executing strategy A.");
    }
}

public class ConcreteStrategyB implements Strategy {
    @Override
    public void execute() {
        System.out.println("Executing strategy B.");
    }
}

public class Context {
    private Strategy strategy;

    public void setStrategy(Strategy strategy) {
        this.strategy = strategy;
    }

    public void executeStrategy() {
        strategy.execute();
    }
}

通过以上三个层次的设计模式，我们可以构建一个稳定、可扩展的Java应用程序。在设计金字塔的过程中，需要根据实际需求选择合适的设计模式，并合理地组合它们，以达到最佳的效果。

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