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《Java 與模式》讀書筆記：設計原則、創建型模式與核心角色深度解析

編輯：Java 綜合教學

《Java 與模式》讀書筆記：設計原則與創建型模式精華

《Java 與模式》（阎宏著）是國內經典的設計模式入門著作，以 Java 語言為載體，深入淺出講解 GoF 23 種模式。本筆記提煉書籍核心內容：六大設計原則、創建型模式五種模式的結構角色、適用場景及代碼骨架，作為快速查閱與復習參考。

一、六大設計原則 (SOLID + 更多)

原則	核心定義	指導意義
開閉原則 (OCP)	對擴展開放，對修改關閉	抽象層穩定，實現層擴展；用接口/抽象類定義規範
里氏替換原則 (LSP)	子類必須能替換父類且不影響正確性	繼承必須是 is-a 關係；避免破壞父類契約的重寫
依賴倒置原則 (DIP)	依賴抽象，不依賴具體實現	高層模塊不依賴低層，雙方依賴抽象；控制反轉 (IoC) 基石
合成復用原則 (CARP)	優先使用組合/聚合，少用繼承	降低耦合，提高靈活性；委託替代繼承
迪米特法則 (LoD)	最少知識原則：一個對象應盡量少與其他對象交互	降低類間耦合；僅與直接朋友通信
接口隔離原則 (ISP)	接口應小而專，不應強迫客戶依賴不用的方法	拆分臃腫接口；多個專用接口優於單一總接口

二、抽象類設計準則

代碼最大化：將共同邏輯、模板方法上移至抽象類，減少子類重復代碼。
數據最小化：抽象類盡量不定義實例字段（狀態），狀態由子類管理；若需共享狀態，用 `protected` 訪問器封裝。

三、創建型模式總覽

核心目的：**封裝對象創建過程**，將「客戶端代碼」與「具體類實例化」解耦。分為兩類：

類創建型：利用繼承，將實例化推遲到子類（工廠方法模式）。
對象創建型：利用委託，動態決定實例化邏輯（簡單工廠、抽象工廠、建造者、原型、單例）。

四、五大創建型模式深度解析

1. 簡單工廠模式 (Simple Factory) — 非 GoF 正式模式，但極常用

角色：

工廠類 (Creator)：靜態工廜方法，根據參數決定創建哪個產品。
抽象產品 (Product)：接口或抽象類。
具體產品 (ConcreteProduct)：實現產品接口。

// 工廠類
public class ShapeFactory {
    public static Shape createShape(String type) {
        if ("circle".equalsIgnoreCase(type)) return new Circle();
        if ("rect".equalsIgnoreCase(type)) return new Rectangle();
        throw new IllegalArgumentException("Unknown shape");
    }
}
// 客戶端
Shape s = ShapeFactory.createShape("circle");

缺點：違反 OCP，新增產品需修改工廠類代碼。

2. 工廠方法模式 (Factory Method)

角色：

抽象工廠 (Creator)：聲明工廠方法 `factoryMethod()`，返回 `Product`。
具體工廠 (ConcreteCreator)：實現工廠方法，實例化具體產品。
抽象產品 / 具體產品：同簡單工廠。

// 抽象工廠
public abstract class LoggerFactory {
    public abstract Logger createLogger(); // 工廠方法
    // 模板方法
    public void log(String msg) {
        Logger logger = createLogger();
        logger.write(msg);
    }
}
// 具體工廠
public class FileLoggerFactory extends LoggerFactory {
    @Override public Logger createLogger() { return new FileLogger(); }
}
public class ConsoleLoggerFactory extends LoggerFactory {
    @Override public Logger createLogger() { return new ConsoleLogger(); }
}

優勢：符合 OCP，新增產品只需新增對應工廠類，無需修改現有代碼。

3. 抽象工廠模式 (Abstract Factory)

核心區別：工廠方法針對「單一產品等級結構」；抽象工廠針對「多個產品族/等級結構」（如：不同 OS 下的 Button、ScrollBar、Window）。

角色：抽象工廠 (聲明多個創建方法)、具體工廠 (實現一族產品創建)、多組抽象/具體產品。

// 抽象工廠接口
public interface GUIFactory {
    Button createButton();
    Checkbox createCheckbox();
}
// 具體工廠族
public class WinFactory implements GUIFactory {
    public Button createButton() { return new WinButton(); }
    public Checkbox createCheckbox() { return new WinCheckbox(); }
}
public class MacFactory implements GUIFactory {
    public Button createButton() { return new MacButton(); }
    public Checkbox createCheckbox() { return new MacCheckbox(); }
}

4. 單例模式 (Singleton)

三要素：私有構造器、靜態私有實例、靜態公有獲取方法。

線程安全寫法推薦 (雙重檢查鎖 DCL / 靜態內部類 / 枚舉)：

// 1. 靜態內部類 (推薦：延遲加載、線程安全、簡潔)
public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static class Holder { static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); }
    public static Singleton getInstance() { return Holder.INSTANCE; }
}

// 2. 枚舉 (最簡潔、防反射/序列化破壞)
public enum SingletonEnum { INSTANCE; }

5. 建造者模式 (Builder)

核心場景：構建復雜對象（參數多、有順序依賴、不可變對象）。將「構建過程」與「表示」分離。

角色：Product (產品)、Builder (抽象建造者)、ConcreteBuilder (具體建造者)、Director (指揮者/可選)。

// 產品類 (不可變)
public class User {
    private final String name;
    private final int age;
    private final String email;
    private final String address;
    
    private User(Builder builder) { // 私有構造器
        this.name = builder.name; this.age = builder.age;
        this.email = builder.email; this.address = builder.address;
    }
    // 靜態內部建造者類
    public static class Builder {
        private String name; private int age; private String email; private String address;
        public Builder name(String v) { name = v; return this; }
        public Builder age(int v) { age = v; return this; }
        public Builder email(String v) { email = v; return this; }
        public Builder address(String v) { address = v; return this; }
        public User build() { return new User(this); }
    }
}
// 客戶端鏈式調用
User user = new User.Builder().name("Tom").age(25).email("tom@mail.com").build();

五、總結與對比

模式	核心意圖	適用場景	關鍵點
簡單工廠	集中創建邏輯	產品類較少、固定、客戶端不關心創建細節	靜態工廠方法，違反 OCP
工廠方法	延遲創建到子類	框架設計、插件架構、需支持擴展新產品	一個工廠對應一個產品，符合 OCP
抽象工廠	創建產品族	系統需支持多產品族切換（如跨平台 UI、多数據源適配）	接口定義多個創建方法，產品族內部約束
單例	全局唯一實例	配置管理器、連接池、線程池、緩存管理器	私有構造、靜態內部類/枚舉實現
建造者	構建復雜對象	參數多、可選參數多、構建順序敏感、不可變對象	鏈式調用、Director 可選、與工廠區別在於「過程」

六、學習建議

先理解設計原則，再看模式——模式是原則的具體應用。
手寫每種模式的核心骨架代碼，體會角色交互。
閱讀 JDK 源碼、Spring 源碼識別模式：Calendar.getInstance() (工廠方法)、Collections.singletonList() (單例)、StringBuilder (建造者)、DocumentBuilderFactory (抽象工廠)。
實戰中不要為了用模式而用模式，YAGNI 原則：簡單場景用簡單工廐或直接 new，復雜才引入模式。