（笔记）设计模式 - 建立型模式工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式

时间 2019-12-07

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原贴：http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8194653设计模式

## 工厂方法模式（Factory Method）数组

工厂方法模式分为三种：安全

十一、普通工厂模式，就是创建一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的建立。服务器

2二、多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，若是传递的字符串出错，则不能正确建立对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别建立对象。多线程

3三、静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不须要建立实例，直接调用便可。闭包

整体来讲，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品须要建立，而且具备共同的接口时，能够经过工厂方法模式进行建立。在以上的三种模式中，第一种若是传入的字符串有误，不能正确建立对象，第三种相对于第二种，不须要实例化工厂类，因此，大多数状况下，咱们会选用第三种——静态工厂方法模式。ide

## 抽象工厂模式（Abstract Factory）函数

工厂方法模式有一个问题就是，类的建立依赖工厂类，也就是说，若是想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，因此，从设计角度考虑，有必定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，建立多个工厂类，这样一旦须要增长新的功能，直接增长新的工厂类就能够了，不须要修改以前的代码。由于抽象工厂不太好理解，咱们先看看图，而后就和代码，就比较容易理解。性能

其实这个模式的好处就是，若是你如今想增长一个功能：发及时信息，则只需作一个实现类，实现Sender接口，同时作一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样作，拓展性较好！学习

## 单例模式（Singleton）

单例对象（Singleton）是一种经常使用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

一、某些类建立比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

二、省去了new操做符，下降了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

三、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，若是该类能够建立多个的话，系统彻底乱了。（好比一个军队出现了多个司令员同时指挥，确定会乱成一团），因此只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

首先咱们写一个简单的单例类：

public class Singleton {
/* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
private static Singleton instance = null;
/* 私有构造方法，防止被实例化 */
private Singleton() {
}
/* 静态工程方法，建立实例 */
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
public Object readResolve() {
return instance;
}
}

这个类能够知足基本要求，可是，像这样毫无线程安全保护的类，若是咱们把它放入多线程的环境下，确定就会出现问题了，如何解决？咱们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，以下：

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

可是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所降低，由于每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次建立对象的时候须要加锁，以后就不须要了，因此，这个地方须要改进。咱们改为下面这个：

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

彷佛解决了以前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不须要加锁的，只有在instance为null，并建立对象的时候才须要加锁，性能有必定的提高。可是，这样的状况，仍是有可能有问题的，看下面的状况：在Java指令中建立对象和赋值操做是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。可是JVM并不保证这两个操做的前后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，而后直接赋值给instance成员，而后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，咱们以A、B两个线程为例：

a>A、B线程同时进入了第一个if判断

b>A首先进入synchronized块，因为instance为null，因此它执行instance = new Singleton();

c>因为JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），而后A离开了synchronized块。

d>B进入synchronized块，因为instance此时不是null，所以它立刻离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，因而错误发生了。

因此程序仍是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点咱们就能够看出，尤为是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。咱们对该程序作进一步优化：

private static class SingletonFactory{
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonFactory.instance;
}

实际状况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制可以保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当咱们第一次调用getInstance的时候，JVM可以帮咱们保证instance只被建立一次，而且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样咱们就不用担忧上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样咱们暂时总结一个完美的单例模式：

public class Singleton {
/* 私有构造方法，防止被实例化 */
private Singleton() {
}
/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
private static class SingletonFactory {
private static Singleton instance = new Singleton();
}
/* 获取实例 */
public static Singleton getInstance() {
return SingletonFactory.instance;
}
/* 若是该对象被用于序列化，能够保证对象在序列化先后保持一致 */
public Object readResolve() {
return getInstance();
}
}

其实说它完美，也不必定，若是在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到建立，也会出错。因此说，十分完美的东西是没有的，咱们只能根据实际状况，选择最适合本身应用场景的实现方法。也有人这样实现：由于咱们只须要在建立类的时候进行同步，因此只要将建立和getInstance()分开，单独为建立加synchronized关键字，也是能够的：

public class SingletonTest {
private static SingletonTest instance = null;
private SingletonTest() {
}
private static synchronized void syncInit() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonTest();
}
}
public static SingletonTest getInstance() {
if (instance == null) {
syncInit();
}
return instance;
}
}

考虑性能的话，整个程序只需建立一次实例，因此性能也不会有什么影响。

经过单例模式的学习告诉咱们：

一、单例模式理解起来简单，可是具体实现起来仍是有必定的难度。

二、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，必定要在恰当的地方使用（注意须要使用锁的对象和过程，可能有的时候并非整个对象及整个过程都须要锁）。

到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者忽然想到另外一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处两者有什么不一样？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是能够的，可是那样就破坏了静态了。由于接口中不容许有static修饰的方法，因此即便实现了也是非静态的）

其次，单例能够被延迟初始化，静态类通常在第一次加载是初始化。之因此延迟加载，是由于有些类比较庞大，因此延迟加载有助于提高性能。

再次，单例类能够被继承，他的方法能够被覆写。可是静态类内部方法都是static，没法被覆写。

最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要知足单例的基本需求，你能够在里面为所欲为的实现一些其它功能，可是静态类不行。从上面这些归纳中，基本能够看出两者的区别，可是，从另外一方面讲，咱们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，因此，两者有很大的关联，只是咱们考虑问题的层面不一样罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现同样，其实生活中不少事情都是这样，单用不一样的方法来处理问题，老是有优势也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优势，才能最好的解决问题！

## 建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是建立单个类的模式，而建造者模式则是将各类产品集中起来进行管理，用来建立复合对象，所谓复合对象就是指某个类具备不一样的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来获得的。

从这点看出，建造者模式将不少功能集成到一个类里，这个类能够创造出比较复杂的东西。因此与工程模式的区别就是：工厂模式关注的是建立单个产品，而建造者模式则关注建立符合对象，多个部分。所以，是选择工厂模式仍是建造者模式，依实际状况而定。

## 原型模式（Prototype）

原型模式虽然是建立型的模式，可是与工程模式没有关系，从名字便可看出，该模式的思想就是将一个对象做为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象相似的新对象。

很简单，一个原型类，只须要实现Cloneable接口，覆写clone方法，此处clone方法能够改为任意的名称，由于Cloneable接口是个空接口，你能够任意定义实现类的方法名，如cloneA或者cloneB，由于此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法，而在Object类中，clone()是native的，具体怎么实现，我会在另外一篇文章中，关于解读Java中本地方法的调用，此处再也不深究。在这儿，我将结合对象的浅复制和深复制来讲一下，首先须要了解对象深、浅复制的概念：

浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会从新建立，而引用类型，指向的仍是原对象所指向的。

深复制：将一个对象复制后，不管是基本数据类型还有引用类型，都是从新建立的。简单来讲，就是深复制进行了彻底完全的复制，而浅复制不完全。

此处，写一个深浅复制的例子：

public class Prototype implements Cloneable, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String string;
private SerializableObject obj;
/* 浅复制 */
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Prototype proto = (Prototype) super.clone();
return proto;
}
/* 深复制 */
public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
/* 写入当前对象的二进制流 */
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this);
/* 读出二进制流产生的新对象 */
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
return ois.readObject();
}
public String getString() {
return string;
}
public void setString(String string) {
this.string = string;
}
public SerializableObject getObj() {
return obj;
}
public void setObj(SerializableObject obj) {
this.obj = obj;
}
}
class SerializableObject implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 1L;
}

要实现深复制，须要采用流的形式读入当前对象的二进制输入，再写出二进制数据对应的对象。