JAVA設計模式--建立型模式

時間 2019-11-09

標籤 java 設計模式建立欄目 Java 简体版

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JAVA設計模式分爲三種：java

整體來講設計模式分爲三大類：設計模式

建立型模式，共五種：工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式。數組

結構型模式，共七種：適配器模式、裝飾器模式、代理模式、外觀模式、橋接模式、組合模式、享元模式。安全

行爲型模式，共十一種：策略模式、模板方法模式、觀察者模式、迭代子模式、責任鏈模式、命令模式、備忘錄模式、狀態模式、訪問者模式、中介者模式、解釋器模式。服務器

Java的23中設計模式多線程

一、工廠方法模式（Factory Method）閉包

工廠方法模式分爲三種：ide

十一、普通工廠模式，就是創建一個工廠類，對實現了同一接口的一些類進行實例的建立。首先看下關係圖：函數

舉例以下：（咱們舉一個發送郵件和短信的例子）性能

首先，建立兩者的共同接口：

public interface Sender {  
    public void Send();  
}

其次，建立實現類：

public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
}  

public class SmsSender implements Sender {  
  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is sms sender!");  
    }  
}

最後，建工廠類：

public class SendFactory {  
  
    public Sender produce(String type) {  
        if ("mail".equals(type)) {  
            return new MailSender();  
        } else if ("sms".equals(type)) {  
            return new SmsSender();  
        } else {  
            System.out.println("請輸入正確的類型!");  
            return null;  
        }  
    }  
}

咱們來測試下：

public class FactoryTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        SendFactory factory = new SendFactory();  
        Sender sender = factory.produce("sms");  
        sender.Send();  
    }  
}

輸出：this is sms sender!

2二、多個工廠方法模式，是對普通工廠方法模式的改進，在普通工廠方法模式中，若是傳遞的字符串出錯，則不能正確建立對象，而多個工廠方法模式是提供多個工廠方法，分別建立對象。關係圖：

將上面的代碼作下修改，改動下SendFactory類就行，以下

public class SendFactory {  
      
    public Sender produceMail(){  
        return new MailSender();  
    }  
      
    public Sender produceSms(){  
        return new SmsSender();  
    }  
}

測試類以下：

public class FactoryTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        SendFactory factory = new SendFactory();  
        Sender sender = factory.produceMail();  
        sender.Send();  
    }  
}

輸出：this is mailsender!

3三、靜態工廠方法模式，將上面的多個工廠方法模式裏的方法置爲靜態的，不須要建立實例，直接調用便可。

public class SendFactory {  
      
    public static Sender produceMail(){  
        return new MailSender();  
    }  
      
    public static Sender produceSms(){  
        return new SmsSender();  
    }  
}  
public class FactoryTest {  
  
    public static void main(String[] args) {      
        Sender sender = SendFactory.produceMail();  
        sender.Send();  
    }  
}

輸出：this is mailsender!

整體來講，工廠模式適合：凡是出現了大量的產品須要建立，而且具備共同的接口時，能夠經過工廠方法模式進行建立。在以上的三種模式中，第一種若是傳入的字符串有誤，不能正確建立對象，第三種相對於第二種，不須要實例化工廠類，因此，大多數狀況下，咱們會選用第三種——靜態工廠方法模式。

二、抽象工廠模式（Abstract Factory）

工廠方法模式有一個問題就是，類的建立依賴工廠類，也就是說，若是想要拓展程序，必須對工廠類進行修改，這違背了閉包原則，因此，從設計角度考慮，有必定的問題，如何解決？就用到抽象工廠模式，建立多個工廠類，這樣一旦須要增長新的功能，直接增長新的工廠類就能夠了，不須要修改以前的代碼。由於抽象工廠不太好理解，咱們先看看圖，而後就和代碼，就比較容易理解。

請看例子：

public interface Sender {  
    public void Send();  
}

兩個實現類：

public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
} 
public class SmsSender implements Sender {  
  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is sms sender!");  
    }  
}

兩個工廠類：

public class SendMailFactory implements Provider {  
      
    @Override  
    public Sender produce(){  
        return new MailSender();  
    }  
}  
public class SendSmsFactory implements Provider{  
  
    @Override  
    public Sender produce() {  
        return new SmsSender();  
    }  
}

在提供一個接口：

public interface Provider {  
    public Sender produce();  
}

測試類：

public class Test {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Provider provider = new SendMailFactory();  
        Sender sender = provider.produce();  
        sender.Send();  
    }  
}

其實這個模式的好處就是，若是你如今想增長一個功能：發及時信息，則只需作一個實現類，實現Sender接口，同時作一個工廠類，實現Provider接口，就OK了，無需去改動現成的代碼。這樣作，拓展性較好！

三、單例模式（Singleton）

單例對象（Singleton）是一種經常使用的設計模式。在Java應用中，單例對象能保證在一個JVM中，該對象只有一個實例存在。這樣的模式有幾個好處：

一、某些類建立比較頻繁，對於一些大型的對象，這是一筆很大的系統開銷。

二、省去了new操做符，下降了系統內存的使用頻率，減輕GC壓力。

三、有些類如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，若是該類能夠建立多個的話，系統徹底亂了。（好比一個軍隊出現了多個司令員同時指揮，確定會亂成一團），因此只有使用單例模式，才能保證核心交易服務器獨立控制整個流程。

首先咱們寫一個簡單的單例類：

public class Singleton {  
    /* 持有私有靜態實例，防止被引用，此處賦值爲null，目的是實現延遲加載 */  
    private static Singleton instance = null;  
  
    /* 私有構造方法，防止被實例化 */  
    private Singleton() {  
    }  
  
    /* 靜態工程方法，建立實例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
  
    /* 若是該對象被用於序列化，能夠保證對象在序列化先後保持一致 */  
    public Object readResolve() {  
        return instance;  
    }  
}

這個類能夠知足基本要求，可是，像這樣毫無線程安全保護的類，若是咱們把它放入多線程的環境下，確定就會出現問題了，如何解決？咱們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字，以下：

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

可是，synchronized關鍵字鎖住的是這個對象，這樣的用法，在性能上會有所降低，由於每次調用getInstance()，都要對對象上鎖，事實上，只有在第一次建立對象的時候須要加鎖，以後就不須要了，因此，這個地方須要改進。咱們改爲下面這個：

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

彷佛解決了以前提到的問題，將synchronized關鍵字加在了內部，也就是說當調用的時候是不須要加鎖的，只有在instance爲null，並建立對象的時候才須要加鎖，性能有必定的提高。可是，這樣的狀況，仍是有可能有問題的，看下面的狀況：在Java指令中建立對象和賦值操做是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。可是JVM並不保證這兩個操做的前後順序，也就是說有可能JVM會爲新的Singleton實例分配空間，而後直接賦值給instance成員，而後再去初始化這個Singleton實例。這樣就可能出錯了，咱們以A、B兩個線程爲例：

a>A、B線程同時進入了第一個if判斷

b>A首先進入synchronized塊，因爲instance爲null，因此它執行instance = new Singleton();

c>因爲JVM內部的優化機制，JVM先畫出了一些分配給Singleton實例的空白內存，並賦值給instance成員（注意此時JVM沒有開始初始化這個實例），而後A離開了synchronized塊。

d>B進入synchronized塊，因爲instance此時不是null，所以它立刻離開了synchronized塊並將結果返回給調用該方法的程序。

e>此時B線程打算使用Singleton實例，卻發現它沒有被初始化，因而錯誤發生了。

因此程序仍是有可能發生錯誤，其實程序在運行過程是很複雜的，從這點咱們就能夠看出，尤爲是在寫多線程環境下的程序更有難度，有挑戰性。咱們對該程序作進一步優化：

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

實際狀況是，單例模式使用內部類來維護單例的實現，JVM內部的機制可以保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當咱們第一次調用getInstance的時候，JVM可以幫咱們保證instance只被建立一次，而且會保證把賦值給instance的內存初始化完畢，這樣咱們就不用擔憂上面的問題。同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制，這樣就解決了低性能問題。這樣咱們暫時總結一個完美的單例模式：

public class Singleton {  
    /* 私有構造方法，防止被實例化 */  
    private Singleton() {  
    }  
    /* 此處使用一個內部類來維護單例 */  
    private static class SingletonFactory {  
        private static Singleton instance = new Singleton();  
    } 
    /* 獲取實例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        return SingletonFactory.instance;  
    }  
    /* 若是該對象被用於序列化，能夠保證對象在序列化先後保持一致 */  
    public Object readResolve() {  
        return getInstance();  
    }  
}

其實說它完美，也不必定，若是在構造函數中拋出異常，實例將永遠得不到建立，也會出錯。因此說，十分完美的東西是沒有的，咱們只能根據實際狀況，選擇最適合本身應用場景的實現方法。也有人這樣實現：由於咱們只須要在建立類的時候進行同步，因此只要將建立和getInstance()分開，單獨爲建立加synchronized關鍵字，也是能夠的：

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;  
    }  
}

考慮性能的話，整個程序只需建立一次實例，因此性能也不會有什麼影響。

補充：採用"影子實例"的辦法爲單例對象的屬性同步更新

public class SingletonTest {  
    private static SingletonTest instance = null;  
    private Vector properties = null;  
    public Vector getProperties() {  
        return properties;  
    }  
    private SingletonTest() {  
    }  
    private static synchronized void syncInit() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new SingletonTest();  
        }  
    }  
    public static SingletonTest getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            syncInit();  
        }  
        return instance;  
    }
    public void updateProperties() {  
        SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
        properties = shadow.getProperties();  
    }  
}

經過單例模式的學習告訴咱們：

一、單例模式理解起來簡單，可是具體實現起來仍是有必定的難度。

二、synchronized關鍵字鎖定的是對象，在用的時候，必定要在恰當的地方使用（注意須要使用鎖的對象和過程，可能有的時候並非整個對象及整個過程都須要鎖）。

到這兒，單例模式基本已經講完了，結尾處，筆者忽然想到另外一個問題，就是採用類的靜態方法，實現單例模式的效果，也是可行的，此處兩者有什麼不一樣？

首先，靜態類不能實現接口。（從類的角度說是能夠的，可是那樣就破壞了靜態了。由於接口中不容許有static修飾的方法，因此即便實現了也是非靜態的）

其次，單例能夠被延遲初始化，靜態類通常在第一次加載是初始化。之因此延遲加載，是由於有些類比較龐大，因此延遲加載有助於提高性能。

再次，單例類能夠被繼承，他的方法能夠被覆寫。可是靜態類內部方法都是static，沒法被覆寫。

最後一點，單例類比較靈活，畢竟從實現上只是一個普通的Java類，只要知足單例的基本需求，你能夠在裏面爲所欲爲的實現一些其它功能，可是靜態類不行。從上面這些歸納中，基本能夠看出兩者的區別，可是，從另外一方面講，咱們上面最後實現的那個單例模式，內部就是用一個靜態類來實現的，因此，兩者有很大的關聯，只是咱們考慮問題的層面不一樣罷了。兩種思想的結合，才能造就出完美的解決方案，就像HashMap採用數組+鏈表來實現同樣，其實生活中不少事情都是這樣，單用不一樣的方法來處理問題，老是有優勢也有缺點，最完美的方法是，結合各個方法的優勢，才能最好的解決問題！

四、建造者模式（Builder）

工廠類模式提供的是建立單個類的模式，而建造者模式則是將各類產品集中起來進行管理，用來建立複合對象，所謂複合對象就是指某個類具備不一樣的屬性，其實建造者模式就是前面抽象工廠模式和最後的Test結合起來獲得的。咱們看一下代碼：

還和前面同樣，一個Sender接口，兩個實現類MailSender和SmsSender。最後，建造者類以下：

public class Builder {  
    private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();  
    public void produceMailSender(int count){  
        for(int i=0; i<count; i++){  
            list.add(new MailSender());  
        }  
    }  
    public void produceSmsSender(int count){  
        for(int i=0; i<count; i++){  
            list.add(new SmsSender());  
        }  
    }  
}

測試類：

public class Test {  
    public static void main(String[] args) {  
        Builder builder = new Builder();  
        builder.produceMailSender(10);  
    }  
}

從這點看出，建造者模式將不少功能集成到一個類裏，這個類能夠創造出比較複雜的東西。因此與工程模式的區別就是：工廠模式關注的是建立單個產品，而建造者模式則關注建立符合對象，多個部分。所以，是選擇工廠模式仍是建造者模式，依實際狀況而定。

五、原型模式（Prototype）

原型模式雖然是建立型的模式，可是與工程模式沒有關係，從名字便可看出，該模式的思想就是將一個對象做爲原型，對其進行復制、克隆，產生一個和原對象相似的新對象。本小結會經過對象的複製，進行講解。在Java中，複製對象是經過clone()實現的，先建立一個原型類：

public class Prototype implements Cloneable {  
  
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
        Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
        return proto;  
    }  
}

很簡單，一個原型類，只須要實現Cloneable接口，覆寫clone方法，此處clone方法能夠改爲任意的名稱，由於Cloneable接口是個空接口，你能夠任意定義實現類的方法名，如cloneA或者cloneB，由於此處的重點是super.clone()這句話，super.clone()調用的是Object的clone()方法，而在Object類中，clone()是native的，具體怎麼實現，我會在另外一篇文章中，關於解讀Java中本地方法的調用，此處再也不深究。在這兒，我將結合對象的淺複製和深複製來講一下，首先須要瞭解對象深、淺複製的概念：

淺複製：將一個對象複製後，基本數據類型的變量都會從新建立，而引用類型，指向的仍是原對象所指向的。

深複製：將一個對象複製後，不管是基本數據類型還有引用類型，都是從新建立的。簡單來講，就是深複製進行了徹底完全的複製，而淺複製不完全。

此處，寫一個深淺複製的例子：

public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
    private static final long serialVersionUID = 1L;  
    private String string;  
    private SerializableObject obj;  
    /* 淺複製 */  
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
        Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
        return proto;  
    }  
    /* 深複製 */  
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
  
        /* 寫入當前對象的二進制流 */  
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
        oos.writeObject(this);  
  
        /* 讀出二進制流產生的新對象 */  
        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;  
}

要實現深複製，須要採用流的形式讀入當前對象的二進制輸入，再寫出二進制數據對應的對象。

因爲文章篇幅較長，爲了更好的方便讀者閱讀，我將接下了的其它介紹放在另外一篇文章中（也許會分兩篇來），感謝你們提出寶貴的意見和建議！