（筆記）設計模式 - 建立型模式工廠方法模式、抽象工廠模式、單例模式、建造者模式、原型模式

時間 2019-12-07

標籤筆記設計模式建立工廠方法抽象建造者原型简体版

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原貼：http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8194653設計模式

## 工廠方法模式（Factory Method）數組

工廠方法模式分爲三種：安全

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。服務器

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。多線程

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。閉包

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。ide

## 抽象工廠模式（Abstract Factory）函數

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。性能

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！學習

## 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。

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！

## 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。

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。

## 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。

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：