Java 设计模式的学习（含代码），未完待续

悠悠 2022-09-24 04:26 158阅读 0赞

1. 工厂模式：

普通工程模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。

例子如（发送邮件和短信的例子）：

首先分析，先创建接口，两者都需要一个共同的接口发送接口：

//
    //
    public interface Sender{
       public void Send();
    }

创建实现类：

邮件发送类：

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

短信发送类：

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

最后，就是重要的工厂类了，其写法如下：

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("请输入正确的类型!");
         return;
             }
        }
    
    }

测试类

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

2.多个工厂模式的案例：

多个工厂模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确的创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

上面的方法虽说是一种工厂模式，但是有很大的缺陷，比如说，传递的字符串是错误的，我们就没有办法，创建实例了，可以做如下的改动：

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

测试类的写法如下：

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

3.静态工厂模式，静态工厂模式的方法，与多个工厂模式的方法类似，但是肯定有不一样的地方。

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

测试类的写法如下：

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

关于工厂模式的总结：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂化类，所以，在大多数情况下，我们会选用第三种---静态工厂方法模式。

4.抽象的工厂模式：

工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以从设计角度考虑，有一定的问题，所以就产生了，新的工程模式，抽象工厂模式。

/**
       公共的接口
    */
    public interface Sender{
        public void Send();
    }

/**
     *两个实现类  
    */
    
    public calss MailSender implements Sender{
        @Override
         public void Send{
              System.out.println("this is mailsender!");
         }
    }
    
    /**
     *发送短信
    */
    public class SmsSender implements Sender{
        @Override
         public void Send(){
              System.out.println("this is sms Sender");
         }
    }

两个工厂类：

public  calss SendMainFactory implements Provider{
          @Override
            public Sender produce(){
                  return new MailSender();
            }
    }
    
    
    public class SendSmsFactory implements Provider{
          @Override
           public Sender produce(){
                return new SmsSender();
          }
    }
    
    
    /**
    * 提供的一个Provider的接口
    */
    public interface Provider{
          public Sender produce();
    }

测试类：

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

抽象单例模式的好处：如果你现在想添加一个功能，通过其他的途径 发送消息，你只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。

二 . 单例模式

单例对象是一种常用的设计模式。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：

1. 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

2.省去了new 操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力

3. 有些类似如交易所的核心交易引擎，控制这交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只用使用单例模式，才能保证核心交易服务器地理控制整个流程。

简单的单例类：

public class Singleton{
        /**
         *持有私有静态实例，防止被引用，此处复制为null，目的是实现延迟加载
        */
        private static Singleton instance = null;
        //私有构造方法
        private  Singleton(){}
        //静态工程方法，创建实例
        public static Singleton getInstance(){
            if(instance == null){
                  instance =new Singleton();
             }
             return instance;
        }
        //如果该对象被用于实例化，可以保证对象在序列化前后保持一致
         public Object readResolve(){
              return instance;
         }
    
    }

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决，我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

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

但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance(),都要对队形上锁，事实上，只有在第一次很粗昂见对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

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

看上去是解决了问题，将synchronized关键字加载了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升，但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和复制操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();的语句是分两步执行的，但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接复制给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。

这样就可能出错了，我们以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，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();

c>由于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），然后A离开了synchronized块。

d>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了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，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

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

实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够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。这样当我们第一 次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我 们就不用担心上面的问题。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。这样我们暂时总结一个完美的单例模式：

1.public class Singleton {  
    2.  
    3.    /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
    4.    private Singleton() {  
    5.    }  
    6.  
    7.    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
    8.    private static class SingletonFactory {  
    9.        private static Singleton instance = new Singleton();  
    10.    }  
    11.  
    12.    /* 获取实例 */  
    13.    public static Singleton getInstance() {  
    14.        return SingletonFactory.instance;  
    15.    }  
    16.  
    17.    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
    18.    public Object readResolve() {  
    19.        return getInstance();  
    20.    }  
    21.}

其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选 择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建 加synchronized关键字，也是可以的：

1.public class SingletonTest {  
    2.  
    3.    private static SingletonTest instance = null;  
    4.  
    5.    private SingletonTest() {  
    6.    }  
    7.  
    8.    private static synchronized void syncInit() {  
    9.        if (instance == null) {  
    10.            instance = new SingletonTest();  
    11.        }  
    12.    }  
    13.  
    14.    public static SingletonTest getInstance() {  
    15.        if (instance == null) {  
    16.            syncInit();  
    17.        }  
    18.        return instance;  
    19.    }  
    20.}

考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。补充：采用”影子实例”的办法为单例对象的属性同步更新

1.public class SingletonTest {  
    2.  
    3.    private static SingletonTest instance = null;  
    4.    private Vector properties = null;  
    5.  
    6.    public Vector getProperties() {  
    7.        return properties;  
    8.    }  
    9.  
    10.    private SingletonTest() {  
    11.    }  
    12.  
    13.    private static synchronized void syncInit() {  
    14.        if (instance == null) {  
    15.            instance = new SingletonTest();  
    16.        }  
    17.    }  
    18.  
    19.    public static SingletonTest getInstance() {  
    20.        if (instance == null) {  
    21.            syncInit();  
    22.        }  
    23.        return instance;  
    24.    }  
    25.  
    26.    public void updateProperties() {  
    27.        SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
    28.        properties = shadow.getProperties();  
    29.    }  
    30.}

通过单例模式的学习告诉我们：

1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。

2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者突然想到另一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）

其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。

再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。

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，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类 不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我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，所以，二者有很 大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。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+链表来实现一样，其实生活中很多事 情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！

4. 建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓符合对象就是指摸个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Text结合起来得到的。

与发送短信，发送邮件的一样，需要一个Sensor接口，两个实现类，MailSender和SmsSender。最后，建造者类如下。

//
    
    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());
              }
         }
    }

测试类的写法：

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

从这点可以看出，建造者模式将很多功能继承到一个类里，这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工厂模式的区别就是：工厂模式关注的是创建单个产品，而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。因此，是选择工厂模式和建造者模式，依据实际情况而定。