浅析常用设计模式-创建型

jiezi

5 年前

单例模式是一种常见的设计模式。通过单例模式可以确保某个类 有且仅有 一个对象实例，能够自行实例化并向整个系统提供了这个实例。确保所有对象访问的都是同一个实例，避免对资源的多重占用，减少系统的性能开销。

注： Spring 的 bean 默认为单例模式

将构造函数设置为私有，限制外部实例化该对象
提供一个 getInstance 方法返回内部创建的实例对象

饿汉式是最简单的一种实现方式。它在类加载的时候就对对象进行实例，并在整个系统的生命周期中一直存在，避免了多线程同步的问题。不过即使系统自始至终都没有使用该对象时也会被创建，就会造成内存资源的浪费。

public class Singleton {

    // 私有化构造函数，使该类不会被实例化
    private Singleton(){}
    
    // 创建 Singleton 的一个对象实例
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 获取唯一可用的对象实例
    public static Singleton getInstance(){return instance;}
}

懒汉式是在系统需要时才会去创建，如果实例已经存在了，那么当再次调用获取实例的接口时将不会再次创建对象，而是直接返回之前创建的对象。但是这里的懒汉式没有考虑到线程安全的问题，在多线程下可能会并发调用它的 getInstance() 方法，导致创建多个对象实例。该模式适合单线程下使用。

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

为了解决懒汉式带来的线程安全问题，一般有三种解决办法

为 `getInstance()` 添加同步锁

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

缺点： 效率低下，第一次加载会稍慢，虽然解决了线程同步的问题，但是以后每次调用 getInstance() 方法都会进行同步，造成不必要的资源消耗。

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

优点： 资源利用率高，只有第一次调用 getInstance() 方法才会上锁并创建对象实例，以后每次调用都不再需要进行同步操作，减少了系统的开销。
缺点： 第一次加载会稍慢。

这种写法的亮点主要是在 getInstance() 方法中进行双重的判断，第一层判断主要是为了避免不必要的同步，第二层判断则是为了实例为 null 时才去创建实例。

public class Singleton {private Singleton(){};

    public static class SingletonHolder {private static final Singleton instance = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance(){return SingletonHolder.instance;}
}

这是最推荐的一种书写方法，可以同时保证线程安全和懒汉式的延迟加载。

工厂模式是在 Java 开发中最常用的一种实例化对象的设计模式，它大致可分为三类：简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

优点：

解耦。将对象的创建和使用分开，用户只需要知道工厂的名称就能得到具体的产品，无需知道产品的具体实现过程。
扩展性高。当需要增加新产品时，只需要添加一个具体的产品类和对应的工厂类即可，无需对原工厂进行任何修改，满足开闭原则。

缺点： 每增加一个新产品就要添加一个具体的产品类和对应的工厂类，增加系统的复杂度。

在面向对象编程领域中，开闭原则 规定“软件中的对象（类，模块，函数等等）应该 对于扩展是开放的，但是对于修改是封闭的”

简单工厂模式又称为静态工厂方法模式。它只有一个工厂类和一个产品抽象类，当新增一个产品时，就需要对工厂类进行修改。
一个工厂可以生产多种产品。客户需要知道传入工厂类的参数，不关心产品如何生产。
简单工厂模式并不是 23 种设计模式之一，只能算是工厂模式的一个特殊实现。因为它违背了 开闭原则。

抽象产品类。抽象一个产品基类（或接口），定义产品的某些特征。
具体产品类。继承抽象产品类，创建具体需要的产品的实例。
简单工厂类。简单工厂模式的核心，根据需求创建（调用）具体的产品对象。

抽象产品类

package SimpleFactory;

public abstract class Product {

    // 描述产品的特征
    public abstract void getInformation();}

具体产品类 A、B

package SimpleFactory;

public class ProductA extends Product {public void getInformation() {System.out.println("产品 A");
    }
}

package SimpleFactory;

public class ProductB extends Product {public void getInformation() {System.out.println("产品 B");
    }
}

简单工厂类

package SimpleFactory;

public class Factory {

    public static final int TYPE_A = 1;
    public static final int TYPE_B = 2;

    public static Product createProduct(int type) {switch (type){
            case TYPE_A:
                return new ProductA();
            case TYPE_B:
                return new ProductB();
            default:
                System.out.println("没有该产品！");
                return null;
        }
    }
}

测试

package SimpleFactory;

public class Consumer {public static void main (String args[]) {Product productA = Factory.createProduct('A');
        productA.getInformation();

        Product productB = Factory.createProduct('B');
        productB.getInformation();

        // 不存在 C 产品, 会空指针报错
        Product productC = Factory.createProduct('C');
        productC.getInformation();}
}

工厂方法模式又称为多态性工厂模式。它有多个工厂类和一个产品抽象类。完全实现了开闭原则。
一个工厂只生产一个产品。客户不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建。

在工厂方法模式中，核心的工厂类提取成为一个抽象工厂类，由对应产品的子类工厂负责创建对应的产品类对象。抽象工厂类只负责定义子类工厂需要实现的接口，不涉及具体产品类实例化的细节。

抽象工厂类。工厂方法模式的核心，与应用程序无关。任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。定义工厂类的方法，用来创建产品类。在 Java 中由抽象类或接口实现。
具体工厂类。实现抽象工厂接口的具体工厂类，包含与应用程序密切相关的逻辑。用于创建对应的产品对象。
抽象产品类。定义产品公有的属性、方法。在 Java 中由抽象类或接口实现。
具体产品类。实现对应产品类的属性、方法。

抽象产品类

package FactoryMethod;

public interface Product {void getInformation();

}

具体产品类 A、B

package FactoryMethod;

public class ProductA implements Product{public void getInformation() {System.out.println("产品 A");
    }
}

package FactoryMethod;

public class ProductB implements Product{public void getInformation() {System.out.println("产品 B");
    }
}

抽象工厂类

package FactoryMethod;

import SimpleFactory.Product;

public interface Factory {Product createProduct();

}

具体工厂类 A、B

package FactoryMethod;

public class FactoryA implements Factory {public Product createProduct() {return new ProductA();
    }
}

package FactoryMethod;

public class FactoryB implements Factory {public Product createProduct() {return new ProductB();
    }
}

测试

package FactoryMethod;

public class Consumer {public static void main(String[] args){Factory factoryA = new FactoryA();
        Product productA = factoryA.createProduct();
        productA.getInformation();

        Factory factoryB = new FactoryB();
        Product productB = factoryB.createProduct();
        productB.getInformation();}
}

抽象工厂模式又称为工具箱模式。它有多个工厂类和多个产品类。不符合开闭原则。
一个工厂可以生产一组产品。提供一个创建一系列或相互依赖的对象的接口，而无需指定它们具体的类。
缺点： 添加新的产品对像时，难以扩展抽象工厂以便生产新种类的产品。
区别： 抽象工厂是生产一整套有产品的（至少要生产两个产品)，这些产品必须相互是有关系或有依赖的（同属于同一个产品族的产品是在一起使用的），而工厂方法中的工厂是生产单一产品的工厂。

抽象工厂类。抽象工厂模式的核心，与应用程序无关。任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。在 Java 中由抽象类或接口实现。
具体工厂类。实现抽象工厂接口的具体工厂类，包含与应用程序密切相关的逻辑。用于创建对应的产品对象。
抽象产品类。定义产品公有的属性、方法。在 Java 中由抽象类或接口实现。
具体产品类。抽象工厂模式所创建的任何产品对象都是某一个具体产品类的实例。在抽象工厂中创建的产品属于同一产品族，这不同于工厂模式中的工厂只创建单一产品。

抽象产品类 A、B

package AbstractFactory;

public interface ProductA {

}

package AbstractFactory;

public interface ProductB {

}

具体产品类 A1、A2、B1、B2

package AbstractFactory;

public class ProductA1 implements ProductA {public ProductA1(){System.out.println("产品 A1");
    }
}

package AbstractFactory;

public class ProductA2 implements ProductA {public ProductA2(){System.out.println("产品 A2");
    }
}

package AbstractFactory;

public class ProductB1 implements ProductB {public ProductB1(){System.out.println("产品 B1");
    }
}

package AbstractFactory;

public class ProductB2 implements ProductB {public ProductB2(){System.out.println("产品 B2");
    }
}

抽象工厂类

package AbstractFactory;

public interface Factory {ProductA createProductA();
    
    ProductB createProductB();}

具体工厂类 1、2

package AbstractFactory;

/**
 * @ClassName: FactoryA
 * @Description: 生成产品 A1、B1
 */
public class Factory1 implements Factory {public ProductA createProductA() {return new ProductA1();
    }

    public ProductB createProductB() {return new ProductB1();
    }
}

package AbstractFactory;

/**
 * @ClassName: Factory2
 * @Description: 生成产品 A2、B2
 */
public class Factory2 implements Factory {public ProductA createProductA() {return new ProductA2();
    }

    public ProductB createProductB() {return new ProductB2();
    }
}

测试

package AbstractFactory;

public class Consumer {public static void main(String [] args){Factory1 factory1 = new Factory1();
        factory1.createProductA();
        factory1.createProductB();

        Factory2 factory2 = new Factory2();
        factory2.createProductA();
        factory2.createProductB();}
}

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浅析常用设计模式-创建型

单例模式

一. 概念

二. 实现方法

三. 几种基本写法

1. 饿汉式（线程安全）

2. 懒汉式（线程不安全）

3. 懒汉式（线程安全）

为 `getInstance()` 添加同步锁

双重检查

静态内部类

工厂模式

一. 简单工厂模式

1. 概念

2. 角色类

3. 实例

二. 工厂方法模式

1. 概念

2. 角色类

3. 实例

三. 抽象工厂模式

1. 概念

2. 角色类

3. 实例

单例模式

一. 概念

二. 实现方法

三. 几种基本写法

1. 饿汉式（线程安全）

2. 懒汉式（线程不安全）

3. 懒汉式（线程安全）

为 getInstance() 添加同步锁

双重检查

静态内部类

工厂模式

一. 简单工厂模式

1. 概念

2. 角色类

3. 实例

二. 工厂方法模式

1. 概念

2. 角色类

3. 实例

三. 抽象工厂模式

1. 概念

2. 角色类

3. 实例

为 `getInstance()` 添加同步锁