Java23种设计模式

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[JAVA]23种设计模式:工厂方法模式，抽象工厂模式，单例模式Ⅰ

设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。

设计模式的分类

分为三大类：

创造型模式(五种)

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

结构型模式(七种)

适配器模式，装饰器模式，代理模式，外观模式，桥接模式，组合模式，享元模式

行为型模式(十一种)

策略模式，模板方法模式，观察者模式，迭代子模式，责任链模式，命令模式，备忘录模式，状态模式，访问者模式，中介者模式，解释器模式

补充：并发型模式，线程池模式

1、工厂方法模式（Factory Method）

工厂方法模式分为三种

1.1普通工厂方法模式

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:

//共同接口
public interface Sender {
    public void Send();
}

public class CommonFactoryMailSender implements Sender{

    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("This is MailSender!");
    }
    
}

public class CommonFactorySmsSender implements Sender{

    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("This is Sms Sender!");
    }
    
}

建立工厂类:

public class CommonFactorySendFactory {
    public Sender producSender(String type){
        if("mail".equals(type)){
            return new CommonFactoryMailSender();
        }else if("sms".equals(type)){
            return new CommonFactorySmsSender();
        }else{
            System.out.println("类型错误！");
            return null;
        }
    }
}

进行使用：

public void testName() {
        CommonFactorySendFactory factorySendFactory= new CommonFactorySendFactory();
        Sender sender=factorySendFactory.producSender("mail");
        sender.Send();
        };
    }

1.2多个工厂方法模式

对普通工厂方法模式进行改进，提供多个工厂方法模式，分别创建对象

public class MultipleFactorySendFactory {
    public CommonFactoryMailSender produceSenderMail(){
        return new CommonFactoryMailSender();
    }
    public CommonFactorySmsSender produceSenderSms(){
        return new CommonFactorySmsSender();
    }
}

测试如下：

    public void test2(){
        MultipleFactorySendFactory factorySendFactory=new MultipleFactorySendFactory();
        Sender sender=factorySendFactory.produceSenderMail();
        sender.Send();
    }

1.3静态工厂方法模式

将多个工厂方法模式中的方法设置为静态，不需要创建实例，可以直接调用

public class StaticFactorySendFactory {
    public static CommonFactoryMailSender procduceSenderMail(){
        return new CommonFactoryMailSender();
    }
    public static CommonFactorySmsSender procduceSenderSms(){
        return new CommonFactorySmsSender();
    }
}

测试如下：

public void test3() {
    Sender sender=StaticFactorySendFactory.procduceSenderSms();
    sender.Send();
}

1.4总结

工厂方法模式适合大量需要创建，且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建对于以上三种，第一种通过字符串判断来创建对应的对象，第三种相对于第二种不需要实例化工厂类，一般情况下使用静态工厂方法模式

2、抽象工厂模式（Abstract Factory）

工厂方法模式存在的问题是：类的创建依赖工厂类，如果想要扩展程序，就需要对工厂类进行修改，此时违背了闭包原则。从设计的角度，使用抽象工厂模式创建多个类，若需要新增功能直接增加新的工厂即可，同时无需修改之前的代码

public interface Sender {
    public void Send();
}

继承并实现方法：

//SmsSender
public class SmsSender implements Sender {

    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("SmsSender!");
    }

}

//MailSender
public class MailSender implements Sender {

    @Override
    public void Send() {
        System.out.println("MailSender!");
    }

}

实现共同接口：

public interface Sender {
    public void Send();
}

实现两个工厂类：

public class SendSmsFactory implements Provider{

    @Override
    public Sender produce() {
       return new SmsSender();
    }

}

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

测试如下：

public void name() {
    Provider provider=new SendMailFactory();
    com.louzin.java23.abstractfactory.Sender sender=provider.produce();
    sender.Send();
}

2.1总结

若想添加一个新的功能，只需要做一个实现类实现Sender接口，同时创建一个工厂类实现Provider接口，无需改动现成的代码，扩展性较好

3、单例模式（Singleton）

单例对象（Singleton）是一种常见的设计模式。在Java的应用中，能保证在一个JVM中只存在一个该对象的实例，这样的好处是：

限制某些繁琐类的建立，这类大型对象的创建是一笔很大的开销
无需重复new，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力
保证程序的核心流程只能创建一个

public class SingletonDemo1 {
    /* 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 SingletonDemo1 instance = null;

    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
    private SingletonDemo1() {
    }

    /* 静态工程方法，创建实例 */
    public static SingletonDemo1 getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonDemo1();
        }
        return instance;
    }

    /* 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 */
    public Object readResolve() {
        return instance;
    }
}

这个类可以满足单例的基本要求，但是若将其置于多线程环境，将会出现问题，我们会对getInstance方法加synchronized关键字：

public static synchronized SingletonDemo1 getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new SingletonDemo1();
		}
		return instance;
	}

但是synchronized锁住的是这个对象，每次调用的时候都要加锁，非常影响性能。实际上，只有第一次创建的时候才需加锁，之后就不需要了：

public static SingletonDemo1 getInstance() {
    if (instance == null) {
        synchronized (instance) {
            if (instance == null) {
                instance = new SingletonDemo1();
            }
        }
    }
    return instance;
}

这种方式很好理解，将加锁放在了内部，在调用的时候并不会加锁，只有在创建的时候才会加锁、 但是这种情况还是可能会出现问题：

在Java指令中，创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new SingletonDemo1()是分开进行的，但是JVM并不能保证这两个操作的先后顺序，也就可能会出现JVM先为新的SingletonDemo1实例分配空间，然后直接赋值给instance，在此之后才进行初始化SingletonDemo1实例，此时便会出错

以下为例：

A，B两个线程同时调用了这个类
A先判断完，进入synchronized块执行了instance = new SingletonDemo1()
JVM内部优化机制，先分配了空白内存，并完成赋值，此时还未初始化这个实例
B判断instance不是null后离开了synchronized块，并将结果返回给调用方法
调用方法抛出异常

解决方式如下：

/* 此处使用一个内部类来维护单例 */
private static class SingletonDemo1Factory {
       private static SingletonDemo1 instance = new Singleton();
}
/* 获取实例 */
public static SingletonDemo1 getInstance() {
    return SingletonDemo1.instance;
}

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,当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能帮我们保证只会创建一次，并会把赋值给instance的内存初始化完成，以保证正常运行

但是如果在构造函数中抛出异常，实例将永远不会创建，也会造成出错，我们只能根据实际情况，选择最合适的应用场景

补充(分离创建和获取):

public class SingletonTest {
    private static SingletonTest instance = null;
    //阻止实例化
    private SingletonTest() {
    }
    //分离创建和获取
    private static synchronized void syncInit() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingletonTest();
        }
    }
    //获取对象
    public static SingletonTest getInstance() {
        if (instance == null) {
            syncInit();
        }
        return instance;
    }
    //序列化一致性保证
    public Object readResolve() {
        return instance;
    }
}

3.1影子实例

采用"影子实例"的方法为单例对象的属性同步更新

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();
	}
}
``` 4、建造者模式（Builder）
工厂类模式服务于单个类，而建造者模式将各个类集中起来管理，用来创建复合对象，实际上就是抽象工厂类和`Test`的结合：
`Sender`接口，两个实现类`MailSender`和`SmsSender`

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设计模式的分类

1、工厂方法模式（Factory Method）

1.1普通工厂方法模式

1.2多个工厂方法模式

1.3静态工厂方法模式

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2、抽象工厂模式（Abstract Factory）

2.1总结

3、单例模式（Singleton）

3.1影子实例

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