# 一、概述

设计模式不是代码,而是解决问题的方案,学习现有的设计模式可以做到经验复用。

拥有设计模式词汇,在沟通时就能用更少的词汇来讨论,并且不需要了解底层细节。

# 二、单例模式

# 意图

确保一个类只有一个实例,并提供了一个全局访问点。

# 类图

使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。

私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例,只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。

# 使用场景

  • Logger Classes
  • Configuration Classes
  • Accesing resources in shared mode
  • Factories implemented as Singletons

# JDK 的使用

# 实现

# 懒汉式-线程不安全

以下实现中,私有静态变量 uniqueInstance 被延迟化实例化,这样做的好处是,如果没有用到该类,那么就不会实例化 uniqueInstance,从而节约资源。

这个实现在多线程环境下是不安全的,如果多个线程能够同时进入 if(uniqueInstance == null) ,那么就会多次实例化 uniqueInstance。

public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

# 懒汉式-线程安全

只需要对 getUniqueInstance() 方法加锁,那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法,从而避免了对 uniqueInstance 进行多次实例化的问题。

但是这样有一个问题,就是当一个线程进入该方法之后,其它线程试图进入该方法都必须等待,因此性能上有一定的损耗。

public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
    if (uniqueInstance == null) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
    return uniqueInstance;
}

# 饿汉式-线程安全

线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化了多次,如果 uniqueInstance 采用直接实例化的话,就不会被实例化多次,也就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的优势。

private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();

# 双重校验锁-线程安全

uniqueInstance 只需要被实例化一次,之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行。也就是说,只有当 uniqueInstance 没有被实例化时,才需要进行加锁。

双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被初始化了,如果没有被实例化,那么才对实例化语句进行加锁。

public class Singleton {

    private volatile static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

考虑下面的实现,也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的情况下,如果两个线程同时执行 if 语句,那么两个线程就会同时进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作,但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句,只是早晚的问题,也就是说会进行两次实例化,从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁,也就是需要使用两个 if 判断。

if (uniqueInstance == null) {
    synchronized (Singleton.class) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
}

# 三、简单工厂

# 意图

在创建一个对象时不向客户暴露内部细节;

# 类图

简单工厂不是设计模式,更像是一种编程习惯。它把实例化的操作单独放到一个类中,这个类就成为简单工厂类,让简单工厂类来决定应该用哪个子类来实例化。

这样做能把客户类和具体子类的实现解耦,客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个,如果不使用简单工厂,所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变,例如增加子类,那么所有的客户类都要进行修改。

如果存在下面这种代码,就需要使用简单工厂将对象实例化的部分放到简单工厂中。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        int type = 1;
        Product product;
        if (type == 1) {
            product = new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            product = new ConcreteProduct2();
        } else {
            product = new ConcreteProduct();
        }
    }
}

# 实现

public interface Product {
}
public class ConcreteProduct implements Product{
}
public class ConcreteProduct1 implements Product{
}
public class ConcreteProduct2 implements Product{
}
public class SimpleFactory {
    public Product createProduct(int type) {
        if (type == 1) {
            return new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            return new ConcreteProduct2();
        }
        return new ConcreteProduct();
    }
}
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
        Product product = simpleFactory.createProduct(1);
    }
}

# 四、工厂方法模式

# 意图

定义了一个创建对象的接口,但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化推迟到子类。

# 类图

在简单工厂中,创建对象的是另一个类,而在工厂方法中,是由子类来创建对象。

下图中,Factory 有一个 doSomethind() 方法,这个方法需要用到一组产品对象,这组产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的,需要由子类去实现。

# 实现

public abstract class Factory {
    abstract public Product factoryMethod();
    public void doSomethind() {
        Product product = factoryMethod();
        // do something with the product
    }
}
public class ConcreteFactory extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}
public class ConcreteFactory1 extends Factory{
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct1();
    }
}
public class ConcreteFactory2 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

# 五、抽象工厂模式

# 意图

提供一个接口,用于创建 相关的对象家族

# 类图

抽象工厂模式创建的是对象家族,也就是很多对象而不是一个对象,并且这些对象是相关的,也就是说必须一起创建出来。而工厂模式只是用于创建一个对象,这和抽象工厂模式有很大不同。

抽象工厂模式用到了工厂模式来创建单一对象,在类图左部,AbstractFactory 中的 createProductA 和 createProductB 方法都是让子类来实现,这两个方法单独来看就是在创建一个对象,这符合工厂模式的定义。

至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现,Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象,在这里这两个对象就有很大的相关性,Client 需要同时创建出这两个对象。

从高层次来看,抽象工厂使用了组合,即 Cilent 组合了 AbstractFactory,而工厂模式使用了继承。

# 代码实现

public class AbstractProductA {
}
public class AbstractProductB {
}
public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}
public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}
public class ProductB1 extends AbstractProductB{
}
public class ProductB2 extends AbstractProductB{
}
public abstract class AbstractFactory {
    abstract AbstractProductA createProductA();
    abstract AbstractProductB createProductB();
}
public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory{
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}
public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
        AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
        abstractFactory = new ConcreteFactory2();
        productA = abstractFactory.createProductA();
    }
}