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23种JAVA设计模式(2)-创建模式

Mr_蜗牛
 Mr_蜗牛
发布于 2015/04/14 17:19
字数 3728
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四、Java的23中设计模式

A、创建模式

从这一块开始,我们详细介绍Java中23种设计模式的概念,应用场景等情况,并结合他们的特点及设计模式的原则进行分析。

1、工厂方法模式(Factory Method)

简单工厂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,如何解决?就用到工厂方法模式,创建一个工厂接口和创建多个工厂实现类,这样一旦需要增加新的功能,直接增加新的工厂类就可以了,不需要修改之前的代码。

请看例子:

public interface Sender {  
    public void Send();  
}

两个实现类:

public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
}
public class SmsSender implements Sender {  
  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is sms sender!");  
    }  
}

两个工厂类:

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

在提供一个接口:

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();  
    }  
}


其实这个模式的好处就是,如果你现在想增加一个功能:发及时信息,则只需做一个实现类,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。这样做,拓展性较好!


2、抽象工厂模式

工厂方法模式和抽象工厂模式不好分清楚,他们的区别如下:

工厂方法模式:

一个抽象产品类,可以派生出多个具体产品类。   

一个抽象工厂类,可以派生出多个具体工厂类。   

每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。


抽象工厂模式:

多个抽象产品类,每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。   

一个抽象工厂类,可以派生出多个具体工厂类。   

每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例,也就是创建的是一个产品线下的多个产品。


区别:

工厂方法模式只有一个抽象产品类,而抽象工厂模式有多个。   

工厂方法模式的具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例,而抽象工厂模式可以创建多个。

工厂方法创建 "一种" 产品,他的着重点在于"怎么创建",也就是说如果你开发,你的大量代码很可能围绕着这种产品的构造,初始化这些细节上面。也因为如此,类似的产品之间有很多可以复用的特征,所以会和模版方法相随。 

抽象工厂需要创建一些列产品,着重点在于"创建哪些"产品上,也就是说,如果你开发,你的主要任务是划分不同差异的产品线,并且尽量保持每条产品线接口一致,从而可以从同一个抽象工厂继承。对于java来说,你能见到的大部分抽象工厂模式都是这样的:

---它的里面是一堆工厂方法,每个工厂方法返回某种类型的对象。

比如说工厂可以生产鼠标和键盘。那么抽象工厂的实现类(它的某个具体子类)的对象都可以生产鼠标和键盘,但可能工厂A生产的是罗技的键盘和鼠标,工厂B是微软的。这样A和B就是工厂,对应于抽象工厂;每个工厂生产的鼠标和键盘就是产品,对应于工厂方法;用了工厂方法模式,你替换生成键盘的工厂方法,就可以把键盘从罗技换到微软。但是用了抽象工厂模式,你只要换家工厂,就可以同时替换鼠标和键盘一套。如果你要的产品有几十个,当然用抽象工厂模式一次替换全部最方便(这个工厂会替你用相应的工厂方法)所以说抽象工厂就像工厂,而工厂方法则像是工厂的一种产品生产线

3、单例模式(Singleton

单例对象(Singleton)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、有些类如交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,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),所以只有使用单例模式,才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

首先我们写一个简单的单例类:

public class Singleton {  
  
    /* 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 Singleton instance = null;  
  
    /* 私有构造方法,防止被实例化 */  
    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(),都要对对象上锁,事实上,只有在第一次创建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();  
                }  
            }  
        }  
        return instance;  
    }

似乎解决了之前提到的问题,将synchronized关键字加在了内部,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指令中创建对象和赋值操作是分开进行的,也就是说instance = new Singleton();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,然后直接赋值给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:

public class Singleton {  
  
    /* 私有构造方法,防止被实例化 */  
    private Singleton() {  
    }  
  
    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
    private static class SingletonFactory {  
        private static Singleton instance = new Singleton();  
    }  
  
    /* 获取实例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        return SingletonFactory.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 getInstance();  
    }  
}

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:

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

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();  
    }  
}

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)


5、原型模式(Prototype)

原型模式虽然是创建型的模式,但是与工程模式没有关系,从名字即可看出,该模式的思想就是将一个对象作为原型,对其进行复制、克隆,产生一个和原对象类似的新对象。本小结会通过对象的复制,进行讲解。在Java中,复制对象是通过clone()实现的,先创建一个原型类:

public class Prototype implements Cloneable {  
  
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
        Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
        return proto;  
    }  
}

很简单,一个原型类,只需要实现Cloneable接口,覆写clone方法,此处clone方法可以改成任意的名称,因为Cloneable接口是个空接口,你可以任意定义实现类的方法名,如cloneA或者cloneB,因为此处的重点是super.clone()这句话,super.clone()调用的是Object的clone()方法,而在Object类中,clone()是native的,具体怎么实现,我会在另一篇文章中,关于解读Java中本地方法的调用,此处不再深究。在这儿,我将结合对象的浅复制和深复制来说一下,首先需要了解对象深、浅复制的概念:

浅复制:将一个对象复制后,基本数据类型的变量都会重新创建,而引用类型,指向的还是原对象所指向的。

深复制:将一个对象复制后,不论是基本数据类型还有引用类型,都是重新创建的。简单来说,就是深复制进行了完全彻底的复制,而浅复制不彻底。

此处,写一个深浅复制的例子:

public class Prototype implements Cloneable, Serializable {  
  
    private static final long serialVersionUID = 1L;  
    private String string;  
  
    private SerializableObject obj;  
  
    /* 浅复制 */  
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException {  
        Prototype proto = (Prototype) super.clone();  
        return proto;  
    }  
  
    /* 深复制 */  
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {  
  
        /* 写入当前对象的二进制流 */  
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();  
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);  
        oos.writeObject(this);  
  
        /* 读出二进制流产生的新对象 */  
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());  
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);  
        return ois.readObject();  
    }  
  
    public String getString() {  
        return string;  
    }  
  
    public void setString(String string) {  
        this.string = string;  
    }  
  
    public SerializableObject getObj() {  
        return obj;  
    }  
  
    public void setObj(SerializableObject obj) {  
        this.obj = obj;  
    }  
  
}  
  
class SerializableObject implements Serializable {  
    private static final long serialVersionUID = 1L;  
}

要实现深复制,需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入,再写出二进制数据对应的对象。

本文转载自:http://blog.csdn.net/longyulu/article/details/9159589

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