创建型模式

工厂方法模式(Factory Method)

工厂方法模式分为三种 :普通工厂模式,多个工厂方法模式,静态工厂方法模式

普通工厂模式

• 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:

--- 发送邮件和短信
- 接口
public interface Sender{
    public void Send();
}




- 实现类
public class MailSender implements Sender{
    @Override
    public void Send(){
        System.out.println("MailSender Method");
    }
}
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
public class SmsSender implements Sender{
    @Override
    public void Send(){
        System.out.println("SmsSender Method");
    }
}




- 工厂类
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("Please input right type!");
        }
    }
}




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

多个工厂方法模式

• 多个工厂方法模式是对普通工厂方法模式的改进
• 普通工厂方法模式中,如果传递的字符串出错,则不能创建对象
• 多个工厂方法模式提供多个工厂方法,分别创建对象

- SendFactory类
public class SendFactory{
        public Sender produceMail(){
                return new MailSender();
        }

        public Sender produceSms(){
                return new SmsSender();
        }
}




- 测试类
public class FactoryTest{
        public static void main(String[] args){
                SendFactory factory=new SendFactory();
                Sender sender=factory.produceMail();
                sender.Send();
        }
}

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方法, 不需要创建实例 ,直接调用即可

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

        public static Sender produceSms(){
                return new SmsSender();
        }
}




- FactoryTest
public class FActoryTest{
        public static void main(String[] args){
                Sender sender=SenderFactory.produceMail();
                sender.Send();
        }
}

总结

• 工厂模式适合出现大量的产品需要创建,并且具有共同的接口,可以通过工厂方法模式创建:

  • 普通工厂模式: 如果传入字符串有误,就不能创建对象
  • 静态工厂方法模式相对于多个工厂方法模式 ,不需要实例化工厂类
  • 大多数情况下,采用静态工厂方法模式

抽象工厂模式(Abstract Factory)

• 工厂方法模式问题: 类的创建依赖工厂类.如果想要扩展程序,必须对工厂类进行修改,这违背了闭包原则
• 抽象工厂模式: 创建多个工厂类,一旦需要增加新的功能,直接增加工厂类就可以,不需要修改之前的工厂类

- Sender
public interface Sender{
        public void Sender();
}



- 两个实现类
  - MailSender 
public class MailSender implements Sender {
        @Override
        public void Send(){
                System.out.println("This is MailSender!");
        }
}



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



- 两个工厂类
  - 工厂类接口:
public interface Provider{
        public Sender produce();
}
  - SendMailFactory
public class SendMailFactory implements Provider{
        @Override
        public Sender produce(){
                return new MailSender();
        }
}
  - SendSmsFactory
public class SendSmsFactory implements Provider{
        @Override
        public Sender produce(){
                return new SmsSender();
        }
}




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

• 抽象工厂模式的优点就是拓展性强:

  • 如果需要增加一个功能,例如:发及时信息

    • 只需做一个实现类, 实现Sender接口
    • 做一个工厂类, 实现Provider接口

单例模式(Singleton)

• 单例模式 :保证在一个JVM中,一个单例对象只有一个实例存在

• 单例模式的优点:

  • 某些类创建比较繁琐,对于一些大型对象,可以减少很大的系统开销
  • 省去了new操作符,降低了系统内存的使用频率,减轻GC(Garbage Collection-垃圾回收)压力
  • 有些类比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,系统会完全混乱,所有只有使用单例模式,才能保证核心交易服务器独立控制整个流程

- 单例类
public class Singleton{
        /* 私有静态实例,防止被引用,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(){
        }

        /* 静态工厂方法,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;
        }
}

• 考虑到多线程安全,首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字:

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

由于synchronized锁住的是这个对象,这样的用法,每次调用getInstance(),都要对对象上锁,在性能上会有所下降.

• 只有在第一次创建对象的时候需要加锁,之后就不需要了:

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

这样似乎解决了问题,将synchronized关键字加入内部,这样在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的加锁,性能得到了提升,但是这样的情况还是有问题的

• 存在这样的情况:

  • 在Java中创建对象和赋值操作是分开进行的
  • 即instance=new Singleton()是分两步执行的

  • JVM并不保证这两个操作的先后顺序:

  • • 有可能JVM会为新的Singleton实例分配空空间,然后直接赋值给instance成员
    • 然后再去初始化这个Singleton实例
    • 这样就可能会出错

示例:

• A,B两个线程

  • A,B线程同时进入第一个if判断
  • A首先进入synchronized块,由于instance为null, 执行instance=new Singleton()
  • 由于JVM内部的优化机制 ,JVM先划出一些分配给Singleton的空白内存,并赋值给instance成员,此时还没有开始初始化这个实例,然后A离开了synchronized块
  • B进入synchronized, 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
  • 此时B线程打算使用Singleton实例,发现它还没有初始化,于是产生错误

代码需要进一步优化:

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互斥的
  • 当第一次调用getInstance时,JVM能够保证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
  • 该方法也只会在第一次调用的时候采用互斥机制,可以完美解决低性能的问题

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

    /* 使用内部类维护单例 */
    private static class SingletonFactory{
        private static Singleton instance=new Singleton();
    }

    /* 获取实例 */
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonFactory.instance;
    }

    /* 如果该对象被序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */
    public Object readResolve(){
        return getInstance();
    }
}

这种方法,如果在构造函数中抛出异常,实例将永远不会创建,也会出错.
只能根据实际场景,选择最适合应用场景的实现方法

• 因为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;
    }
}

• 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(intance==null){
            syncInit();
        }
        return instance;
    }

    public void updateProperties(){
        SingletonTest shadow=new SingletonTest();
        properties=shadow.getProperties();
    }
}

• 单例模式的特点:

  • 单例模式理解起来简单,具体实现起来是有一定难度的\

    • 同步
    • 异步

  • synchronized关键字锁定的是对象,使用的时候要在恰当的地方使用:

    • 注意需要使用锁的对象和过程,有时候不是整个对象及整个过程都需要锁

• 采用类的静态方法,可以实现单例模式的效果

  • 类的静态方法和单例模式的区别:

    • 静态类不能实现接口:

      • 从类的角度说,是可以的,但是这样就会破坏静态了
      • 接口中不允许有static修饰的方法,即使实现了也是非静态的

    • 单例可以被延迟启动:

      • 静态类在第一次加载时初始化
      • 单例延迟加载,是因为有些类比较庞大,延迟加载有助于提升性能

    • 单例可以被继承:

      • 单例中的方法可以被重写
      • 静态类内部方法都是static,无法重写

    • 单例比较灵活:

      • 从实现上讲,单例只是一个普通的Java类,只要满足单例的基本要求,可以随心所欲地实现其它功能
      • 静态类不行
  • 单例模式内部可以就是用一个静态类实现

建造者模式(Builder)

• 工厂模式提供的是创建单个类的模式

• 建造者模式: 将各种产品集中起来进行管理,用来创建复合对象

  • 复合对象: 指某个类具有不同的属性
• 建造者模式就是抽象工厂类模式和Test类结合起来得到的
• 代码实现: 一个Sender接口,两个实现类MailSender和SmsSender

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

• 建造者模式将很多功能集成到一个类里,这个类就可以创造出比较复杂的模块

• 建造者模式和工厂模式的区别:

  • 工厂模式关注的是创建单个产品
  • 建造者模式关注的是创建符合对象,多个部分

原型模式(Prototype)

• 原型模式: 将一个对象作为原型,进行复制,克隆,产生一个和原对象类似的新对象
• 原型模式虽然是创建型模式,但是与工厂模式没有关系
• 在Java中,复制对象是通过clone() 实现的

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

• 一个原型类,只需要实现Cloneable接口,重写clone() 方法
• clone方法可以改写为任何名称,因为Cloneable接口是个空接口,可以任意定义实现类的方法名

• 重点是super.clone():

  • super.clone() 方法调用的是Object的clone() 方法
  • 在Object类中 ,clone() 方法时native的

• 对象的深复制和浅复制:

  • 深复制:

    • 将一个对象复制后,不论是基本类型还是引用类型,都是重新创建的
    • 深复制会进行完全彻底的复制

  • 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的引用

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 clone() throws IOException,ClassNotFoundException{
    
    /* 写出当前对象的二进制流 */
    ByteArrayOutputStream bos=new ByteArrayOutputStream();
    ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(bos);
    oos.writeObject(this);

    /* 读入二进制流产生的新对象 */
    ByteArrayInputStream bis=new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
    OnjectInputStream 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:

  • 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