设计模式

设计模式介绍

简单的介绍

  • 设计模式是程序员在面对同类软件工程设计问题所总结出来的有用的经验,模式不是代码,而是某类问题的通用解决方案,设计模式(Design pattern)代表了最佳的实践
  • 设计模式的本质提高 软件的维护性,通用性和扩展性,并降低软件的复杂度。
  • 设计模式并不局限于某种语言,java,php,c++ 都有设计模式。

设计模式的类型

  1. 创建型:单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式

  2. 结构型:适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享

    元模式、代理模式

  3. 行为型:模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者

    模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式(Interpreter模式)、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

单例模式

定义

  1. 所谓类的单例设计模式,就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例,并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。
  2. 单例模式有八种实现方式:(1) 饿汉式(静态常量)(2) 饿汉式(静态代码块)(3) 懒汉式(线程不安全)(4) 懒汉式(线程安全,同步方法)(5) 懒汉式(线程安全,同步代码块)(6) 双重检查(7) 静态内部类(8) 枚举

饿汉式(静态常量)

步骤

1.构造器私有化 (防止new)

2.类的内部创建对象

3.向外暴露一个静态的公共方法:getInstance

4.代码实现

代码部分

public class SingletonTest01 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
	}
}
//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {}
	//2.本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance = new Singleton();
	//3. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {return instance;}	
}

优缺点分析

1.优点:这种写法比较简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

2.缺点:在类装载的时候就完成实例化,没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例,则会造成内存的浪费

3.结论:这种单例模式可用可能造成内存浪费。

饿汉式(静态代码块)

与静态变量的方式类似,也是在类实例化的过程放在了静态代码块中。

class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {}
	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	static { // 在静态代码块中,创建单例对象
		instance = new Singleton();
	}
	//3. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {return instance;}
	
}

有关静态代码块的说明:

  • 静态代码块随着类的加载而执行,而且只执行一次
  • 静态代码块:执行优先级高于非静态的初始化块,它会在类初始化的时候执行一次,执行完成便销毁,它仅能初始化类变量,即static修饰的数据成员

懒汉式(线程不安全)

注:public static修饰的类的成员方法可以直接通过类名.方法名调用,类方法可在不实例化对象的前提下【直接调用】。

代码

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}

优缺点

1.优点:起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。

2.缺点:可能会导致多个实例出现的错误情况:如果在多线程下,一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式

结论

在实际开发中,不要使用这种方式,因为这种方式可能会产生多个实例,违背了单例模式。

懒汉式(线程安全,同步方法)

在线程不安全的基础上添加synchronized关键字来控制多线程不安全问题。

代码部分

// 懒汉式(线程安全,同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {instance = new Singleton();}
		return instance;
	}
}

优缺点

1.优点:解决了线程不安全问题,并且实现了lazy loading

2.缺点:效率太低了,每个线程在想获得类的实例时候,执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了,后面的想获得该类实例,直接return就行了方法进行同步效率太低

结论

在实际开发中,不推荐使用这种方式

懒汉式(线程安全,同步代码块)

该模式本质是在上一种模式上进行了改进,因为前面同步方法效率太低,

所以改为同步产生实例化的的代码块

代码部分

// 懒汉式(线程安全,同步代码块)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                instance = new Singleton();
            }
        }
		return instance;
	}
}

结论

这种方式无法实现线程同步的作用,跟第三种实现方式遇到的情形是一致的,假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。

在实际开发中,不能使用这种方式

双重检查

推荐使用,该方式既可以解决懒加载又可以解决线程安全和效率问题。

代码

class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法,加入双重检查代码,解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
	//同时保证了效率, 推荐使用
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

使用 volatile 修饰共享变量后,每个线程要操作变量时会从主内存中将变量拷贝到本地内存作为副本,当线程操作变量副本并写回主内存后,会通过 CPU 总线嗅探机制告知其他线程该变量副本已经失效,需要重新从主内存中读取。

volatile 保证了不同线程对共享变量操作的可见性,也就是说一个线程修改了 volatile 修饰的变量,当修改后的变量写回主内存时,其他线程能立即看到最新值。

总结

1.Double-Check概念是多线程开发中常使用到的,如代码中所示,我们进行了两次if (singleton == null)检查,这样就可以保证线程安全了。

2.这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if (singleton == null),直接return实例化对象,也避免的反复进行方法同步。

3.线程安全;延迟加载;效率较高

4.结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式

静态内部类

推荐使用

代码

// 静态内部类完成, 推荐使用
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
	}
	//提供一个静态的公有方法,直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	public static synchronized Singleton getInstance() {return SingletonInstance.INSTANCE;}
}

静态内部类在类加载时不会自动调用,只有在类的静态公有方法被调用时才会调用到该静态内部类,且只加载一次,实现了懒加载。

总结

1.这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

2.静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化,而是在需要实例化时,调用getInstance方法,才会装载SingletonInstance类,从而完成Singleton的实例化。

3.类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以在这里,JVM帮助我们保证了线程的安全性,在类进行初始化时,别的线程是无法进入的。

4.优点:避免了线程不安全,利用静态内部类特点实现延迟加载,效率高

5.结论:推荐使用

枚举

用枚举来实现单例。

代码

public class SingletonTest08 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
		instance.sayOK();
	}
}
//使用枚举,可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

总结

1.这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

2.这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式

3.结论:推荐使用

单例模式在JDK中的应用

在JDK中,java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式),因为runtime在java使用过程中一定会用到,所以不会存在内存浪费的现象。

设计模式

注意事项和细节说明

1 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能

2.当想实例化一个单例类的时候,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使用new

3.单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)

工厂模式

引出

场景介绍

看一个披萨的项目:要便于披萨种类的扩展,要便于维护

1.披萨的种类很多(比如 GreekPizz、CheesePizz 等)

2.披萨的制作有 prepare,bake, cut, box

3.完成披萨店订购功能。

(1)披萨的父类抽象类

//将Pizza 类做成抽象
public abstract class Pizza {
	protected String name; //名字
	//准备原材料, 不同的披萨不一样,因此,我们做成抽象方法
	public abstract void prepare();
	public void bake() {System.out.println(name + " baking;");}
	public void cut() {System.out.println(name + " cutting;");}
	//打包
	public void box() {System.out.println(name + " boxing;");}
	public void setName(String name) {this.name = name;}
}

(2)订购披萨类

public class OrderPizza {
	// 构造器
	public OrderPizza() {
		Pizza pizza = null;
		String orderType; // 订购披萨的类型
		do {
			orderType = getType();
			if (orderType.equals("greek")) {
				pizza = new GreekPizza();
				pizza.setName(" 希腊披萨 ");
			} else if (orderType.equals("cheese")) {
				pizza = new CheesePizza();
				pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
			} else {
				break;
			}
			//输出pizza 制作过程
			pizza.prepare();
			pizza.bake();
			pizza.cut();
			pizza.box();
			
		} while (true);
	}
   	private String getType() {//用于获取用户想要的披萨的种类的私有内部类
		try {
			BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			System.out.println("input pizza 种类:");
			String str = strin.readLine();
			return str;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}
}

(3)奶酪披萨、希腊披萨等

直接继承父类披萨类即可:

public class CheesePizza extends Pizza {
	@Override
	public void prepare() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 给制作奶酪披萨 准备原材料 ");
	}
}

希腊披萨

public class GreekPizza extends Pizza {
	@Override
	public void prepare() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 给希腊披萨 准备原材料 ");
	}
}

(4)披萨商店类,相当于一个客户端

//相当于一个客户端,发出订购
public class PizzaStore {
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		new OrderPizza();
	}
}

以上就是使用普通思想进行的编程

普通模式的优缺点

1.优点是比较好理解,简单易操作。

2.缺点是违反了设计模式的ocp原则,即对扩展开放,对修改关闭。即当我们给类增加新功能的时候,尽量不修改代码,或者尽可能少修改代码。

3.比如我们这时要新增加一个Pizza的种类(Pepper披萨),我们需要做如下修改:

设计模式

简单工厂模式

分析:修改代码可以接受,但是如果我们在其它的地方也有创建Pizza的代码,就意味着,也需要修改,而创建Pizza的代码,往往有多处

思路:创建Pizza对象封装到一个类中,这样我们有新的Pizza种类时,只需要修改该类就可,其它有创建到Pizza对象的代码就不需要修改了.-> 简单工厂模式。就是你要任何的披萨类的子类都从工厂里拿,不要私下联系就ok。

介绍

1.简单工厂模式是属于创建型模式,是工厂模式的一种。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式

2.简单工厂模式:定义了一个创建对象的类,由这个类来封装实例化对象的行为(代码)

3.在软件开发中,当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时,就会使用到工厂模式.

代码改进

简单工厂模式的设计方案: 定义一个可以实例化Pizza对象的类,封装创建对象的代码。

//简单工厂类
public class SimpleFactory {
	//更加orderType 返回对应的Pizza 对象
	//简单工厂模式 也叫 静态工厂模式,这个静态方法就可以直接通过类名.方法名来调用
	public static Pizza createPizza2(String orderType) {
		Pizza pizza = null;
		System.out.println("使用简单工厂模式2");
		if (orderType.equals("greek")) {
			pizza = new GreekPizza();
			pizza.setName(" 希腊披萨 ");
		} else if (orderType.equals("cheese")) {
			pizza = new CheesePizza();
			pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
		} else if (orderType.equals("pepper")) {
			pizza = new PepperPizza();
			pizza.setName("胡椒披萨");
		}
		return pizza;
	}
}

orederpizza可以改成以下形式:

public class OrderPizza2 {
	Pizza pizza = null;
	String orderType = "";
	// 构造器
	public OrderPizza2() {
		do {
			orderType = getType();
			pizza = SimpleFactory.createPizza2(orderType);//此处使用静态方法直接调用即可
			// 输出pizza
			if (pizza != null) { // 订购成功
				pizza.prepare();
				pizza.bake();
				pizza.cut();
				pizza.box();
			} else {
				System.out.println(" 订购披萨失败 ");
				break;
			}
		} while (true);
	}
	// 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
	private String getType() {
		try {
			BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			System.out.println("input pizza 种类:");
			String str = strin.readLine();
			return str;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}
}

在客户端中直接使用new OrderPizza2调用即可。

工厂方法模式

核心思想就是将特殊类的创建延迟到子类初始化时。

场景:披萨项目新的需求:客户在点披萨时,可以点不同口味的披萨,比如 北京的奶酪pizza、北京的胡椒pizza 或者是伦敦的奶酪pizza、伦敦的胡椒pizza。

介绍

工厂方法模式设计方案:将披萨项目的实例化功能抽象成抽象方法,在不同的口味点餐子类中具体实现。

工厂方法模式:定义了一个创建对象的抽象方法,由子类决定要实例化的类。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类

代码

设计模式

重点部分:

OrderPizza类

public abstract class OrderPizza {
	//定义一个抽象方法,createPizza , 让各个工厂子类自己实现
	abstract Pizza createPizza(String orderType);
	// 构造器
	public OrderPizza() {
		Pizza pizza = null;
		String orderType; // 订购披萨的类型
		do {
			orderType = getType();
			pizza = createPizza(orderType); //抽象方法,由工厂子类完成
			//输出pizza 制作过程
			pizza.prepare();
			pizza.bake();
			pizza.cut();
			pizza.box();
			
		} while (true);
	}
	// 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
	private String getType() {
		try {
			BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			System.out.println("input pizza 种类:");
			String str = strin.readLine();
			return str;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}
}

BJOrderPizza类:

public class BJOrderPizza extends OrderPizza {
	@Override
	Pizza createPizza(String orderType) {	
		Pizza pizza = null;
		if(orderType.equals("cheese")) {
			pizza = new BJCheesePizza();
		} else if (orderType.equals("pepper")) {
			pizza = new BJPepperPizza();
		}
		// TODO Auto-generated method stub
		return pizza;
	}
}

LDOrderPizza类:

public class LDOrderPizza extends OrderPizza {
	@Override
	Pizza createPizza(String orderType) {
		Pizza pizza = null;
		if(orderType.equals("cheese")) {
			pizza = new LDCheesePizza();
		} else if (orderType.equals("pepper")) {
			pizza = new LDPepperPizza();
		}
		// TODO Auto-generated method stub
		return pizza;
	}
}

商店客户端类:

public class PizzaStore {
	public static void main(String[] args) {
		String loc = "bj";//这里做成输入的方式就可以实现按照用户的选择来创建不同口味的披萨
		if (loc.equals("bj")) {
			//创建北京口味的各种Pizza
			new BJOrderPizza();
		} else {
			//创建伦敦口味的各种Pizza
			new LDOrderPizza();
		}
		// TODO Auto-generated method stub
	}
}

抽象工厂模式

基本介绍

1.抽象工厂模式:定义了一个interface用于创建相关或有依赖关系的对象簇,而无需指明具体的类

2.抽象工厂模式可以将简单工厂模式工厂方法模式进行整合。

3.从设计层面看,抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)。

4.将工厂抽象成两层,AbsFactory(抽象工厂) 和 具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇,更利于代码的维护和扩展。

5.类图:

设计模式

代码

1.AbsFactory

//一个抽象工厂模式的抽象层(接口)
public interface AbsFactory {
	//让下面的工厂子类来 具体实现
	public Pizza createPizza(String orderType);
}

2.BJFactory

//这是工厂子类
public class BJFactory implements AbsFactory {
	@Override
	public Pizza createPizza(String orderType) {
		Pizza pizza = null;
		if(orderType.equals("cheese")) {
			pizza = new BJCheesePizza();
		} else if (orderType.equals("pepper")){
			pizza = new BJPepperPizza();
		}
		return pizza;
	}
}

3.LDFactory

public class LDFactory implements AbsFactory {
	@Override
	public Pizza createPizza(String orderType) {
		Pizza pizza = null;
		if (orderType.equals("cheese")) {
			pizza = new LDCheesePizza();
		} else if (orderType.equals("pepper")) {
			pizza = new LDPepperPizza();
		}
		return pizza;
	}
}

4.OrderPizza

public class OrderPizza {
	AbsFactory factory;
	// 构造器
	public OrderPizza(AbsFactory factory) {setFactory(factory);}
	private void setFactory(AbsFactory factory) {
		Pizza pizza = null;
		String orderType = ""; // 用户输入
		this.factory = factory;
		do {
			orderType = getType();
			// factory 可能是北京的工厂子类,也可能是伦敦的工厂子类
			pizza = factory.createPizza(orderType);
			if (pizza != null) { // 订购ok
				pizza.prepare();
				pizza.bake();
				pizza.cut();
				pizza.box();
			} else {
				System.out.println("订购失败");
				break;
			}
		} while (true);
	}
	// 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
	private String getType() {
		try {
			BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
			System.out.println("input pizza 种类:");
			String str = strin.readLine();
			return str;
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
			return "";
		}
	}
}

5.PizzaStore

public class PizzaStore {
	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		//new OrderPizza(new BJFactory());
		new OrderPizza(new LDFactory());
	}
}

工厂模式在JDK-Calendar中的应用

设计模式

设计模式

工厂模式小结

1.工厂模式的意义:将实例化对象的代码提取出来,放到一个类中统一管理和维护,达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。

2.三种工厂模式 (简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)

3.设计模式的依赖抽象原则

  • 创建对象实例时,不要直接 new 类, 而是把这个new 类的动作放在一个工厂的方法中,并返回。有的书上说,变量不要直接持有具体类的引用
  • 不要让类继承具体类,而是继承抽象类或者是实现interface(接口)
  • 不要覆盖基类中已经实现的方法。

原型模式

引出

场景

现在有一只羊tom,姓名为: tom, 年龄为:1,颜色为:白色,请编写程序创建和tom羊属性完全相同的10只羊。

传统方法可以直接new十下羊,属性设置一样就可以了。

传统方式的优缺点

1.优点是比较好理解,简单易操作。

2.在创建新的对象时,总是需要重新获取原始对象的属性,如果创建的对象比较复杂时,效率较低,比如这个类有好几十个属性,那么在复制的时候就非常的麻烦。

3.总是需要重新初始化对象,而不是动态地获得对象运行时的状态, 不够灵活

改进思路

Java中Object类是所有类的根类,Object类提供了一个clone()方法,该方法可以将一个Java对象复制一份,但是需要实现clone的Java类必须要实现一个接口Cloneable,该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式

定义

1.原型模式(Prototype模式)是指:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型,创建新的对象。

2.原型模式是一种创建型设计模式,允许一个对象再创建另外一个可定制的对象, 无需知道如何创建的细节

3.工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建,即 对象.clone()。

浅拷贝实现

浅拷贝指的是若拷贝的对象中含有引用类型的成员变量,那么浅拷贝只会进行值传递,将该属性值(引用地址)复制一份给新的对象。浅拷贝使用默认的clone()方法来实现。

代码实现

1.羊的本类

public class Sheep implements Cloneable {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	private String address = "蒙古羊";
	public Sheep friend; //是对象, 浅拷贝时只会拷贝引用类型的地址
	public Sheep(String name, int age, String color) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
		this.color = color;
	}
	public String getName() {return name;}
	public void setName(String name) {this.name = name;}
	public int getAge() {return age;}
	public void setAge(int age) {this.age = age;}
	public String getColor() {return color;}
	public void setColor(String color) {this.color = color;}
	@Override
	public String toString() {return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";}
    
	//克隆该实例,使用默认的clone方法来完成
	@Override
	protected Object clone()  {
		Sheep sheep = null;
		try {
            sheep = (Sheep)super.clone();
        } catch (Exception e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		return sheep;
	}
}

2.客户端类

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
		sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
		Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" +sheep2.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" +sheep3.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" +sheep4.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" +sheep5.friend.hashCode());
	}
}

引用对象的hashcode都是一致的。

浅拷贝在spring中的应用

在spring中的beans.xml中将类的scope设置为prototype就是原型模式中的浅拷贝模式。

浅拷贝总结

1.对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。

2.对于数据类型是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等,那么浅拷贝会进行引用传递,也就是只是将该成员变量的引用值(内存地址)复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值。

深拷贝

基本介绍:

1.复制对象的所有基本数据类型的成员变量值。

2.为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间,并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象,直到该对象可达的所有对象。也就是说,对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝

实现深拷贝有两种方式:

(1)重写clone方法来实现深拷贝

(2)通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

代码

假设现在我们需要拷贝的对象的类是DeepProtoType,而这个类中成员引用类型的变量是DeepCloneableTarget。

1.DeepCloneableTarget类

public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
	private static final long serialVersionUID = 1L;
	private String cloneName;
	private String cloneClass;
	public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
		this.cloneName = cloneName;
		this.cloneClass = cloneClass;
	}
	//因为该类的属性,都是String , 因此我们这里使用默认的clone完成即可
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}
}

2.DeepProtoType类

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
	
	public String name; //String 属性
	public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
	public DeepProtoType() {
		super();
	}
//方法1和方法2都在这里面,我只不过把具体的代码移到了下方。
}

其中深拷贝的方法1是用clone方法,这种方法比较繁琐,而且如果有多个引用对象类的话会写多次clone

//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		Object deep = null;
		//这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆
		deep = super.clone(); 
		//对引用类型的属性,进行单独处理
		DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
		deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
		return deepProtoType;
	}

方法2直接使用序列化的方法,将这个类作为对象序列化流进行读取写入,方便快捷。

//深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐)
	public Object deepClone() {
		//创建流对象
		ByteArrayOutputStream bos = null;
		ObjectOutputStream oos = null;
		ByteArrayInputStream bis = null;
		ObjectInputStream ois = null;
		try {
			//序列化
			bos = new ByteArrayOutputStream();
			oos = new ObjectOutputStream(bos);
			oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
			//反序列化
			bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
			ois = new ObjectInputStream(bis);
			DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
			return copyObj;
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
			return null;
		} finally {
			//关闭流
			try {
				bos.close();
				oos.close();
				bis.close();
				ois.close();
			} catch (Exception e2) {
				System.out.println(e2.getMessage());
			}
		}
	}

原型模式的注意事项与细节

1.创建新的对象比较复杂时,可以利用原型模式简化对象的创建过程,同时也能够提高效率。

2.不用重新初始化对象,而是动态地获得对象运行时的状态。

3.如果原始对象发生变化(增加或者减少属性),其它克隆对象的也会发生相应的变化无需修改代码。

4.在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码。

5.原型模式的缺点:

  • 需要为每一个类都配置一个 clone 方法
  • clone 方法位于类的内部,当对已有类进行改造的时候,需要修改代码,违背了开闭原则。
  • 当实现深克隆时,需要编写较为复杂的代码,而且当对象之间存在多重嵌套引用时,为了实现深克隆,每一层对象对应的类都必须支持深克隆,实现起来会比较麻烦。因此,深克隆、浅克隆需要运用得当。

建造者模式

引出

先有一个建房子的需求,这个过程为打桩、砌墙、封顶,不过各种房子的过程虽然一样,但是要求不要相同的。

传统方式解决问题

具体做法

首先写一个房屋的抽象类,让具体的房屋去继承抽象类,之后再由客户端来控制房屋创建的流程。

抽象类AbstractHouse

public abstract class AbstractHouse {
	//打地基
	public abstract void buildBasic();
	//砌墙
	public abstract void buildWalls();
	//封顶
	public abstract void roofed();
	public void build() {
		buildBasic();
		buildWalls();
		roofed();
	}
}

具体类,普通房屋

public class CommonHouse extends AbstractHouse {
	@Override
	public void buildBasic() {System.out.println(" 普通房子打地基 ");}
	@Override
	public void buildWalls() {System.out.println(" 普通房子砌墙 ");}
	@Override
	public void roofed() {System.out.println(" 普通房子封顶 ");}
}

客户端类

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		commonHouse.build();
	}
}

缺点

在房屋的建造过程具有较多共性时,这样设计过于简单,因为没有设计缓存层对象,对程序的拓展和维护不好。换句话说,这种设计方案将产品(即房子)和创建对象的过程(即:建房子的流程)封装在一起了,耦合性增强了。

由此提出建造者模式,将产品和产品的建造过程解耦。

建造者模式基本介绍

基本介绍

1.建造者模式(Builder Pattern) 又叫生成器模式,是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来抽象类别),使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现(属性)的对象。

2.建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户只通过指定复杂对象的类型内容就可以构建它们,用户不需要知道内部的具体构建细节

四个角色

1.Product(产品角色): 一个具体的产品对象。

2.Builder(抽象建造者): 创建一个Product对象的各个部件指定的接口/抽象类

3.ConcreteBuilder(具体建造者): 实现接口,构建和装配各个部件。

4.Director(指挥者): 构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个 复杂的对象。它主要有两个作用,一是:隔离了客户与对象的生产过程,二是: 负责控制产品对象的生产过程

原理类图

设计模式

建造者解决盖房需求

假设我们建造房子的流程还是不变,依次为打地基、砌墙、封顶,只不过现在有两种房子需要建造,分别是普通房屋CommonHouse和高楼HighBuilding。下面我们用建造者模式解决该问题:

1.House,是建造出来的产品

public class House {
	private String baise;
	private String wall;
	private String roofed;
	public String getBaise() {return baise;}
	public void setBaise(String baise) {this.baise = baise;}
	public String getWall() {return wall;}
	public void setWall(String wall) {this.wall = wall;}
	public String getRoofed() {return roofed;}
	public void setRoofed(String roofed) {this.roofed = roofed;}
}

2.HouseBuilder,抽象的建造者,指定建造产品的流程。

public abstract class HouseBuilder {
	protected House house = new House();
	//将建造的流程写好, 抽象的方法
	public abstract void buildBasic();
	public abstract void buildWalls();
	public abstract void roofed();
	//建造房子好, 将产品(房子) 返回
	public House buildHouse() {return house;}
}

3.CommonHouse普通房屋的具体建造者

public class CommonHouse extends HouseBuilder {
	@Override
	public void buildBasic() {System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");}
	@Override
	public void buildWalls() {System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");}
	@Override
	public void roofed() {System.out.println(" 普通房子屋顶 ");}
}

4.HighBuilding高楼的具体建造者

public class HighBuilding extends HouseBuilder {
	@Override
	public void buildBasic() {System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
	@Override
	public void buildWalls() {System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");}
	@Override
	public void roofed() {System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");}
}

5.HouseDirector指挥者

//指挥者,这里去指定制作流程,返回产品
public class HouseDirector {
	HouseBuilder houseBuilder = null;
	//构造器传入 houseBuilder
	public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {this.houseBuilder = houseBuilder;}
	//通过setter 传入 houseBuilder
	public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {this.houseBuilder = houseBuilder;}
	//如何处理建造房子的流程,交给指挥者
	public House constructHouse() {
		houseBuilder.buildBasic();
		houseBuilder.buildWalls();
		houseBuilder.roofed();
		return houseBuilder.buildHouse();
	}
}

6.客户端Client

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//盖普通房子
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		//准备创建房子的指挥者
		HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
		//完成盖房子,返回产品(普通房子)
		House house = houseDirector.constructHouse();
        
		//若是又要盖高楼
		HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
		//重置建造者
		houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
		//完成盖房子,返回产品(高楼)
		houseDirector.constructHouse();
	}
}

类图

设计模式

注意事项和细节

1.客户端(使用程序)不必知道产品内部组成的细节,将产品本身与产品的创建过程解耦,使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象。

2.每一个具体建造者都相对独立,而与其他的具体建造者无关,因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者, 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象

3.可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中,使得创建过程更加清晰,也更方便使用程序来控制创建过程

4.增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码,指挥者类针对抽象建造者类编程,系统扩展方便,符合 “开闭原则

5.建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点,其组成部分相似,如果产品之间的差异性很大,则不适合使用建造者模式,因此其使用范围受到一定的限制。

6.如果产品的内部变化复杂,可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化,导致系统变得很庞大,因此在这种情况下,要考虑是否选择建造者模式

7.抽象工厂模式和建造者模式

抽象工厂模式实现对产品家族的创建,一个产品家族是这样的一系列产品:具有不同分类维度的产品组合,采用抽象工厂模式不需要关心构建过程,只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品,它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

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