工厂模式
使用场景：
1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。
2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。
3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。
步骤 1
创建一个接口。
Shape.java
public interface Shape {
void draw();
}
步骤 2
创建实现接口的实体类。
Rectangle.java
public class Rectangle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
Square.java
public class Square implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Square::draw() method.");
}
}
Circle.java
public class Circle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
步骤 3
创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。
ShapeFactory.java
public class ShapeFactory {
//使用 getShape 方法获取形状类型的对象
public Shape getShape(String shapeType){
if(shapeType == null){
return null;
}
if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
return new Circle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
return new Rectangle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
return new Square();
}
return null;
}
}
步骤 4
使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。
FactoryPatternDemo.java
public class FactoryPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();
//获取 Circle 的对象，并调用它的 draw 方法
Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
//调用 Circle 的 draw 方法
shape1.draw();
//获取 Rectangle 的对象，并调用它的 draw 方法
Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
//调用 Rectangle 的 draw 方法
shape2.draw();
//获取 Square 的对象，并调用它的 draw 方法
Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
//调用 Square 的 draw 方法
shape3.draw();
}
}
步骤 5
验证输出。
Inside Circle::draw() method.
Inside Rectangle::draw() method.
Inside Square::draw() method.
抽象工厂模式
使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。
步骤 1
为形状创建一个接口。
Shape.java
public interface Shape {
void draw();
}
步骤 2
创建实现接口的实体类。
Rectangle.java
public class Rectangle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
Square.java
public class Square implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Square::draw() method.");
}
}
Circle.java
public class Circle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
步骤 3
为颜色创建一个接口。
Color.java
public interface Color {
void fill();
}
步骤4
创建实现接口的实体类。
Red.java
public class Red implements Color {
@Override
public void fill() {
System.out.println("Inside Red::fill() method.");
}
}
Green.java
public class Green implements Color {
@Override
public void fill() {
System.out.println("Inside Green::fill() method.");
}
}
Blue.java
public class Blue implements Color {
@Override
public void fill() {
System.out.println("Inside Blue::fill() method.");
}
}
步骤 5
为 Color 和 Shape 对象创建抽象类来获取工厂。
AbstractFactory.java
public abstract class AbstractFactory {
abstract Color getColor(String color);
abstract Shape getShape(String shape) ;
}
步骤 6
创建扩展了 AbstractFactory 的工厂类，基于给定的信息生成实体类的对象。
ShapeFactory.java
public class ShapeFactory extends AbstractFactory {
@Override
public Shape getShape(String shapeType){
if(shapeType == null){
return null;
}
if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
return new Circle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
return new Rectangle();
} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
return new Square();
}
return null;
}
@Override
Color getColor(String color) {
return null;
}
}
ColorFactory.java
public class ColorFactory extends AbstractFactory {
@Override
public Shape getShape(String shapeType){
return null;
}
@Override
Color getColor(String color) {
if(color == null){
return null;
}
if(color.equalsIgnoreCase("RED")){
return new Red();
} else if(color.equalsIgnoreCase("GREEN")){
return new Green();
} else if(color.equalsIgnoreCase("BLUE")){
return new Blue();
}
return null;
}
}
步骤 7
创建一个工厂创造器/生成器类，通过传递形状或颜色信息来获取工厂。
FactoryProducer.java
public class FactoryProducer {
public static AbstractFactory getFactory(String choice){
if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){
return new ShapeFactory();
} else if(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){
return new ColorFactory();
}
return null;
}
}
步骤 8
使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。
AbstractFactoryPatternDemo.java
public class AbstractFactoryPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
//获取形状工厂
AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");
//获取形状为 Circle 的对象
Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
//调用 Circle 的 draw 方法
shape1.draw();
//获取形状为 Rectangle 的对象
Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
//调用 Rectangle 的 draw 方法
shape2.draw();
//获取形状为 Square 的对象
Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
//调用 Square 的 draw 方法
shape3.draw();
//获取颜色工厂
AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");
//获取颜色为 Red 的对象
Color color1 = colorFactory.getColor("RED");
//调用 Red 的 fill 方法
color1.fill();
//获取颜色为 Green 的对象
Color color2 = colorFactory.getColor("Green");
//调用 Green 的 fill 方法
color2.fill();
//获取颜色为 Blue 的对象
Color color3 = colorFactory.getColor("BLUE");
//调用 Blue 的 fill 方法
color3.fill();
}
}
步骤 9
验证输出。
Inside Circle::draw() method. Inside Rectangle::draw() method. Inside Square::draw() method. Inside Red::fill() method. Inside Green::fill() method. Inside Blue::fill() method.
单例模式
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
注意：
- 1、单例类只能有一个实例。
- 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
使用场景：
1、要求生产唯一序列号。
2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。
步骤 1
创建一个 Singleton 类。
SingleObject.java
public class SingleObject {
//创建 SingleObject 的一个对象
private static SingleObject instance = new SingleObject();
//让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
private SingleObject(){}
//获取唯一可用的对象
public static SingleObject getInstance(){
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("Hello World!");
}
}
步骤 2
从 singleton 类获取唯一的对象。
SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
//不合法的构造函数
//编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
//SingleObject object = new SingleObject();
//获取唯一可用的对象
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
//显示消息
object.showMessage();
}
}
步骤 3
验证输出。
Hello World!
单例模式的几种实现方式
单例模式的实现有多种方式，如下所示：
1、懒汉式，线程不安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：否
实现难度：易
描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。
代码实例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
接下来介绍的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。
2、懒汉式，线程安全
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。
代码实例：
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
3、饿汉式
是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。
代码实例：
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：较复杂
描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。
代码实例：
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
5、登记式/静态内部类
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：一般
描述：这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了 classloder 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有显示通过调用 getInstance 方法时，才会显示装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。
代码实例：
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
6、枚举
JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。
代码实例：
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
经验之谈：一般情况下，不建议使用第 1 种和第 2 种懒汉方式，建议使用第 3 种饿汉方式。只有在要明确实现 lazy loading 效果时，才会使用第 5 种登记方式。如果涉及到反序列化创建对象时，可以尝试使用第 6 种枚举方式。如果有其他特殊的需求，可以考虑使用第 4 种双检锁方式。