Java设计模式学习——创建型

本文是笔者自己在参考大神关于设计模式的讲解并学习后记的小记，只用于自己以后复习用，其他同学若想学习设计模式的种种，请移步下面原文链接：
http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8194653/

综述都摘自原文：
设计模式（Design pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。 毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理的运用设计模式可以完美的解决很多问题，每种模式在现在中都有相应的原理来与之对应，每一个模式描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是它能被广泛应用的原因。

一、设计模式的分类

总体来说设计模式分为三大类：
创建型模式，共五种：工厂方法模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式、原型模式。
结构型模式，共七种：适配器模式、装饰器模式、代理模式、外观模式、桥接模式、组合模式、享元模式。
行为型模式，共十一种：策略模式、模板方法模式、观察者模式、迭代子模式、责任链模式、命令模式、备忘录模式、状态模式、访问者模式、中介者模式、解释器模式。
其实还有两类：并发型模式和线程池模式。

二、设计模式的六大原则

1、开闭原则（Open Close Principle）
开闭原则就是说对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。所以一句话概括就是：为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类，后面的具体设计中我们会提到这点。
2、里氏代换原则（Liskov Substitution Principle）
里氏代换原则(Liskov Substitution Principle LSP)面向对象设计的基本原则之一。 里氏代换原则中说，任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。 LSP是继承复用的基石，只有当衍生类可以替换掉基类，软件单位的功能不受到影响时，基类才能真正被复用，而衍生类也能够在基类的基础上增加新的行为。里氏代换原则是对“开-闭”原则的补充。实现“开-闭”原则的关键步骤就是抽象化。而基类与子类的继承关系就是抽象化的具体实现，所以里氏代换原则是对实现抽象化的具体步骤的规范。—— From Baidu 百科
3、依赖倒转原则（Dependence Inversion Principle）
这个是开闭原则的基础，具体内容：真对接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体。
4、接口隔离原则（Interface Segregation Principle）
这个原则的意思是：使用多个隔离的接口，比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思，从这儿我们看出，其实设计模式就是一个软件的设计思想，从大型软件架构出发，为了升级和维护方便。所以上文中多次出现：降低依赖，降低耦合。
5、迪米特法则（最少知道原则）（Demeter Principle）
为什么叫最少知道原则，就是说：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立。
6、合成复用原则（Composite Reuse Principle）
原则是尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承。

三、创建型模式学习总结

1.工模式（Factory）

工厂模式是比较常用的设计模式，也是比较简单和容易理解的设计模式：就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。
普通工厂模式，通过传入不同的类型分别创建不同的实例，扩展时需要更改工厂类。
静态工厂模式，方法为静态，直接调用，不需实例化。
抽象工厂模式，工厂类也实现接口，不同工厂类创建不同实例，扩展时只需新建实现同一个接口的工厂类即可。
总体来说，工厂模式适用于大量的产品需要创建，并且具有相同的接口时。

2.单例模式（Singleton）

有个时候，我们需要保证JVM中某些关键核心类有且只有一个实例存在，单例模式的好处是不必频繁创建实例，减少了系统开销，减轻了GC压力，同时只有一个核心类避免了控制混乱。
基本的单例模式实现方式：

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;      }  }  

存在的问题：多线程情况下，getInstance()不是线程安全的，可能会多次被实例化。若是直接给getInstance()方法加synchronized关键字，会导致性能的下降。若是只给内部实例化的代码块加synchronized关键字，例如：

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

看起来是实现了线程安全，但实际上因为JVM内instance = new Singleton()这句是分步执行，并且JVM不保证先后顺序，所以也可能有问题。具体的原因涉及到了JVM运行规则。
所以，使用内部类来保证单例模式的实现，JVM内部的机制保证了当一个类被加载的时候，类的加载过程是线程互斥的。

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();      }  }  

如果，创建和获取是分开的，也可以使用下面方式只给创建加synchronized实现：

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;      }  }  

其实还有一种方法，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的。
但是首先，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。

3.建造者模式（Builder）

类似于工厂模式，只不过工厂模式创建的是单个产品，而建造者模式创建的是更复杂的复合对象，本质实现方法相同，只是处理实际情况需要不同。

4.原型模式（Prototype）

使用一个对象作为原型，对其进行复制，通过clone()方法实现。实现Cloneable接口，覆写clone方法，或者新写任何其他方法。
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。

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;  }  

深复制是通过序列化的方式将原对象写入后再重新读取出来实现的。