【设计模式】纲要

注：本文从博客23种设计模式汇总整理中摘引相关内容，如需具体细节解释，请移步该文。

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工厂模式

应对问题：

在面向对象编程中, 最通常的方法是一个new操作符产生一个对象实例,new操作符就是用来构造对象实例的。但是在一些情况下, new操作符直接生成对象会带来一些问题。举例来说, 许多类型对象的创造需要一系列的步骤: 你可能需要计算或取得对象的初始设置; 选择生成哪个子对象实例; 或在生成你需要的对象之前必须先生成一些辅助功能的对象。 在这些情况,新对象的建立就是一个 “过程”，不仅是一个操作，像一部大机器中的一个齿轮传动。

工厂模式解决的问题

你如何能轻松方便地构造对象实例，而不必关心构造对象实例的细节和复杂过程呢？

解决方案

建立一个工厂来创建对象

分类

1. 简单工厂模式(Simple Factory)
2. 工厂方法模式(Factory Method)
3. 抽象工厂模式(Abstract Factory)

-简单工厂模式

产品类：

abstract class BMW {      public BMW(){      }  }  public class BMW320 extends BMW {      public BMW320() {          System.out.println("制造-->BMW320");      }  }  public class BMW523 extends BMW{      public BMW523(){          System.out.println("制造-->BMW523");      }  }  

工厂类：

public class Factory {      public BMW createBMW(int type) {          switch (type) {          case 320:              return new BMW320();          case 523:              return new BMW523();          default:              break;          }          return null;      }  }  

客户类：

public class Customer {      public static void main(String[] args) {          Factory factory = new Factory();          BMW bmw320 = factory.createBMW(320);          BMW bmw523 = factory.createBMW(523);      }  }  

-工厂方法模式

产品类：

abstract class BMW {      public BMW(){      }  }  public class BMW320 extends BMW {      public BMW320() {          System.out.println("制造-->BMW320");      }  }  public class BMW523 extends BMW{      public BMW523(){          System.out.println("制造-->BMW523");      }  }  

工厂类：

interface FactoryBMW {      BMW createBMW();  }  public class FactoryBMW320 implements FactoryBMW{      @Override      public BMW320 createBMW() {          return new BMW320();      }  }  public class FactoryBMW523 implements FactoryBMW {      @Override      public BMW523 createBMW() {          return new BMW523();      }  }  

客户类：

public class Customer {      public static void main(String[] args) {          FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320();          BMW320 bmw320 = factoryBMW320.createBMW();          FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523();          BMW523 bmw523 = factoryBMW523.createBMW();      }  } 

-抽象工厂模式

产品类：

//发动机以及型号    public interface Engine {    }    public class EngineA extends Engine{        public EngineA(){            System.out.println("制造-->EngineA");        }    }    public class EngineBextends Engine{        public EngineB(){            System.out.println("制造-->EngineB");        }    }    //空调以及型号    public interface Aircondition {    }    public class AirconditionA extends Aircondition{        public AirconditionA(){            System.out.println("制造-->AirconditionA");        }    }    public class AirconditionB extends Aircondition{        public AirconditionB(){            System.out.println("制造-->AirconditionB");        }    }

创建工厂类：

//创建工厂的接口    public interface AbstractFactory {        //制造发动机      public Engine createEngine();      //制造空调       public Aircondition createAircondition();   }    //为宝马320系列生产配件    public class FactoryBMW320 implements AbstractFactory{        @Override        public Engine createEngine() {              return new EngineA();        }        @Override        public Aircondition createAircondition() {            return new AirconditionA();        }    }    //宝马523系列  public class FactoryBMW523 implements AbstractFactory {         @Override        public Engine createEngine() {              return new EngineB();        }        @Override        public Aircondition createAircondition() {            return new AirconditionB();        }    }

客户类：

public class Customer {        public static void main(String[] args){            //生产宝马320系列配件          FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320();            factoryBMW320.createEngine();          factoryBMW320.createAircondition();          //生产宝马523系列配件            FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523();            factoryBMW320.createEngine();          factoryBMW320.createAircondition();      }    }  

总结

简单工厂模式只有一个工厂来生产所有的产品实例，只是将创建层抽象到了一个类里面，这个工厂也叫上帝工厂模式。

工厂方法模式去掉了简单工厂模式中工厂方法的静态属性，使得它可以被子类继承。这样在简单工厂模式里集中在工厂方法上的压力可以由工厂方法模式里不同的工厂子类来分担。特点：

1. 一个抽象产品类，可以派生出多个具体产品类。
2. 一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。
3. 每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，他用来创建一组相关或者相互依赖的对象。比如宝马320系列使用空调型号A和发动机型号A，而宝马230系列使用空调型号B和发动机型号B，那么使用抽象工厂模式，在为320系列生产相关配件时，就无需制定配件的型号，它会自动根据车型生产对应的配件型号A。特点：

1. 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。
2. 一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。
3. 每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例。

区别

1. 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。
2. 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。

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单例模式

特点

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。

应用场景

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

分类

1. 懒汉式单例
2. 饿汉式单例
3. 登记式单例

-懒汉式单例

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己   public class Singleton {      //构造函数要设置为private，这样保证无法在外部调用构造函数    private Singleton() {}      private static Singleton single=null;      //静态工厂方法       public static Singleton getInstance() {           if (single == null) {                 single = new Singleton();           }            return single;      }  }  

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题，它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全，如果你第一次接触单例模式，对线程安全不是很了解，可以先跳过下面这三小条，去看饿汉式单例，等看完后面再回头考虑线程安全的问题：

• 在getInstance方法上加同步：

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

• 双重检查锁定

public static Singleton getInstance() {          if (singleton == null) {                synchronized (Singleton.class) {                   if (singleton == null) {                      singleton = new Singleton();                  }                }            }            return singleton;   }  

• 静态内部类

public class Singleton {        private static class LazyHolder {           private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();        }        private Singleton (){}        public static final Singleton getInstance() {           return LazyHolder.INSTANCE;        }    } 

-饿汉式单例

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化   public class Singleton1 {      private Singleton1() {}      private static final Singleton1 single = new Singleton1();      //静态工厂方法       public static Singleton1 getInstance() {          return single;      }  }  

饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。

-登记式单例

//类似Spring里面的方法，将类名注册，下次从里面直接获取。  public class Singleton3 {      private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>();      static{          Singleton3 single = new Singleton3();          map.put(single.getClass().getName(), single);      }      //保护的默认构造子      protected Singleton3(){}      //静态工厂方法,返还此类惟一的实例      public static Singleton3 getInstance(String name) {          if(name == null) {              name = Singleton3.class.getName();              System.out.println("name == null"+"--->name="+name);          }          if(map.get(name) == null) {              try {                  map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance());              } catch (InstantiationException e) {                  e.printStackTrace();              } catch (IllegalAccessException e) {                  e.printStackTrace();              } catch (ClassNotFoundException e) {                  e.printStackTrace();              }          }          return map.get(name);      }      //一个示意性的商业方法      public String about() {              return "Hello, I am RegSingleton.";          }          public static void main(String[] args) {          Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null);          System.out.println(single3.about());      }  } 

登记式单例实际上维护了一组单例类的实例，将这些实例存放在一个Map（登记薄）中，对于已经登记过的实例，则从Map直接返回，对于没有登记的，则先登记，然后返回。

饿汉式和懒汉式区别

从名字上来说，饿汉和懒汉，

饿汉就是类一旦加载，就把单例初始化完成，保证getInstance的时候，单例是已经存在的了，

而懒汉比较懒，只有当调用getInstance的时候，才回去初始化这个单例。

线程安全：

饿汉式天生就是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题，

懒汉式本身是非线程安全的，为了实现线程安全有几种写法，分别是上面的1、2、3，这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

资源加载和性能：

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来，不管之后会不会使用这个单例，都会占据一定的内存，但是相应的，在第一次调用时速度也会更快，因为其资源已经初始化完成，

而懒汉式顾名思义，会延迟加载，在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来，第一次调用时要做初始化，如果要做的工作比较多，性能上会有些延迟，之后就和饿汉式一样了。

至于1、2、3这三种实现又有些区别，

第1种，在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的，

第2种，在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗

第3种，利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗，所以一般我倾向于使用这一种。

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