首页 > > 程序设计 > Java技术 >

「设计模式」创建型

2020-01-15 09:29:53来源：博客园 阅读 ()

新老客户大回馈,云服务器低至5折

「设计模式」创建型

创建型设计模式常见有如下几类:

  1. 单例(Singleton)
  2. 简单工厂(Simple Factory)
  3. 工厂方法(Factory Method)
  4. 抽象工厂(Abstract Factory)
  5. 生成器(Builder)
  6. 原型模式(Prototype)

1. 单例(Singleton)

意图

确保一个类只有一个实例，并提供该实例的全局访问点。

类图

使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。

单例模式单例模式

实现

1) 懒汉式-线程不安全

以下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟化实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。

这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null) ，并且此时 uniqueInstance 为 null，那么多个线程会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将导致多次实例化 uniqueInstance。

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class Singleton {

    private static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new Singleton();
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

2) 懒汉式-线程安全

只需要对 getUniqueInstance() 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，从而避免了对 uniqueInstance 进行多次实例化的问题。

但是这样有一个问题，就是当一个线程进入该方法之后，其它线程试图进入该方法都必须等待，因此性能上有一定的损耗。

public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
    if (uniqueInstance == null) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
    return uniqueInstance;
}

3) 饿汉式-线程安全

线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化了多次，如果 uniqueInstance 采用直接实例化的话，就不会被实例化多次，也就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的优势。

private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();

4) 双重校验锁-线程安全

uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行。也就是说，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。

双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class Singleton {

    private volatile static Singleton uniqueInstance;

    private Singleton() {
    }

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

考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的情况下，如果两个线程同时执行 if 语句，那么两个线程就会同时进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作，但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句，只是先后的问题，也就是说会进行两次实例化，从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁，也就是需要使用两个 if 判断。

if (uniqueInstance == null) {
    synchronized (Singleton.class) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
}

uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的。uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行。

  • (1). 分配内存空间
  • (2). 初始化对象
  • (3). 将 uniqueInstance 指向分配的内存地址

但是由于 JVM 具有指令重排的特性，有可能执行顺序变为了 1>3>2，这在单线程情况下自然是没有问题。但如果是多线程下，有可能获得是一个还没有被初始化的实例，以致于程序出错; 使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。

5) 静态内部类实现

当 Singleton 类被加载时，静态内部类 SingletonHolder没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载，此时初始化 INSTANCE 实例，并且 JVM 能确保 INSTANCE 只被实例化一次。

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getUniqueInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

这种方式不仅具有延迟初始化的好处，而且由 JVM 提供了对线程安全的支持。

使用场景

  • Logger Classes
  • Configuration Classes
  • Accesing resources in shared mode
  • Factories implemented as Singletons

JDK

  • java.lang.Runtime#getRuntime()
  • java.awt.Desktop#getDesktop()
  • java.lang.System#getSecurityManager()

2. 简单工厂(Simple Factory)

意图

在创建一个对象时不向客户暴露内部细节，并提供一个创建对象的通用接口。

类图

简单工厂不是设计模式，更像是一种编程习惯。它把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个子类来实例化。

简单工厂模式简单工厂模式

这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。

如果存在下面这种代码，就需要使用简单工厂将对象实例化的部分放到简单工厂中。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        int type = 1;
        Product product;
        if (type == 1) {
            product = new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            product = new ConcreteProduct2();
        } else {
            product = new ConcreteProduct();
        }
    }
}

实现

public interface Product {
}

public class ConcreteProduct implements Product {
}

public class ConcreteProduct1 implements Product {
}

public class ConcreteProduct2 implements Product {
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class SimpleFactory {
    public Product createProduct(int type) {
        if (type == 1) {
            return new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            return new ConcreteProduct2();
        }
        return new ConcreteProduct();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
        Product product = simpleFactory.createProduct(1);
    }
}

3. 工厂方法(Factory Method)

意图

定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化推迟到子类。

类图

在简单工厂中，创建对象的是另一个类，而在工厂方法中，是由子类来创建对象。

下图中 Factory 有一个 doSomething() 方法，这个方法需要用到一个产品对象，这个产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的，需要由子类去实现。

工厂方法模式工厂方法模式

实现

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public abstract class Factory {
    abstract public Product factoryMethod();
    public void doSomething() {
        Product product = factoryMethod();
        // do something with the product
    }
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class ConcreteFactory extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}

public class ConcreteFactory1 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct1();
    }
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class ConcreteFactory2 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

JDK

  • java.util.Calendar
  • java.util.ResourceBundle
  • java.text.NumberFormat
  • java.nio.charset.Charset
  • java.net.URLStreamHandlerFactory
  • java.util.EnumSet
  • javax.xml.bind.JAXBContext

4. 抽象工厂(Abstract Factory)

意图

提供一个接口，用于创建 相关的对象家族 。

类图

抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。

抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象，AbstractFactory 中的 createProductA() 和 createProductB() 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂方法模式的定义。

至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 需要同时创建出这两个对象。

从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Client 组合了 AbstractFactory，而工厂方法模式使用了继承。

抽象工厂模式抽象工厂模式

代码实现

public class AbstractProductA {
}

public class AbstractProductB {
}

public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}

public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}

public class ProductB1 extends AbstractProductB {
}

public class ProductB2 extends AbstractProductB {
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public abstract class AbstractFactory {
    abstract AbstractProductA createProductA();
    abstract AbstractProductB createProductB();
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
        AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
        AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB();
        // do something with productA and productB
    }
}

JDK

  • javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
  • javax.xml.transform.TransformerFactory
  • javax.xml.xpath.XPathFactory

5. 生成器(Builder)

意图

封装一个对象的构造过程，并允许按步骤构造。

类图

生成器模式生成器模式

实现

以下是一个简易的 StringBuilder 实现，参考了 JDK 1.8 源码。

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class AbstractStringBuilder {
    protected char[] value;

    protected int count;

    public AbstractStringBuilder(int capacity) {
        count = 0;
        value = new char[capacity];
    }

    public AbstractStringBuilder append(char c) {
        ensureCapacityInternal(count + 1);
        value[count++] = c;
        return this;
    }

    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
        // overflow-conscious code
        if (minimumCapacity - value.length > 0)
            expandCapacity(minimumCapacity);
    }

    void expandCapacity(int minimumCapacity) {
        int newCapacity = value.length * 2 + 2;
        if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
            newCapacity = minimumCapacity;
        if (newCapacity < 0) {
            if (minimumCapacity < 0) // overflow
                throw new OutOfMemoryError();
            newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
        }
        value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
    }
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
    public StringBuilder() {
        super(16);
    }

    @Override
    public String toString() {
        // Create a copy, don't share the array
        return new String(value, 0, count);
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        final int count = 26;
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            sb.append((char) ('a' + i));
        }
        System.out.println(sb.toString());
    }
}

abcdefghijklmnopqrstuvwxyz

JDK

  • java.lang.StringBuilder
  • java.nio.ByteBuffer
  • java.lang.StringBuffer
  • java.lang.Appendable
  • Apache Camel builders

6. 原型模式(Prototype)

意图

使用原型实例指定要创建对象的类型，通过复制这个原型来创建新对象。

类图

原型模式原型模式

实现

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public abstract class Prototype {
    abstract Prototype myClone();
}

/**
 *  微信公众号"小猿刷题"
 */
public class ConcretePrototype extends Prototype {

    private String filed;

    public ConcretePrototype(String filed) {
        this.filed = filed;
    }

    @Override
    Prototype myClone() {
        return new ConcretePrototype(filed);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return filed;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype("abc");
        Prototype clone = prototype.myClone();
        System.out.println(clone.toString());
    }
}

abc

JDK

  • java.lang.Object#clone()

小猿刷题


原文链接:https://www.cnblogs.com/dennisit/p/12195547.html
如有疑问请与原作者联系

标签：

版权申明：本站文章部分自网络，如有侵权，请联系：west999com@outlook.com
特别注意：本站所有转载文章言论不代表本站观点，本站所提供的摄影照片，插画，设计作品，如需使用，请与原作者联系，版权归原作者所有

上一篇：spring-boot内嵌三大容器https设置

下一篇：Constructor threw exception; nested exception is java.lang.N

相关文章

IDC资讯： 主机资讯 注册资讯 托管资讯 vps资讯 网站建设

网站运营： 建站经验 策划盈利 搜索优化 网站推广 免费资源

网站联盟： 联盟新闻 联盟介绍 联盟点评 网赚技巧

行业资讯： 搜索引擎 网络游戏 电子商务 广告传媒

网络编程： Asp.Net编程 Asp编程 Php编程 Xml编程 Access Mssql Mysql 其它

服务器技术： Web服务器 Ftp服务器 Mail服务器 Dns服务器 安全防护

软件技巧： 其它软件 Word Excel Powerpoint Ghost Vista QQ空间 QQ FlashGet 迅雷

网页制作： FrontPages Dreamweaver Javascript css photoshop fireworks Flash

程序设计： Java技术 C/C++ VB delphi

网络知识： 网络协议 网络安全 网络管理 组网方案 Cisco技术

操作系统： Win2000 WinXP Win2003 Mac OS Linux FreeBSD

热门词条
最新资讯
热门关注
热门标签