常见设计模式
设计模式
1. 设计模式的类型
- 创建型模式
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提供一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式。使得程序在判断针对某个实例需要创建哪些对象时更加灵活
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工厂模式，单例模式，原型模式
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- 结构型模式
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关注对象之间的组合和关系，旨在解决如何构建灵活且可复用的类和对象结构
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适配器模式，组合模式，桥接模式
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- 行为型模式
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关注对象之间的通信和交互，旨在解决对象之间的责任分配和算法的封装
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责任链模式，命令模式，策略模式
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2. 创建型模式
单例模式
--单例模式是一种创建型模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。
意图
确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问该问题实例
主要解决
频繁创建和销毁全局使用的类实例问题
关键代码
构造函数是私有的
实例
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一个班级只有一个班主任
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设备管理器设计为单例模式，例如两台打印机，避免同时打印同一份文件
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Windows在多进程多线程环境下操作文件时，避免多个进程或线程操作一个文件，需要通过唯一实例进行处理
优点
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内存中只有一个实例，减少内存开销。尤其是频繁创建和销毁实例时
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避免资源的多重占用
缺点
- 没有接口，不能继承
- 与单一职责原则冲突，一个类应该只关系内部逻辑，而不关注实例方式
使用场景
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生成唯一序列号
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WEB中的计数器，避免每次刷新都在数据库中增加记数，先缓存起来
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创建消耗资源过多的对象，如I/O与数据库连接等。
注意事项
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线程安全：getInstance()方法中需要使用同步锁synchronized（Singleton.class）防止多线程同时进入造成实例被多次创建。
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延迟初始化：实例在第一次调用getInstance()方法时创建
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序列化和反序列化：重写readResolve方法以确保反序列化时不会创建新的实例。
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反射攻击：在构造函数中添加防护代码，防止通过反射创建新实例
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类加载器问题：注意复杂类加载环境可能会导致的多个实例问题
实现
创建一个SingleObject类。SingleObject类有它的私有构造函数和本身的一个静态实例
SingleObject类提供一个静态方法，供外界获取它的静态实例。SingletonPatternDemo类使用SingleObject类来获取SingleObjext对象
public class SingleObject {
//创建SingleObect的一个对象
private static SingleObject instance = new SingleObject();
// 让构造函数为private，这样类不会被实例化
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");
}
}
// SingletonPatternDemo.java
public class SingletonPatternDemo{
public static void main(String[] args){
// 获取唯一可用的对象
SingleObject object = SingleObject.getInstance();
// 显示消息
object .showMwssage();
}
}
实现方式
1. 懒汉式，线程不安全
Lazy初始化
多线程不安全
实现难度：易
描述：基本的实现方式，最大的问题是不支持多线程，因为没有加synchronized，这种方式lazy loading明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
2. 懒汉式，线程安全
Lazy初始化
多线程安全
实现难度：易
描述：具备很好的lazy loading，能够在多线程中工作，但效率很低。
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，但加锁影响效率
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
Lazy未初始化
多线程安全
实现难度：易
描述：这种方式比较常见，但容易产生垃圾对象
优点：没有加锁，执行效率高
缺点：类加载时就初始化，浪费内存
它是居于classloader机制避免多线程同步的问题，不过instance在类加载时就实例化。
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
4. 双重校验锁（DCL--double checked locking）
Lazy初始化
多线程安全
实现难度：较为复杂
描述：采用双锁机制，安全且在多线程情况下保持高性能
public class Singleton{
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(singleton == null){
synchronized(Singleton.class){
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
