05原型与单例模式

合集 - 设计模式(17)

1.00设计模式基础2023-04-24 2.01六种关系2023-04-24 3.15观察者与状态模式2023-04-24 4.16观察者与状态模式代码实现2023-04-24 5.17策略与模板方法模式2023-04-24 6.18策略与模板方法模式的代码实现2023-04-24 7.14命令与迭代器模式代码实现2023-04-24 8.13命令与迭代器模式2023-04-24 9.12桥接和代理模式代码实现2023-04-24 10.11桥接和代理模式2023-04-24 11.10装饰与外观模式代码实现2023-04-24 12.09装饰与外观模式2023-04-24 13.08适配器和组合模式代码实现2023-04-24 14.07适配器与组合模式2023-04-24 15.06原型和单例模式代码实现2023-04-24

16.05原型与单例模式2023-04-24

17.04工厂方法和抽象工厂模式代码实现2023-04-24

原型模式

定义：使用原型实例指定待创建对象的类型，并且通过复制这个原型来创建新的对象。
- 备注
  1. 通过克隆方法所创建的对象是全新的对象，它们在内存中拥有新的地址
  2. 通过不同的方式对克隆对象进行修改以后，可以得到一系列相似但不完全相同的对象
简单结构：3个角色
1. Prototype（抽象原型类）
2. ConcretePrototype（具体原型类）
3. Client（客户类）
UML图：
拓展：浅克隆与深克隆

浅克隆(Shallow Clone)：当原型对象被复制时，只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员变量并没有复制

- 在代码中使用clone()方法实现浅克隆

深克隆(Deep Clone)：除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将被复制

- 在代码中使用实现Serializable接口实现深克隆

原型管理器：原型管理器(Prototype Manager)将多个原型对象存储在一个集合中供客户端使用，它是一个专门负责克隆对象的工厂，其中定义了一个集合用于存储原型对象，如果需要某个原型对象的一个克隆，可以通过复制集合中对应的原型对象来获得
优缺点：
1. 优点：
  - 简化对象的创建过程
  - 扩展性较好
  - 提供了简化的创建结构
  - 可以使用深克隆的方式保存对象的状态
2. 缺点：
  - 需要为每一个类配备一个克隆方法
  - 实现深克隆时需要编写较为复杂的代码
适用环境：
1. 创建新对象成本较大，新对象可以通过复制已有对象来获得，如果是相似对象，则可以对其成员变量稍作修改
2. 系统要保存对象的状态，而对象的状态变化很小
3. 需要避免使用分层次的工厂类来创建分层次的对象

单例模式

定义：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来访问这个唯一实例。
要点：某个类只能有一个实例；必须自行创建这个实例；必须自行向整个系统提供这个实例
简单结构：一个单例角色
1.Singleton（单例）
UML图：

拓展：饿汉式单例与懒汉式单例

饿汉式单例类(Eager Singleton)

public class EagerSingleton { 
    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); 
    private EagerSingleton() { } 
 
    public static EagerSingleton getInstance() {
        return instance; 
    }
}

懒汉式单例类(Lazy Singleton)

public class LazySingleton { 
private static LazySingleton instance = null; 
 
private LazySingleton() { } 
 
	public static LazySingleton getInstance() { 
		if (instance == null) {
			instance = new LazySingleton(); 
		}
		return instance; 
	}
}

注意：如果多个线程同时访问将导致创建多个单例对象！怎么办？

双重检查锁

锁方法

public class LazySingleton { 
private static LazySingleton instance = null; 
 
private LazySingleton() { } 
 
	synchronized public static LazySingleton getInstance() { 
		if (instance == null) {
			instance = new LazySingleton(); 
		}
		return instance; 
	}
}

锁代码段

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

双重检查锁定

public class LazySingleton { 
    private volatile static LazySingleton instance = null; 

    private LazySingleton() { } 

    public static LazySingleton getInstance() { 
        //第一重判断
        if (instance == null) {
            //锁定代码块
            synchronized (LazySingleton.class) {
                //第二重判断
                if (instance == null) {
                    instance = new LazySingleton(); //创建单例实例
                }
            }
        }
    return instance; 
    }

区别：
1. 饿汉式单例类：无须考虑多个线程同时访问的问题；调用速度和反应时间优于懒汉式单例；资源利用效率不及懒汉式单例；系统加载时间可能会比较长
2. 懒汉式单例类：实现了延迟加载；必须处理好多个线程同时访问的问题；需通过双重检查锁定等机制进行控制，将导致系统性能受到一定影响
优缺点：
1. 优点：
  - 提供了对唯一实例的受控访问
  - 可以节约系统资源，提高系统的性能
  - 允许可变数目的实例（多例类）
2. 缺点：
  - 扩展困难（缺少抽象层）
  - 单例类的职责过重
  - 由于自动垃圾回收机制，可能会导致共享的单例对象的状态丢失
适用环境：
1. 系统只需要一个实例对象，或者因为资源消耗太大而只允许创建一个对象
2. 客户调用类的单个实例只允许使用一个公共访问点，除了该公共访问点，不能通过其他途径访问该实例