Java 设计模式的学习（含代码），未完待续

1. 工厂模式：

      普通工程模式，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。

      例子如（发送邮件和短信的例子）：

      首先分析，先创建接口，两者都需要一个共同的接口发送接口：

//
//
public interface Sender{
public void Send();
}

创建实现类：

邮件发送类：

public class MailSender implements Sender{

@Override
public void Send(){
System.out.prinltn("this is mailsendar!");
}
}

短信发送类：

//
//
public class SmsSender implements Sender{
@Override
public void Send(){
System.out.println("This is sms  Sender!");
}
}

最后，就是重要的工厂类了，其写法如下：

public class SendFactory{
public Sender produce(String type){
if("mail".equals(type)){
return new MailSender();
}else if("sms".equals(type)){
return new SmsSender();
}else{
System.out.println("请输入正确的类型!");
return;
}
}

}

测试类

//
//
public  class FactoryTest{
public static void main(String[] args){
SendFactory factory = new SendFactory();
Sender sender=factory.produce("sms");
sender.Send();
}

}

2.多个工厂模式的案例：
多个工厂模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确的创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。

上面的方法虽说是一种工厂模式，但是有很大的缺陷，比如说，传递的字符串是错误的，我们就没有办法，创建实例了，可以做如下的改动：

public class SendFactory{
public Sender produceMail(){
return new MailSender();
}
public Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}

测试类的写法如下：

//
//
public class FactoryTest{
public static void mian(Stirng[] args){
SendFactory  factory=new SendFactory();
Sender  sender=factory.produceMail();
sender.Send();
}

}

3.静态工厂模式，静态工厂模式的方法，与多个工厂模式的方法类似，但是肯定有不一样的地方。

public class SendFactory{
public static Sender produceMail(){
return new MailSender();
}
public static Sender produceSms(){
return new SmsSender();
}
}

测试类的写法如下：

public calss FactoryTest{
public static void mian(String[] args){
Sender sender=new SendFactory.produceMail();
sender.Send();
}
}

关于工厂模式的总结：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。在以上三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象，第三种相对于第二种，不需要实例化工厂化类，所以，在大多数情况下，我们会选用第三种---静态工厂方法模式。

4.抽象的工厂模式：

    工厂方法模式有一个问题就是，类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以从设计角度考虑，有一定的问题，所以就产生了，新的工程模式，抽象工厂模式。

/**
公共的接口
*/
public interface Sender{
public void Send();
}

/**
*两个实现类
*/

public calss MailSender implements Sender{
@Override
public void Send{
System.out.println("this is mailsender!");
}
}

/**
*发送短信
*/
public class SmsSender implements Sender{
@Override
public void Send(){
System.out.println("this is sms Sender");
}
}

两个工厂类：

public  calss SendMainFactory implements Provider{
@Override
public Sender produce(){
return new MailSender();
}
}

public class SendSmsFactory implements Provider{
@Override
public Sender produce(){
return new SmsSender();
}
}

/**
* 提供的一个Provider的接口
*/
public interface Provider{
public Sender produce();
}

测试类：

public class Test{
public static void main(String[] args){
Provider provider=new SendMailFactory();
Sender sender= provider.produce();
sender.Send();
}
}

抽象单例模式的好处：如果你现在想添加一个功能，通过其他的途径 发送消息，你只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。

二 . 单例模式

单例对象是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在，这样的模式有几个好处：

1. 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

2.省去了new 操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力

3. 有些类似如交易所的核心交易引擎，控制这交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只用使用单例模式，才能保证核心交易服务器地理控制整个流程。

简单的单例类：

public class Singleton{
/**
*持有私有静态实例，防止被引用，此处复制为null，目的是实现延迟加载
*/
private static Singleton instance = null;
//私有构造方法
private  Singleton(){}
//静态工程方法，创建实例
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance =new Singleton();
}
return instance;
}
//如果该对象被用于实例化，可以保证对象在序列化前后保持一致
public Object readResolve(){
return instance;
}

}

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决，我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

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

但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance(),都要对队形上锁，事实上，只有在第一次很粗昂见对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

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

看上去是解决了问题，将synchronized关键字加载了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升，但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和复制操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();的语句是分两步执行的，但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接复制给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。

这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：

a>A、B线程同时进入了第一个if判断

b>A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();

c>由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。

d>B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e>此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

private static class SingletonFactory{
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonFactory.instance;
}

实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一
次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我 们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结一个完美的单例模式：

1.public class Singleton {
2.
3.    /* 私有构造方法，防止被实例化 */
4.    private Singleton() {
5.    }
6.
7.    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
8.    private static class SingletonFactory {
9.        private static Singleton instance = new Singleton();
10.    }
11.
12.    /* 获取实例 */
13.    public static Singleton getInstance() {
14.        return SingletonFactory.instance;
15.    }
16.
17.    /* 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 */
18.    public Object readResolve() {
19.        return getInstance();
20.    }
21.}

其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选
择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建 加synchronized关键字，也是可以的：

1.public class SingletonTest {
2.
3.    private static SingletonTest instance = null;
4.
5.    private SingletonTest() {
6.    }
7.
8.    private static synchronized void syncInit() {
9.        if (instance == null) {
10.            instance = new SingletonTest();
11.        }
12.    }
13.
14.    public static SingletonTest getInstance() {
15.        if (instance == null) {
16.            syncInit();
17.        }
18.        return instance;
19.    }
20.}

考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。补充：采用”影子实例”的办法为单例对象的属性同步更新

1.public class SingletonTest {
2.
3.    private static SingletonTest instance = null;
4.    private Vector properties = null;
5.
6.    public Vector getProperties() {
7.        return properties;
8.    }
9.
10.    private SingletonTest() {
11.    }
12.
13.    private static synchronized void syncInit() {
14.        if (instance == null) {
15.            instance = new SingletonTest();
16.        }
17.    }
18.
19.    public static SingletonTest getInstance() {
20.        if (instance == null) {
21.            syncInit();
22.        }
23.        return instance;
24.    }
25.
26.    public void updateProperties() {
27.        SingletonTest shadow = new SingletonTest();
28.        properties = shadow.getProperties();
29.    }
30.}

通过单例模式的学习告诉我们：

1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。

2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

到这儿，单例模式基本已经讲完了，结尾处，笔者突然想到另一个问题，就是采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？

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。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现一样，其实生活中很多事 情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！

4. 建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓符合对象就是指摸个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Text结合起来得到的。

与发送短信，发送邮件的一样，需要一个Sensor接口，两个实现类，MailSender和SmsSender。最后，建造者类如下。

//

public class Builder{
private List<Sender> list=new ArrayList<Sender>();
public void produceMailSender(int count){
for(int i=0;i<count;i++){
list.add(new MailSender());
}
}
public void produceSmsSender(int count){
for(int i=0;i<count;i++){
list.add(new SmsSender());
}
}
}


测试类的写法：
//
public class Test{
public static void main(String[] args){
Builder builder=new Builder();
builder.prodeceMailSender(10);
}
}从这点可以看出，建造者模式将很多功能继承到一个类里，这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工厂模式的区别就是：工厂模式关注的是创建单个产品，而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。因此，是选择工厂模式和建造者模式，依据实际情况而定。