设计模式

设计模式

常用设计模式

单例模式

核心：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实例。

优点：可以避免⼀个全局使⽤的类频繁的创建与销毁，耗费系统资源。

关键概念

• ⼀个私有构造函数
• ⼀个私有静态变量
• ⼀个公有静态函数

单例模式的6种实现

懒汉式（线程不安全）

public class Singleton {
 // 类加载时就创建实例
 private static final Singleton instance = new Singleton();
 // 私有构造函数
 private Singleton() {}
 // 公共静态⽅法，返回实例
 public static Singleton getInstance() {
 return instance;
 }
}

说明： 先不创建实例，当第⼀次被调⽤时，再创建实例，所以被称为懒汉式

优点： 延迟了实例化，如果不需要使⽤该类，就不会被实例化，只有在需要时才创建实例，避免了资源浪费

缺点： 线程不安全，多线程环境下，如果多个线程同时进⼊了 if (uniqueInstance == null) ，若此时还未实例化，也就是 uniqueInstance == null，那么就会有多个线程执⾏ uniqueInstance = new Singleton(); ，就会实例化多个实例

饿汉式（线程安全）

public class Singleton {
 // 类加载时就创建实例
 private static final Singleton instance = new Singleton();
 // 私有构造函数
 private Singleton() {}
 // 公共静态⽅法，返回实例
 public static Singleton getInstance() {
 return instance;
 }
}

说明： 先不管需不需要使⽤这个实例，直接先实例化好实例，然后当需要使⽤的时候， 直接调⽅法就可以使⽤了

优点： 提起实例化好了⼀个实例，避免了线程不安全问题的出现

缺点： 直接实例化了实例，不再延迟实例化；若系统没有使⽤这个实例，或者系统运⾏很久之后才需要使⽤这个实例，都 会使操作系统的资源浪费

懒汉式（线程安全）

public class Singleton {
 private static Singleton uniqueInstance;
 private static singleton() {}
 private static synchronized Sing leton getUinqueInstance() {
 if (uniqueInstance == null) {
 uniqueInstance = new Singleton();
 }
 return uniqueInstance;
 }
}

说明：

优点：

缺点：

双重检查锁实现（线程安全）

public class Singleton {
 private volatile static Singleton uniqueInstance;
 
 private Singleton() {}
 // 使⽤双重检查锁定保证线程安全
 public static Singleton getUniqueInstance() {
 if (uniqueInstance == null) {
 synchronized (Singleton.class) {
 if (uniqueInstance == null) {
 uniqueInstance = new Singleton();
 }
 }
 }
 return uniqueInstance;
 }
}

说明：

优点：

缺点：

静态内部类实现（线程安全）

public class Singleton {
 private Singleton() {}
 // 静态内部类持有实例
 private static class SingletonHolder {
 private static final Singleton instance = new Singleton();
 }
 // 公共静态⽅法，返回实例
 public static Singleton getInstance() {
 return SingletonHolder.instance;
 }
}

说明：

优点：

缺点：

枚举类实现（线程安全）

public enum Singleton {
 INSTANCE;
 // 可以添加其他⽅法和属性
 public void doSomething() {
 // 实现
 }
}

说明：

优点：

缺点：

应用场景

• 资源共享：当多个模块或系统需要共享某⼀资源时，可以使⽤单例模式确保该资源只被创建⼀次，避免重复创 建和浪费资源。

• 控制资源访问：单例模式可以⽤于控制对特定资源的访问，例如数据库连接池、线程池等。

• 配置管理器：当整个应⽤程序需要共享⼀些配置信息时，可以使⽤单例模式将配置信息存储在单例类中，⽅便 全局访问和管理。

• ⽇志记录器：单例模式可以⽤于创建⼀个全局的⽇志记录器，⽤于记录系统中的⽇志信息。

• 线程池：在多线程环境下，使⽤单例模式管理线程池，确保线程池只被创建⼀次，提⾼线程池的利⽤率。

• 缓存：单例模式可以⽤于实现缓存系统，确保缓存只有⼀个实例，避免数据不⼀致性和内存浪费。

使⽤场景总结：

（1）频繁实例化然后⼜销毁的对象，使⽤单例模式可以提⾼性能

（2）经常使⽤的对象，但实例化时耗费时间或者资源多，如数据库连接池，使⽤单例模式，可以提⾼性能，降低资源损坏

（3）使⽤线程池之类的控制资源时，使⽤单例模式，可以⽅便资源之间的通信

工厂模式

核心：在创建对象时，不会对客户端暴露对象的创建逻辑，⽽是通过使⽤共同的接⼝来创建对象。其⽤来封装和管理类的创建，本质是对获取对象过程的抽象。

优点

• 解耦：将对象的创建和使⽤进⾏分离，客户端代码与具体产品类的实例化过程解耦，客户端只需要知道⼯⼚的 接⼝和抽象产品的接⼝，⽽不需要关⼼具体的实现类。
• 可复⽤：对于创建过程⽐较复杂且在很多地⽅都使⽤到的对象，通过⼯⼚模式可以提⾼对象创建的代码的复⽤性。
• 易于扩展：添加新的产品类时，只需要扩展相应的具体产品和具体⼯⼚，⽽不需要修改已有的代码，符合开闭原则。
• 更符合⾯向对象的设计原则：通过⼯⼚模式，将对象的创建封装在⼯⼚类中，使得系统更符合单⼀职责原则。

工程模式分类

简单工厂

工厂方法

抽象工厂

应用场景

• 当⼀个类不知道它所需要的类的时候。
• 当⼀个类希望通过其⼦类来指定创建对象的时候。
• 当类将创建对象的职责委托给多个帮助⼦类中的某⼀个，并且希望将哪⼀个帮助⼦类是代理者的信息局部化时。

代理模式

核心：在访问某个对象时引⼊⼀种代理对象，通过代理对象控制对原始对象的访问。

主要角色

• 抽象主题（ Subject ): 定义了代理对象和真实对象的共同接⼝，使得代理对象能够替代真实对象
• 真实主题 Real Subject : 是实际执⾏业务逻辑的对象，是代理模式中的被代理对象
• 代理 Proxy : 包含⼀个指向真实主题的引⽤，提供与真实主题相同的接⼝，可以控制对真实主题的访问，并在 需要时负责创建或删除真实主题的实例

观察者模式

核心：定义了⼀种⼀对多的依赖关系，让多个观察者对象同时监听某⼀个主题对象。这个主题 对象在状态变化时，会通知所有的观察者对象，使他们能够⾃动更新⾃⼰。

优点：解除耦合，让耦合的双⽅都依赖于抽象，从⽽使得各⾃的变换都不会影响另⼀边的变换

装饰器模式

适配器模式

设计原则

• 单一权责

  在设计类的时候要尽量缩⼩粒度，使功能明确、单⼀，不要做多余的事情（⾼内聚，低耦合）

• 开闭原则

  软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。这意味着可以通过扩展来添加新功能，⽽不必修改现有代码

• 里氏替代

  ⼦类型必须能够替换掉它们的基类型。在程序中，如果有⼀个基类和⼀个⼦类，那么可以⽤⼦类对象替换基类对 象，⽽程序的⾏为仍然是正确的

• 接口隔离

  不应该强迫⼀个类实现它不需要的接⼝。⼀个类不应该对它⽤不到的⽅法负责

• 依赖倒置

  ⾼层模块不应该依赖于低层模块，⽽是应该依赖于抽象。抽象不应该依赖于具体实现，具体实现应该依赖于抽象

• 组合优于继承

  继承耦合度⾼，组合耦合度低

  继承基类是固定好的，但是组合通过组合类的指针，可以传⼊不同的类，避免⾼耦合

• 组合复用原则

  优先使⽤组合 contains a（聚合 has a），⽽不是继承 is a 来达到⽬的

• 迪米特原则

  ⼀个对象应当对其他对象有尽可能少的了解，即不和陌⽣⼈说话