JAVA 的23中设计模式之一：创建型模式

叁歲伎倆 2022-02-03 12:11 178阅读 0赞

**23中模式分类：**

> **创建型模式（关注对象的创建过程）：**
> 
> **               **单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式。
> 
> **结构型模式（关注对象和类的组织）：**
> 
> **               **适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
> 
> **行为型模式（关注对象之间的交互，研究运行时对象之间的通信协作）：**
> 
> **               **模板方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、
> 
>                策略模式、职责链模式、访问者模式。

**1，单例模式（最常用）：**

> **核心作用：**
> 
> **           ** 保证一个类有且只有一个实例（对象），并且提供一个访问该实例的全局方法。
> 
> **使用场景：**
> 
> **         ** 数据库连接池的设计，Spring中每个bean默认就是单例，Spring MVC框架中，控制器对象也是单例。** **
> 
> **优点：**
> 
>           因为单例只生成一个实例（对象），减少系统性能开销，是一种共享的资源。
> 
> **常见五种单例模式：**
> 
> **         主要：**
> 
> **                   1，**饿汉式（优点：线程安全，调用效率高，但是，不能延时加载。 缺点：如果不调用单例方法，则会一直浪                                            费该单例资源。）
> 
>  
> 
>     /**
>      * 饿汉式单例模式
>      */
>     public class SingletonDemo1 {
>     
>         //类初始化时，立即加载类对象（即：非延迟加载）。
>         private static /*final*/ SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1();
>     
>         //私有构造器
>         private SingletonDemo1() {};
>         
>         // 线程安全，虚拟机只会装在一次该类，肯定不会并发访问，可以忽略 synchronized
>         // 由于不需要:synchronized，所以调用效率高
>         public static SingletonDemo1 getInstance() {
>             return instance;
>         }
>     
>     
>         //测试
>         public static void main(String[] args){
>             SingletonDemo1 s1 = SingletonDemo1.getInstance();
>             SingletonDemo1 s2 = SingletonDemo1.getInstance();
>             System.out.println(s1);
>             System.out.println(s2);
>             System.out.println(s1 == s2);
>         }
>     }
> 
>  
> 
>                   ,2，懒汉式（线程安全，调用效率不高，可以延时加载）
> 
>     /**
>      * 懒汉单例模式
>      */
>     public class SingletonDemo2 {
>         private static /*final*/ SingletonDemo2 instance;
>     
>         //私有构造器
>         private SingletonDemo2() {};
>     
>         //必须加上 synchronized 实现单线程访问，保证线程安全
>         // 加上 synchronized  避免了并发访问时实例化多个对象违反单例模式设计
>         //要点：实现了懒加载（延迟加载）,资源利用率高，但是并发效率低了
>         public static synchronized SingletonDemo2 getInstance() {
>     
>             //如果不加  synchronized 很容易在这一步出现并发访问造成实例化多个对象
>             if (instance == null) {
>                 instance = new SingletonDemo2();
>             }
>             return instance;
>         }
>     };
> 
>  
> 
>    **其他：**
> 
>                   3，双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题，不建议使用）
> 
>                   4，静态内部类式（线程安全，调用效率高，可以延时加载）
> 
>     /**
>      * 静态内部类模式
>      */
>     public class SingletonDemo3 {
>     
>         private SingletonDemo3(){};
>     
>         //私有的静态内部类
>         private static class SingletonClassInstance{
>             private static final SingletonDemo3 instance = new SingletonDemo3();
>         }
>     
>         // 外部类没有static属性，不会像饿汉式那样立即加载对象。
>         //只有调用 getInstance() 方法才加载静态内部类，线程安全
>         // instance是static final类型，保证内存中只有一个实例存在，并且只能赋值一次
>         //兼备并发高效调用和延迟加载的优势
>         public static SingletonDemo3 getInstance(){
>             return SingletonClassInstance.instance;
>         }
>     }
> 
>                    5，枚举单例（线程安全，调用效率高，不能延时加载，天然防止反射反序列化漏洞）
> 
>     /**
>      * 枚举模式(没有懒加载效果)
>      * 优势：避免反射反序列化漏洞
>      */
>     public enum SingletonDemo4 {
>         //这个枚举，本身就是单例对象
>         INSTANE;
>     
>         public void singletonOperation(){
>            // TODO 可对枚举对象进行操作
>         }
>     
>     }
> 
> **如何选用：**
> 
> **             **占用 资源少，不需要 延迟加载： **枚举式  好于  饿汉式**
> 
>              占用 资源少，需要 延迟加载： **静态内部类式  好于 懒汉式**
> 
>  
> 
> （小记：懒加载（延迟加载）:使用单例对象时才new出来对象。   非懒加载：类加载以后单例对象既已存在。）
> 
>  **扩展知识：通过反射和反序列化破解单例模式实现（不包括枚举式单例模型）：**
> 
> **       以饿汉式模型举例：**
> 
> **               ** 通过反射：
> 
>     //测试
>         public static void main(String[] args) throws Exception {
>             //正常情况下调用
>             SingletonDemo1 s1 = SingletonDemo1.getInstance();
>             SingletonDemo1 s2 = SingletonDemo1.getInstance();
>             System.out.println(s1);
>             System.out.println(s2);
>             System.out.println("-------------------------");
>     
>             //通过反射破解单例模式
>             //通过反射加载类对象
>             Class<SingletonDemo1> aClass = (Class<SingletonDemo1>) Class.forName("com.panger.singleton.SingletonDemo1");
>             //获取无参构造器
>             Constructor<SingletonDemo1> c = aClass.getDeclaredConstructor(null);
>             //跳过 定义了 private 的成员 权限检查设置
>             c.setAccessible(true);
>             SingletonDemo1 s3 = c.newInstance();
>             SingletonDemo1 s4 = c.newInstance();
>             System.out.println(s3);
>             System.out.println(s4);
>     
>             // TODO 运行结果可发现 s3 ！= s4 
>         }
> 
>            避免这种情况的发生，可在构造方法中进行校验：
> 
> ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RpbWVndXlz_size_16_color_FFFFFF_t_70][]
> 
> **               **
> 
> **                   **通过反序列化：
> 
>     //测试
>         public static void main(String[] args) throws Exception {
>             //正常情况下调用
>             SingletonDemo1 s1 = SingletonDemo1.getInstance();
>             SingletonDemo1 s2 = SingletonDemo1.getInstance();
>             System.out.println(s1);
>             System.out.println(s2);
>             System.out.println("-------------------------");
>     
>            //通过反序列化方式破解单例：
>             //序列化对象
>             FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:/a.txt");
>             ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
>             oos.writeObject(s1);
>             oos.close();
>             fos.close();
>     
>             //反序列化对象
>             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("d:/a.txt"));
>             SingletonDemo1 s3 = (SingletonDemo1) ois.readObject();
>             System.out.println(s3);
>             // TODO 运行发现 被序列化的对象 s1  反序列化变为s3后  s1 ！= s3
>         }
> 
>                       避免这种情况的发生：
> 
> ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1RpbWVndXlz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

**2，工厂模式：**

> **    核心作用：**
> 
>                       帮助我们new对象出来，实现创建者和调用者分离。
> 
> **常见的工厂模式：**
> 
>              1，简单工厂模式（**常用**，也叫静态工厂模式，传递参数不同通过静态类方法返回不同的对象实例  缺点：不好扩展）
> 
>     /**
>      * 简单工厂模式
>      * 
>      */
>     public class FactoryDemo1 {
>     
>         public static Fruits create(int type) {
>             if (type == 1) {
>                 return new Apple();
>             } else {
>                 return new Banana();
>             }
>         }
>     
>         //调用工厂模式
>         public static void main(String[] args) {
>             FactoryDemo1.create(1);
>             FactoryDemo1.create(2);
>     
>         }
>     }
>     
>     class Fruits {
>     
>     }
>     
>     class Apple extends Fruits {
>         public Apple() {
>             System.out.println("苹果。。。");
>         }
>     }
>     
>     class Banana extends Fruits {
>         public Banana() {
>             System.out.println("香蕉。。。");
>         }
>     }
> 
>  
> 
>              2，工厂方法模式 （相当于一个实例创建了对应的工厂  可扩展性好   缺点：工厂类过多）
> 
>     1、
>     public interface Fruit {
>         public void print();
>         
>     }
>     
>     2、
>     public class Apple implements Fruit {
>     
>         @Override
>         public void print() {
>             System.out.println("苹果。。。。");
>         }
>     }
>     
>     3、
>     public class Banana implements Fruit {
>     
>         @Override
>         public void print() {
>             System.out.println("香蕉。。。");
>         }
>     }
>     
>     4、工厂父类创建
>     public interface FruitFactory {
>         Fruit getFruits();
>     }
>     
>     5、apple工厂类创建
>     public class AppleFactory implements FruitFactory {
>         public Fruit getFruits() {
>             return new Apple();
>         }
>     }
>     
>     6、banana工厂类创建
>     public class BananaFactory implements FruitFactory {
>         public Fruit getFruits() {
>             return new Banana();
>         }
>     }
>     
>     7、
>     /**
>      * 工厂方法模式
>      */
>     public class FactoryDemo2 {
>         public static void main(String[] args){
>             Fruit apple = new AppleFactory().getFruits();
>             Fruit banana = new BananaFactory().getFruits();
>             apple.print();
>             banana.print();
>         }
>     }
> 
>  
> 
>              3，抽象工厂模式（生产不同产品族的全部产品 ，不可增加产品，但可以增加产品族）
> 
> **应用场景：**
> 
>  *  **            **JDK中Calendar的getInstance方法。
>  *              JDBC中的Connection对象的获取。
>  *               Spring中的IOC容易创建管理bean对象。
>  *               反射中Class对象的newInstance()......

**3，建造者模式：**

> ** 应用场景：  **
> 
>              当你需要创建一个复杂型的产品时（比如：一辆汽车需要按着步骤组装起来，比如SpringBuilder的append方法），我们所需要的对象构建也很复杂，有很多步骤并且还需要按一定顺序进行处理时。
> 
> **  举一个例子（假如要构建一个航天飞船）：**
> 
>     1、
>     /**
>      * 宇宙飞船类
>      */
>     public class AirShip {
>         private OrbitalModule orbitalModule; //轨道舱
>         private Engine engine; //发动机
>         private EscapeTower escapeTower; //逃生舱
>     
>         public OrbitalModule getOrbitalModule() {
>             return orbitalModule;
>         }
>     
>         public void setOrbitalModule(OrbitalModule orbitalModule) {
>             this.orbitalModule = orbitalModule;
>         }
>     
>         public Engine getEngine() {
>             return engine;
>         }
>     
>         public void setEngine(Engine engine) {
>             this.engine = engine;
>         }
>     
>         public EscapeTower getEscapeTower() {
>             return escapeTower;
>         }
>     
>         public void setEscapeTower(EscapeTower escapeTower) {
>             this.escapeTower = escapeTower;
>         }
>     
>         public void launch(){
>             System.out.println("飞船发射！");
>         }
>     }
>     
>     //轨道类
>     class OrbitalModule{
>         private String name;
>     
>         public String getName() {
>             return name;
>         }
>     
>         public void setName(String name) {
>             this.name = name;
>         }
>     }
>     //发动机类
>     class Engine{
>         private String name;
>     
>         public String getName() {
>             return name;
>         }
>     
>         public void setName(String name) {
>             this.name = name;
>         }
>     }
>     //逃生舱类
>     class EscapeTower{
>         private String name;
>         public String getName() {
>             return name;
>         }
>     
>         public void setName(String name) {
>             this.name = name;
>         }
>     }
>     
>     
>     2、
>     /**
>      * 飞船组件提供接口
>      */
>     public interface AirShipBuilder {
>         Engine builderEngine();
>         OrbitalModule builderOrbitalModule();
>         EscapeTower builderEscapeTower();
>     }
>     
>     3、
>     /**
>      * 飞船组件实例化类
>      */
>     public class SxtAirShipBuilder implements AirShipBuilder {
>         public Engine builderEngine() {
>             System.out.println("构建发动机");
>             return new Engine();
>         }
>     
>         public OrbitalModule builderOrbitalModule() {
>             System.out.println("构建轨道舱");
>             return new OrbitalModule();
>         }
>     
>         public EscapeTower builderEscapeTower() {
>             System.out.println("构建逃生舱");
>             return new EscapeTower();
>         }
>     }
>     
>     
>     4、
>     /**
>      * 创建飞船接口
>      */
>     public interface AirShipDirector {
>     
>         AirShip directAirShip();
>     }
>     
>     5、
>     /**
>      * 装配者
>      */
>     public class SxtAirShipDirector implements AirShipDirector {
>     
>         private AirShipBuilder airShipBuilder;
>     
>         //当前类加载时  创建 AirShipBuilder 对象
>         public SxtAirShipDirector(AirShipBuilder airShipBuilder){
>             this.airShipBuilder = airShipBuilder;
>         }
>     
>         // 将飞船组件进行装配并返回飞船
>         public AirShip directAirShip() {
>             AirShip airShip = new AirShip();
>             airShip.setEngine(airShipBuilder.builderEngine());
>             airShip.setEscapeTower(airShipBuilder.builderEscapeTower());
>             airShip.setOrbitalModule(airShipBuilder.builderOrbitalModule());
>             System.out.println("飞船创建成功："+airShip);
>             return airShip;
>         }
>     
>         public static void main(String[] args){
>             //进行组件装配
>             SxtAirShipDirector sxtAirShipDirector = new SxtAirShipDirector(new SxtAirShipBuilder());
>             //获取飞船
>             AirShip airShip = sxtAirShipDirector.directAirShip();
>             airShip.launch();
>         }
>     }
> 
>

**4，原型模式（prototype）：**

> **应用场景：**
> 
> **             **简单来说就是克隆或者拷贝一个已经实例化并且属性赋值的 对象  给另一个新的对象使用。
> 
> **原型模式实现：**
> 
> **        1，创建原型类：**
> 
>     /**
>      * 要想使用该类的原型模式，必须实现 Cloneable 接口
>      */
>     public class Sheep implements Cloneable {
>         private String name;
>         private Date birthday;
>     
>         public Sheep(String name, Date birthday) {
>             this.name = name;
>             this.birthday = birthday;
>         }
>     
>     
>         @Override
>         protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
>             Object obj = super.clone();
>             return obj;
>         }
>     }
> 
> **        2，浅克隆：**
> 
>     /**
>          * 浅克隆：当源对象中的属性 birthday 的时间被修改了，那么克隆对象的 birthday也会被修改
>          */
>         public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
>             Date date = new Date(23123124324L);
>             Sheep s1 = new Sheep("原型羊", date);
>             System.out.println("源对象实例化赋值："+s1.birthday);
>     
>             //进行克隆 克隆后 name  birthday 的值和s1一样
>             Sheep s2 = (Sheep) s1.clone();
>             System.out.println("克隆出 s2 之后："+s2.birthday);
>     
>             //重新给 s1 的属性赋值以后  会发现即便 s2已经被克隆出来 但是其属性跟s1也一样会变化
>             date.setTime(2345678945645L);
>             System.out.println("对源对象的属性修改值以后的s1："+s1.birthday);
>     
>             System.out.println("对源对象的属性修改值以后的s2："+s2.birthday);
>             // TODO  可对s2的属性再次进行修改，不会影响s1的属性值
>         }
> 
> **        3，深度克隆：**
> 
>     1、
>     // 修改 Sheep 中的代码   
>     @Override
>         protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
>             Object obj = super.clone();
>             // 若想使用深度克隆：将源对象的属性也进行克隆以保证 源对象和克隆对象不会公用一个属性值
>             Sheep s = (Sheep) obj;
>             // 对 birthday 进行克隆
>             s.birthday = (Date) this.birthday.clone();
>             return obj;
>         }
>     
>     
>     
>     
>     2、
>     /**
>          * 深度克隆：当源对象中的属性 birthday 的时间被修改了，克隆对象的属性值不变
>          */
>         public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
>             Date date = new Date(23123124324L);
>             Sheep s1 = new Sheep("原型羊", date);
>             System.out.println("源对象实例化赋值："+s1.birthday);
>     
>             //进行克隆 克隆后 name  birthday 的值和s1一样
>             Sheep s2 = (Sheep) s1.clone();
>             System.out.println("克隆出 s2 之后："+s2.birthday);
>     
>             date.setTime(2345678945645L);
>             System.out.println("对源对象的属性修改值以后的s1："+s1.birthday);
>     
>             System.out.println("对源对象的属性修改值以后的s2："+s2.birthday);
>             // TODO  可对s2的属性再次进行修改
>         }
> 
>  **       ** 
> 
> **            4，还可使用序列化和反序列化进行深度克隆，此处不再实现，有兴趣的朋友可百度。**

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