Java设计模式（一）

待我称王封你为后i 2023-07-08 15:28 7阅读 0赞

## 一、单例设计模式 ##

单例模式主要是为了避免因为创建了多个实例造成资源的浪费，且多个实例由于多次调用容易导致结果出现错误，而使用单例模式能够保证整个应用中有且只有一个实例。

解决的问题是：可以保证一个类在内存中的对象的唯一性，在一些常用的工具类、线程池、缓存，数据库，账户登录系统、配置文件等程序中可能只允许我们创建一个对象，一方面如果创建多个对象可能引起程序的错误，另一方面创建多个对象也造成资源的浪费。

**1、实现步骤**

> 私有化该类的构造函数  
> 通过new在本类中创建一个本类对象  
> 定义一个公有的方法，将在该类中所创建的对象返回

**2、单例模式的两种写法**

**饿汉式**

public class Singleton {
    	 /**
    	 * 饿汉式，保证了：线程安全，但是没有达到Lazy Loading(懒加载)
    	 */
    	private static Singleton instance=new Singleton();
    	private Singleton(){};
    	public static Singleton getInstance(){
    		return instance;
    	}
    }

**懒汉式双重校验锁**

public class Singleton {
    	/**
    	 * 懒汉式变种，属于懒汉式中最好的写法，保证了：延迟加载和线程安全
    	 */
    	private static volatile  Singleton instance=null;
    	
    	private Singleton() {};
    	
    	public static Singleton getInstance(){
    		 if (instance == null) {  
    	          synchronized (Singleton.class) {  
    	              if (instance == null) {  
    	            	  instance = new Singleton();  
    	              }  
    	          }  
    	      }  
    	      return instance;  
    	}
    }

java提供了volatile关键字来保证可见性。当一个共享变量被volatile修饰时，它会被保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会立即去内存中读取新值

instance的声明有一个voliate关键字，如果不用该关键字，有可能会出现异常。因为`instance = new Singleton();`并不是一个原子操作，会被编译成三条指令，如下所示。  
1.给Singleton的实例分配内存 2.初始化Singleton的构造器 3.将instance对象指向分配的内存空间（注意 此时instance就不为空）

voliate有一个特性就是禁止指令重排序

**3、项目应用**

**3.1、hibernate中SessionFactory采用单例模式**

SessionFactory具有以下特点

> 它是线程安全的，它的同一个实例能够供多个线程使用。  
> 它是重量级的，不能随意地创建和销毁它的实例。

一般情况下，一个项目中只需要一个SessionFactory，只有当应用存在多个数据源时，才为每个数据源创建一个SessionFactory实例。因此，在实际项目使用中，通常会抽取出一个HibernateUtils的工具类，用来提供Session对象。

**3.2、Spring的bean作用域默认采用单例**

如果一个bean被声明为单例的时候，在处理多次请求的时候在spring 容器里只实例化出一个bean，后续的请求都公用这个对象，这个对象会保存在一个map里面。当有请求来的时候会先从缓存(map)里查看有没有，有的话直接使用这个对象，没有的话才实例化一个新的对象，所以这是个单例的 。

Spring IoC容器中只会存在一个共享的Bean实例，无论有多少个Bean引用它，始终指向同一对象。

Spring使用ThreadLocal解决线程安全问题 
    
    只有无状态的Bean才可以在多线程环境下共享
    
    Spring对一些Bean中非线程安全状态采用ThreadLocal进行处理，让它们也成为线程安全的状态。
    因此有状态的Bean就可以在多线程中共享了。

**3.3、struts1中Action时单例的**

> Struts1 Action是单例模式但是必须保障Action是线程安全的，所以单例策略限制了Struts1 Action能作的事。

> Struts2 Action对象为每一个请求产生一个实例，所以没有线程安全问题，因此没有采用单例模式。

**4、项目实战中使用单例的例子**

**4.1、单例模式和监听器实现在线人数统计**

创建一个实体类，并把他的构造方法设置为私有private，即不能构造，并且实现单例模式  
同时创建一个监听器 在用户登录以后存入session和用户注销时候进行监听。

> 当然也可以使用redis来统计网站人数

**4.2、elasticsearch 创建client**

client连接和关闭非常耗费时间，因此采用了【懒汉式双重校验锁】单例模式，保障系统只有唯一实例。并且因为ES client是线程安全的，单例下的并发不会有问题。

**4.3、数据库连接池单例模式**

主要是节省打开或者关闭数据库连接所引起的效率损耗

**4.4、读取系统xml配置文件采用单例模式**

[Java-设计模式（三）------单例设计模式(Singleton Pattern)完全解析][Java-_------_Singleton Pattern]

## 二、工厂模式 ##

使用工厂模式创建对象是不向使用者暴露创建细节，并且可以通过统一的接口引用对象。

**1、工厂模式的作用**

> 解耦：把对象的创建和使用的过程分开  
> 降低代码重复：创建过程都由工厂统一管理  
> 因为工厂管理了对象的创建逻辑，使用者并不需要知道具体的创建过程，只管使用即可，减少了使用者因为创建逻辑导致的错误

**2、工厂模式四个分类**

> 静态工厂模式  
> 简单工厂模式  
> 工厂方法模式  
> 抽象工厂模式

**3、项目应用**

**3.1、Spring IOC**

> Spring IOC  
> Spring IOC容器就像是一个工厂一样，当我们需要创建一个对象的时候，只需要配置好配置文件/注解即可，完全不用考虑对象是如何被创建出来的  
> Spring使用工厂模式可以通过 BeanFactory 或 ApplicationContext 创建 bean 对象。  
> 前者需要时创建bean，内存占用少，后者一次性创建所有的bean，内存消耗大，并且提供扩展功能。

**3.2、Mybatis的SqlSessionFactory**

使用简单工厂模式，根据参数的不同返回不同类的实例

**3.3、Hibernate使用SessionFactory工厂类**

在使用Hibernate执行持久化操作前，需要得到一个Session对象

Session对象可以通过SessionFactory（工厂类）的openSession方法来获得。

> PS：项目很多带有XxxFactory一般都是工厂类

**4、项目实战中使用工厂模式的例子**

1、常用的一些工具类【静态工厂模式】

> StringUtis.isEmpty()

2、部署多种数据库【简单工厂模式】

> 可能在不同的地方要使用不同的数据库，此时只需要在配置文件中设定数据库的类型，每次再根据类型生成实例

3、自定义报表【工厂模式】

项目需求：有几十个不同字段表单，每个表单录入数据（录入基本有特点的要求）  
思路：设计一个工厂插件类（抽取公共的方法），比如保存数据、导入数据、下载数据接口，生成每个表单插件子类（实现本身需求）。

[Java-设计模式（一）------工厂模式][Java-_------]

## 三、代理设计模式(Proxy) ##

代理(Proxy)是一种设计模式，提供了对目标对象另外的访问方式；即通过代理对象访问目标对象。这样做的好处是：可以在目标对象实现的基础上，增强额外的功能操作，即扩展目标对象的功能。

**1、代理模式的优点**

通过获取代理对象来实现我们想要的功能，从而可以在不修改被代理对象（有可能是别人开发的代码，不建议随意修改别人的代码）的源代码，从而达到易于扩展的好处。

**2、代理模式的三种实现方式**

**静态代理**：静态代理在使用时，需要定义接口或者父类，被代理对象与代理对象一起实现相同的接口或者是继承相同父类。

**动态代理**：JDK中生成代理对象的API，需要使用newProxyInstance方法。

**Cglib代理**：静态代理和动态代理模式都是要求目标对象是实现一个接口的目标对象，但是有时候目标对象只是一个单独的对象，并没有实现任何的接口，这个时候就可以使用以目标对象子类的方式类实现代理。

**3、项目应用**

**3.1、Spring AOP的静态代理和动态代理使用**

> AOP实现的关键在于AOP框架自动创建的AOP代理，AOP代理主要分为静态代理和动态代理，静态代理的代表为AspectJ；而动态代理则以Spring AOP为代表。

> Spring AOP使用的动态代理，所谓的动态代理就是说AOP框架不会去修改字节码，而是在内存中临时为方法生成一个AOP对象，这个AOP对象包含了目标对象的全部方法，并且在特定的切点做了增强处理，并回调原对象的方法。

> Spring AOP中的动态代理主要有两种方式，JDK动态代理和CGLIB动态代理。JDK动态代理通过反射来接收被代理的类，并且要求被代理的类必须实现一个接口。JDK动态代理的核心是InvocationHandler接口和Proxy类。

> 如果目标类没有实现接口，那么Spring AOP会选择使用CGLIB来动态代理目标类。CGLIB（Code Generation Library），是一个代码生成的类库，可以在运行时动态的生成某个类的子类，注意，CGLIB是通过继承的方式做的动态代理，因此如果某个类被标记为final，那么它是无法使用CGLIB做动态代理的。

**3.2、Mybatis的Dao层动态代理使用**

> 代理模式可以认为是Mybatis的核心使用的模式，正是由于这个模式，我们只需要编写Mapper.java接口，不需要实现，由Mybatis后台帮我们完成具体SQL的执行。

使用SqlSession创建Dao接口的代理对象

//获取动态代理对象
    UserMapper mapper = session.getMapper(UserMapper.class);

使用代理对象执行方法

User user = mapper.findUserById(1);

**3.3、Hibernate 延迟加载的代理模式**

> Hibernate 采用“延迟加载”管理关联实体的模式，其实就在加载主实体时，并未真正去抓取关联实体对应数据，而只是动态地生成一个对象作为关联实体的代理。当应用程序真正需要使用关联实体时，代理对象会负责从底层数据库抓取记录，并初始化真正的关联实体。
> 
> 在 Hibernate 的延迟加载中，客户端程序开始获取的只是一个动态生成的代理对象，而真正的实体则委托给代理对象来管理——这就是典型的代理模式。

**3.4、Mybatis延迟加载的代理模式**

> 使用CGLIB创建目标对象的代理对象，当调用目标方法时，进入拦截器方法，比如调用a.getB().getName()，拦截器invoke()方法发现a.getB()是null值，那么就会单独发送事先保存好的查询关联B对象的sql，把B查询上来，然后调用a.setB(b)，于是a的对象b属性就有值了，接着完成a.getB().getName()方法的调用。这就是延迟加载的基本原理。

当然了，不光是Mybatis，几乎所有的包括Hibernate，支持延迟加载的原理都是一样的。

**3.5、Mybatis的插件**

> mybatis可以编写针对Executor、StatementHandler、ParameterHandler、ResultSetHandler四个接口的插件，mybatis使用JDK的动态代理为需要拦截的接口生成代理对象，然后实现接口的拦截方法，所以当执行需要拦截的接口方法时，会进入拦截方法（AOP面向切面编程的思想）

**4、项目实战中使用代理设计模式的例子**

1、Spring AOP :事务管理、日志处理、安全验证

[Java-设计模式（二）------代理设计模式(Proxy)解析][Java-_------_Proxy]

## 四、装饰者模式 ##

**3、项目应用**

**3.1、Mybatis二级缓存中装饰者模式的使用**

Mybatis中，其二级缓存机制使用了装饰者模式。他根据配置文件中读取的不同信息，而动态的生成不一样类型的Cache。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5OTE0ODM3_size_16_color_FFFFFF_t_70]

mybatis中的缓存装饰器有很多，分别实现不同的功能，而它提供的缓存实现类只有一个即PerpetualCache，它也是我们前面所提到的默认缓存实现类，每个装饰器都实现了Cache接口

缓存实现类PerpetualCache以及装饰器decorators都实现了Cache接口

PerpetualCache功能比较单一，但是用于二级缓存也足够了。于是mybatis在此基础上，拓展了很多功能，都是装饰器实现`org.apache.ibatis.cache.decorators.LoggingCache`这个装饰器是记录缓存命中次数并打印日志。

**3.2、Java的java.io流中装饰者模式的使用**

java.io类库是使用装饰者模式组织

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5OTE0ODM3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

> InputStream是一个抽象组件。  
> FilterInputStream是一个抽象装饰者。  
> 其它继承自InputStream的类是可以被装饰者包装的具体组件。  
> 继承自FilterInputStream的类是具体的装饰者

**3.3、Spring 中ServletRequestWrapper**

ServletRequestWrapper是ServletRequest接口的简单实现，开发者可以继承ServletRequestWrapper去扩展原来的request。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5OTE0ODM3_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**3.4、Spring Session**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI5OTE0ODM3_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

ServletRequestWrapper 是第一层包装，HttpServletRequestWrapper 通过继承进行包装，增加了 HTTP 相关的功能，SessionRepositoryRequestWrapper 又通过继承进行包装，增加了 Session 相关的功能

> ServletRequestWrapper使用装饰着模式，加强ServletRequest  
> SessionRepositoryRequestWrapper 又使用了装饰着模式，以此来增强session相关的功能

[Java-设计模式（四）------装饰者模式][Java-_------ 1]

[Java-_------_Singleton Pattern]: https://blog.csdn.net/qq_29914837/article/details/85245718
[Java-_------]: https://blog.csdn.net/qq_29914837/article/details/85269792
[Java-_------_Proxy]: https://blog.csdn.net/qq_29914837/article/details/86713019
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[Java-_------ 1]: https://blog.csdn.net/qq_29914837/article/details/86700255