设计模式 day01

设计模式介绍

简单的介绍

  • 设计模式是程序员在面对同类软件工程设计问题所总结出来的有用的经验，模式不是代码，而是某类问题的通用解决方案，设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践。
  • 设计模式的本质提高 软件的维护性，通用性和扩展性，并降低软件的复杂度。
  • 设计模式并不局限于某种语言，java，php，c++ 都有设计模式。

设计模式的类型

  1. 创建型：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式

  2. 结构型：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

  3. 行为型：模版方法模式、命令模式、访问者模式、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（Interpreter模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。

单例模式

定义

  1. 所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。
  2. 单例模式有八种实现方式：(1) 饿汉式(静态常量)(2) 饿汉式（静态代码块）(3) 懒汉式(线程不安全)(4) 懒汉式(线程安全，同步方法)(5) 懒汉式(线程安全，同步代码块)(6) 双重检查(7) 静态内部类(8) 枚举

饿汉式(静态常量)

步骤

1.构造器私有化 (防止new)

2.类的内部创建对象

3.向外暴露一个静态的公共方法:getInstance

4.代码实现

代码部分

public class SingletonTest01 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
	}
}
//饿汉式(静态变量)
class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {}
	//2.本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance = new Singleton();
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {return instance;}	
}

优缺点分析

1.优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

2.缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

3.结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费。

饿汉式（静态代码块）

与静态变量的方式类似，也是在类实例化的过程放在了静态代码块中。

class Singleton {
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {}
	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	static { // 在静态代码块中，创建单例对象
		instance = new Singleton();
	}
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {return instance;}
	
}

有关静态代码块的说明：

  • 静态代码块随着类的加载而执行，而且只执行一次。
  • 静态代码块：执行优先级高于非静态的初始化块，它会在类初始化的时候执行一次，执行完成便销毁，它仅能初始化类变量，即static修饰的数据成员。

懒汉式(线程不安全)

注：public static修饰的类的成员方法可以直接通过类名.方法名调用，类方法可在不实例化对象的前提下【直接调用】。

代码

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}

优缺点

1.优点：起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。

2.缺点：可能会导致多个实例出现的错误情况：如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式

结论

在实际开发中，不要使用这种方式，因为这种方式可能会产生多个实例，违背了单例模式。

懒汉式(线程安全，同步方法)

在线程不安全的基础上添加synchronized关键字来控制多线程不安全问题。

代码部分

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {instance = new Singleton();}
		return instance;
	}
}

优缺点

1.优点：解决了线程不安全问题，并且实现了lazy loading

2.缺点：效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低。

结论

在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式(线程安全，同步代码块)

该模式本质是在上一种模式上进行了改进，因为前面同步方法效率太低，

所以改为同步产生实例化的的代码块

代码部分

// 懒汉式(线程安全，同步代码块)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
            synchronized(Singleton.class){
                instance = new Singleton();
            }
        }
		return instance;
	}
}

结论

这种方式无法实现线程同步的作用，跟第三种实现方式遇到的情形是一致的，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。

在实际开发中，不能使用这种方式。

双重检查

推荐使用，该方式既可以解决懒加载又可以解决线程安全和效率问题。

代码

class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	private Singleton() {}
	//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
	//同时保证了效率, 推荐使用
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

使用 volatile 修饰共享变量后，每个线程要操作变量时会从主内存中将变量拷贝到本地内存作为副本，当线程操作变量副本并写回主内存后，会通过 CPU 总线嗅探机制告知其他线程该变量副本已经失效，需要重新从主内存中读取。

volatile 保证了不同线程对共享变量操作的可见性，也就是说一个线程修改了 volatile 修饰的变量，当修改后的变量写回主内存时，其他线程能立即看到最新值。

总结

1.Double-Check概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。

2.这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象，也避免的反复进行方法同步。

3.线程安全；延迟加载；效率较高

4.结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式。

静态内部类

推荐使用

代码

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
	}
	//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	public static synchronized Singleton getInstance() {return SingletonInstance.INSTANCE;}
}

静态内部类在类加载时不会自动调用，只有在类的静态公有方法被调用时才会调用到该静态内部类，且只加载一次，实现了懒加载。

总结

1.这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

2.静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。

3.类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

4.优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

5.结论：推荐使用

枚举

用枚举来实现单例。

代码

public class SingletonTest08 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
		instance.sayOK();
	}
}
//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

总结

1.这借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

2.这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式

3.结论：推荐使用。

单例模式在JDK中的应用

在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式(饿汉式)，因为runtime在java使用过程中一定会用到，所以不会存在内存浪费的现象。

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注意事项和细节说明

1 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。

2.当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new

3.单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)

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