创建型设计模式常见有如下几类:
- 单例(Singleton)
- 简单工厂(Simple Factory)
- 工厂方法(Factory Method)
- 抽象工厂(Abstract Factory)
- 生成器(Builder)
- 原型模式(Prototype)
1. 单例(Singleton)
意图
确保一个类只有一个实例,并提供该实例的全局访问点。
类图
使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例,只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。
单例模式
实现
1) 懒汉式-线程不安全
以下实现中,私有静态变量 uniqueInstance
被延迟化实例化,这样做的好处是,如果没有用到该类,那么就不会实例化 uniqueInstance
,从而节约资源。
这个实现在多线程环境下是不安全的,如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null)
,并且此时 uniqueInstance
为 null
,那么多个线程会执行 uniqueInstance = new Singleton();
语句,这将导致多次实例化 uniqueInstance
。
/**
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*/
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
2) 懒汉式-线程安全
只需要对 getUniqueInstance()
方法加锁,那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法,从而避免了对 uniqueInstance
进行多次实例化的问题。
但是这样有一个问题,就是当一个线程进入该方法之后,其它线程试图进入该方法都必须等待,因此性能上有一定的损耗。
public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
3) 饿汉式-线程安全
线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance
被实例化了多次,如果 uniqueInstance
采用直接实例化的话,就不会被实例化多次,也就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的优势。
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
4) 双重校验锁-线程安全
uniqueInstance
只需要被实例化一次,之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行。也就是说,只有当 uniqueInstance
没有被实例化时,才需要进行加锁。
双重校验锁先判断 uniqueInstance
是否已经被实例化,如果没有被实例化,那么才对实例化语句进行加锁。
/**
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*/
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
考虑下面的实现,也就是只使用了一个 if
语句。在 uniqueInstance == null
的情况下,如果两个线程同时执行 if
语句,那么两个线程就会同时进入 if
语句块内。虽然在 if
语句块内有加锁操作,但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton();
这条语句,只是先后的问题,也就是说会进行两次实例化,从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁,也就是需要使用两个 if
判断。
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
uniqueInstance
采用 volatile
关键字修饰也是很有必要的。uniqueInstance = new Singleton();
这段代码其实是分为三步执行。
- (1). 分配内存空间
- (2). 初始化对象
- (3). 将
uniqueInstance
指向分配的内存地址
但是由于 JVM
具有指令重排的特性,有可能执行顺序变为了 1>3>2
,这在单线程情况下自然是没有问题。但如果是多线程下,有可能获得是一个还没有被初始化的实例,以致于程序出错; 使用 volatile
可以禁止 JVM
的指令重排,保证在多线程环境下也能正常运行。
5) 静态内部类实现
当 Singleton
类被加载时,静态内部类 SingletonHolder
没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance()
方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE
时 SingletonHolder
才会被加载,此时初始化 INSTANCE
实例,并且 JVM
能确保 INSTANCE
只被实例化一次。
/**
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*/
public class Singleton {
private Singleton() {
}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种方式不仅具有延迟初始化的好处,而且由 JVM
提供了对线程安全的支持。
使用场景
- Logger Classes
- Configuration Classes
- Accesing resources in shared mode
- Factories implemented as Singletons
JDK
2. 简单工厂(Simple Factory)
意图
在创建一个对象时不向客户暴露内部细节,并提供一个创建对象的通用接口。
类图
简单工厂不是设计模式,更像是一种编程习惯。它把实例化的操作单独放到一个类中,这个类就成为简单工厂类,让简单工厂类来决定应该用哪个子类来实例化。
简单工厂模式
这样做能把客户类和具体子类的实现解耦,客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个,如果不使用简单工厂,所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变,例如增加子类,那么所有的客户类都要进行修改。
如果存在下面这种代码,就需要使用简单工厂将对象实例化的部分放到简单工厂中。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
int type = 1;
Product product;
if (type == 1) {
product = new ConcreteProduct1();
} else if (type == 2) {
product = new ConcreteProduct2();
} else {
product = new ConcreteProduct();
}
}
}
实现
public interface Product {
}
public class ConcreteProduct implements Product {
}
public class ConcreteProduct1 implements Product {
}
public class ConcreteProduct2 implements Product {
}
/**
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*/
public class SimpleFactory {
public Product createProduct(int type) {
if (type == 1) {
return new ConcreteProduct1();
} else if (type == 2) {
return new ConcreteProduct2();
}
return new ConcreteProduct();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
Product product = simpleFactory.createProduct(1);
}
}
3. 工厂方法(Factory Method)
意图
定义了一个创建对象的接口,但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化推迟到子类。
类图
在简单工厂中,创建对象的是另一个类,而在工厂方法中,是由子类来创建对象。
下图中 Factory
有一个 doSomething()
方法,这个方法需要用到一个产品对象,这个产品对象由 factoryMethod()
方法创建。该方法是抽象的,需要由子类去实现。
工厂方法模式
实现
/**
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*/
public abstract class Factory {
abstract public Product factoryMethod();
public void doSomething() {
Product product = factoryMethod();
// do something with the product
}
}
/**
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*/
public class ConcreteFactory extends Factory {
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct();
}
}
public class ConcreteFactory1 extends Factory {
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct1();
}
}
/**
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*/
public class ConcreteFactory2 extends Factory {
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct2();
}
}
JDK
- java.util.Calendar
- java.util.ResourceBundle
- java.text.NumberFormat
- java.nio.charset.Charset
- java.net.URLStreamHandlerFactory
- java.util.EnumSet
- javax.xml.bind.JAXBContext
4. 抽象工厂(Abstract Factory)
意图
提供一个接口,用于创建 相关的对象家族 。
类图
抽象工厂模式创建的是对象家族,也就是很多对象而不是一个对象,并且这些对象是相关的,也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象,这和抽象工厂模式有很大不同。
抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象,AbstractFactory
中的 createProductA()
和 createProductB()
方法都是让子类来实现,这两个方法单独来看就是在创建一个对象,这符合工厂方法模式的定义。
至于创建对象的家族这一概念是在 Client
体现,Client
要通过 AbstractFactory
同时调用两个方法来创建出两个对象,在这里这两个对象就有很大的相关性,Client
需要同时创建出这两个对象。
从高层次来看,抽象工厂使用了组合,即 Client
组合了 AbstractFactory
,而工厂方法模式使用了继承。
抽象工厂模式
代码实现
public class AbstractProductA {
}
public class AbstractProductB {
}
public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}
public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}
public class ProductB1 extends AbstractProductB {
}
public class ProductB2 extends AbstractProductB {
}
/**
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public abstract class AbstractFactory {
abstract AbstractProductA createProductA();
abstract AbstractProductB createProductB();
}
/**
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public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
AbstractProductA createProductA() {
return new ProductA1();
}
AbstractProductB createProductB() {
return new ProductB1();
}
}
/**
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public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
AbstractProductA createProductA() {
return new ProductA2();
}
AbstractProductB createProductB() {
return new ProductB2();
}
}
/**
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*/
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB();
// do something with productA and productB
}
}
JDK
- javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory
- javax.xml.transform.TransformerFactory
- javax.xml.xpath.XPathFactory
5. 生成器(Builder)
意图
封装一个对象的构造过程,并允许按步骤构造。
类图
生成器模式
实现
以下是一个简易的 StringBuilder
实现,参考了 JDK 1.8
源码。
/**
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public class AbstractStringBuilder {
protected char[] value;
protected int count;
public AbstractStringBuilder(int capacity) {
count = 0;
value = new char[capacity];
}
public AbstractStringBuilder append(char c) {
ensureCapacityInternal(count + 1);
value[count++] = c;
return this;
}
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minimumCapacity - value.length > 0)
expandCapacity(minimumCapacity);
}
void expandCapacity(int minimumCapacity) {
int newCapacity = value.length * 2 + 2;
if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
newCapacity = minimumCapacity;
if (newCapacity < 0) {
if (minimumCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
}
value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}
}
/**
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*/
public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
public StringBuilder() {
super(16);
}
@Override
public String toString() {
// Create a copy, don‘t share the array
return new String(value, 0, count);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
final int count = 26;
for (int i = 0; i < count; i++) {
sb.append((char) (‘a‘ + i));
}
System.out.println(sb.toString());
}
}
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
JDK
- java.lang.StringBuilder
- java.nio.ByteBuffer
- java.lang.StringBuffer
- java.lang.Appendable
- Apache Camel builders
6. 原型模式(Prototype)
意图
使用原型实例指定要创建对象的类型,通过复制这个原型来创建新对象。
类图
原型模式
实现
/**
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*/
public abstract class Prototype {
abstract Prototype myClone();
}
/**
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public class ConcretePrototype extends Prototype {
private String filed;
public ConcretePrototype(String filed) {
this.filed = filed;
}
@Override
Prototype myClone() {
return new ConcretePrototype(filed);
}
@Override
public String toString() {
return filed;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Prototype prototype = new ConcretePrototype("abc");
Prototype clone = prototype.myClone();
System.out.println(clone.toString());
}
}
abc
JDK
原文地址:https://www.cnblogs.com/dennisit/p/12195547.html