4.1 单例设计模式
4.1.1 单例设计模式介绍
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)。
4.1.2 单例设计模式八种方式
单例模式有八种方式:
- 饿汉式(静态常量)
- 饿汉式(静态代码块)
- 懒汉式(线程不安全)
- 懒汉式(线程安全,同步方法)
- 懒汉式(线程安全,同步代码块)
- 双重检查
- 静态内部类
-
4.1.3 饿汉式(静态常量)
构造器私有化
- 类的内部创建对象
- 像外暴露一个静态的公共方法。getInstance
- 代码实现 ```java package com.java.singleton.type1;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/19 13:50
*/
public class SingletonTest1 {
public static void main(String[] args) {
} }// 测试
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
// 饿汉式(静态变量)
class Singleton { // 1. 构造器私有化,外部不能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;
}
}
**优缺点说明:**
1. 优点:写法简单,就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。
1. 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。
1. 这种方式基于classLoader机制避免了多线程的同步问题,不过,instatnce在类装载时就实例化,在单例模式中大多数都是调用getInstance方法,但是导致类装载的原因有很多种,因此不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance就没有达到Lazy Loading的效果
1. 结论:这种单例模式可用,可能造成内存浪费。
<a name="YgpBb"></a>
## 4.1.4 饿汉式(静态代码块)
```java
package com.java.singleton.type2;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/19 13:50
*/
public class SingletonTest2 {
public static void main(String[] args) {
// 测试
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
}
}
// 饿汉式(静态变量)
class Singleton {
// 1. 构造器私有化,外部不能new
private Singleton() {
}
private static Singleton instance;
// 2, 在静态代码块中创建单例对象
static {
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;
}
}
优缺点说明:
- 这种方式和上面的方式其实类似,只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中,也是在类装载的时候,就执行静态代码块中的代码,初始化类的实例。优缺点和上面一样。
- 结论:这种单例模式可用,可能造成内存浪费。
4.1.5 懒汉式(线程不安全)
```java package com.java.singleton.type3;
/**
- @Author Au
@DATE 2021/9/19 14:06 */ public class SingletonTest3 { public static void main(String[] args) {
// 测试 Singleton instance = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance == instance2); // true System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode()); System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
} } class Singleton { private static Singleton singleton;
private Singleton() {
} // 提供一个静态的方法,当时用到该方法时,才会创建instance // 即懒汉式 public static Singleton getInstance() {
if(null == singleton) { singleton = new Singleton(); } return singleton;
} } ``` 优缺点说明:
- 起到了Lazy Loading的效果,但是只能在单线程下使用。
- 如果在多线程下,一个线程进入了 if(null == singleton) 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,这是便会产生多个实例。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。
4.1.6 懒汉式(线程安全,同步方法)
```java package com.java.singleton.type4;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/19 14:13
*/
public class SingletonTest4 {
public static void main(String[] args) {
} }// 测试 Singleton instance = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance == instance2); // true System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode()); System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
class Singleton { private static Singleton singleton;
private Singleton() {
}
// 提供一个静态的方法,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 (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}
**优缺点说明:**
1. 解决了线程不安全问题
1. 效率低,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,后面的逍遥获得该类实例,直接return就行了。方法进行同步效率太低
1. 结论:在实际开发中,不要使用这种方式。
<a name="oNzDM"></a>
## 4.1.7 懒汉式(线程安全,同步代码块)
```java
package com.java.singleton.type5;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/19 14:24
*/
public class SingletonTest5 {
public static void main(String[] args) {
// 测试
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
}
}
class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton() {
}
// 提供一个静态的同步代码块
// 即懒汉式
public static Singleton getInstance() {
if (null == singleton) {
synchronized (Singleton.class) {
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}
优缺点说明:
- 这种方式,本意是相对第四种实现方式的改进,因为前面同步方法效率太低,改为同步产生实例化的代码块
- 但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致,假如一个线程进入了if (null == singleton)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块,这是便会产生多个实例
- 结论:在实际开发中,不能使用这种方式
4.1.8 双重检查
```java package com.java.singleton.type6;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/19 14:32
*/
public class SingletonTest6 {
public static void main(String[] args) {
} }// 测试 Singleton instance = Singleton.getInstance(); Singleton instance2 = Singleton.getInstance(); System.out.println(instance == instance2); // true System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode()); System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
class Singleton { private static volatile Singleton singleton;
private Singleton() {
}
// 提供一个静态的共有方法,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
// 同时保证效率
public static Singleton getInstance() {
if (null == singleton) {
synchronized (Singleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
**优缺点说明:**
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 **(**null **== _singleton_)检查。这样就可以保证线程安全了。
1. 这样。实例化代码只用执行一次,后面再此访问时,判断**if **(**null **== _singleton_)。直接return实例化对象,也避免的反复进行方法同步。
1. 线程安全:延迟加载,效率较高
1. 结论:在实际开发中,推荐使用这种单例设计模式
<a name="If7lY"></a>
## 4.1.9 静态内部类
```java
package com.java.singleton.type7;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/19 14:39
*/
public class SingletonTest7 {
public static void main(String[] args) {
// 测试
Singleton instance = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance == instance2); // true
System.out.println("instance.hashCode() = " + instance.hashCode());
System.out.println("instance2.hashCode() = " + instance2.hashCode());
}
}
class Singleton {
private Singleton() {
}
// 写一个静态内部类。该类中有一个静态属性
private static class SingletonInstance {
private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonInstance.INSTANCE;
}
}
优缺点说明:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 结论:推荐使用
4.1.10 枚举
```java package com.java.singleton.type8;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/19 15:21
*/
public class SingletonTest8 {
public static void main(String[] args) {
} }Singleton instance = Singleton.INSTANCE; Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE; System.out.println(instance == instance2); System.out.println(instance.hashCode()); System.out.println(instance2.hashCode()); instance.sayOk();
enum Singleton { INSTANCE; public void sayOk() { System.out.println(“ok~”); } }
**优缺点说明:**
1. 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。
1. 结论:推荐使用
<a name="IhO9t"></a>
## 4.1.11 单例模式的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
1. 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
1. 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)
<a name="z9lXA"></a>
# 4.2 简单工厂模式
一个具体的需求 <br />看一个披萨的项目:要便于披萨种类的扩展,要便于维护
1. 披萨的种类很多(比如 GreekPizz、CheesePizz 等)
1. 披萨的制作有 prepare,bake, cut, box
1. 完成披萨店订购功能。
<a name="vA5MS"></a>
## 4.2.1 传统的方式来完成
**类图:**<br /><br />**披萨类:**
```java
package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/20 14:08
*/
// 将Pizza类抽象
public abstract class Pizza {
protected String name; //名字
// 准备原材料,不同的pizza不一样,因此,做成抽象方法
public abstract void prepare();
public void bake() {
System.out.println(name + " baking;");
}
public void cut() {
System.out.println(name + " cutting;");
}
//打包
public void box() {
System.out.println(name + " boxing;");
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/20 14:17
*/
public class GreekPizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
System.out.println("希腊披萨准备原材料");
}
}
package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/20 14:11
*/
public class CheesePizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
System.out.println("制作奶酪披萨准备材料");
}
}
订单类:
package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.CheesePizza;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.GreekPizza;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.Pizza;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/20 14:14
*/
public class OrderPizza {
// 构造器
public OrderPizza() {
Pizza pizza = null;
String orderType; // 订购披萨的类型
do {
orderType = getType();
if (orderType.equals("greek")) {
pizza = new GreekPizza();
pizza.setName("希腊披萨");
} else if (orderType.equals("cheese")) {
pizza.setName("奶酪披萨");
pizza = new CheesePizza();
} else {
break;
}
// 输出pizza的制作过程
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} while (true);
}
// 可以获取客户希望订购的披萨
private String getType() {
try {
BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("input pizza 种类:");
String str = strin.readLine();
return str;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
}
pizza商店类:
package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.order;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/20 14:22
*/
// 相当于一个客户端,发出订购
public class PizzaStore {
public static void main(String[] args) {
new OrderPizza();
}
}
传统的方式的优缺点
- 优点是比较好理解,简单易操作。
- 缺点是违反了设计模式的ocp原则,即对扩展开放,对修改关闭。即当我们给类增
加新功能的时候,尽量不修改代码,或者尽可能少修改代码.
- 比如我们这时要新增加一个Pizza的种类(Pepper披萨),我们需要做如下修改. ```java package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza;
/**
- @Author Au
@DATE 2021/9/20 14:11 */ public class PepperPizza extends Pizza {
@Override public void prepare() {
System.out.println("胡椒披萨准备原材料");
}
}
```java
package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.CheesePizza;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.GreekPizza;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.Pizza;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
/**
* @Author Au
* @DATE 2021/9/20 14:14
*/
public class OrderPizza {
// 构造器
public OrderPizza() {
Pizza pizza = null;
String orderType; // 订购披萨的类型
do {
orderType = getType();
if (orderType.equals("greek")) {
pizza = new GreekPizza();
pizza.setName("希腊披萨");
} else if (orderType.equals("cheese")) {
pizza.setName("奶酪披萨");
pizza = new CheesePizza();
} else if (orderType.equals("pepper")) {
pizza.setName("胡椒披萨");
pizza = new CheesePizza();
} else {
break;
}
// 输出pizza的制作过程
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} while (true);
}
// 可以获取客户希望订购的披萨
private String getType() {
try {
BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("input pizza 种类:");
String str = strin.readLine();
return str;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
}
- 改进的思路分析
分析:修改代码可以接受,但是如果我们在其它的地方也有创建Pizza的代码,就意味
着,也需要修改,而创建Pizza的代码,往往有多处(OrderPizza1,OrderPizza2)。
思路:把创建Pizza对象封装到一个类中,这样我们有新的Pizza种类时,只需要修改该
类就可,其它有创建到Pizza对象的代码就不需要修改了.-> 简单工厂模式
4.2.2 简单工厂模式
4.2.2.1 简单工厂模式介绍
- 简单工厂模式是属于创建型模式,是工厂模式的一种。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式
- 简单工厂模式:定义了一个创建对象的类,由这个类来封装实例化对象的行为(代码)
- 在软件开发中,当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时,就会使用到工厂模式.
4.2.2.2 简单工厂模式实现
工厂类: ```java package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.CheesePizza; import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.GreekPizza; import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.Pizza;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/20 15:02
*/
// 简单工厂类
public class SimpleFactory {
// 根据OrderType返回对应的Pizza对象
public Pizza createPizza(String orderType) {
} }Pizza pizza = null; System.out.println("简单工厂模式"); if (orderType.equals("greek")) { pizza = new GreekPizza(); pizza.setName("希腊披萨"); } else if (orderType.equals("cheese")) { pizza.setName("奶酪披萨"); pizza = new CheesePizza(); } else if (orderType.equals("pepper")) { pizza.setName("胡椒披萨"); pizza = new CheesePizza(); } return pizza;
**订单类:**
java package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.simplefactory.pizzastore.pizza.Pizza;
import java.io.BufferedReader; import java.io.IOException; import java.io.InputStreamReader;
/**
- @Author Au
@DATE 2021/9/20 14:14 */ public class OrderPizza { // 构造器 public OrderPizza(SimpleFactory simpleFactory) {
setSimpleFactory(simpleFactory);
}
// 定义一个简单工厂对象 SimpleFactory simpleFactory; Pizza pizza = null; public void setSimpleFactory(SimpleFactory simpleFactory) {
String orderType = ""; // 用户输入的 this.simpleFactory = simpleFactory; do { orderType = getType(); pizza = simpleFactory.createPizza(orderType); if (null != pizza) { // 输出pizza的制作过程 pizza.prepare(); pizza.bake(); pizza.cut(); pizza.box(); } else { System.out.println("订购披萨失败"); break; } } while (true);
}
// 可以获取客户希望订购的披萨 private String getType() {
try { BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); System.out.println("input pizza 种类:"); String str = strin.readLine(); return str; } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); return ""; }
} }
**pizza商店类:**
java package com.java.factory.simplefactory.pizzastore.order;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/20 14:22
*/
// 相当于一个客户端,发出订购
public class PizzaStore {
public static void main(String[] args) {
// new OrderPizza();
} } ```// 使用简单工厂模式 new OrderPizza(new SimpleFactory());
4.2.3 工厂方法模式
一个新的需求
披萨项目新的需求:客户在点披萨时,可以点不同口味的披萨,比如 北京的奶酪pizza、北京的胡椒pizza 或者是伦敦的奶酪pizza、伦敦的胡椒pizza。
思路1
使用简单工厂模式,创建不同的简单工厂类,比如BJPizzaSimpleFactory、LDPizzaSimpleFactory 等等.从当前这个案例来说,也是可以的,但是考虑到项目的规模,以及软件的可维护性、可扩展性并不是特别好
思路2
使用工厂方法模式4.2.3.1 工厂方法模式介绍
工厂方法模式设计方案:将披萨项目的实例化功能抽象成抽象方法,在不同的口味点餐子类中具体实现。
工厂方法模式:定义了一个创建对象的抽象方法,由子类决定要实例化的类。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。4.2.3.2 工厂方法模式实现
类图
披萨类: ```java package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
// 将Pizza类抽象 public abstract class Pizza { protected String name; //名字 // 准备原材料,不同的pizza不一样,因此,做成抽象方法 public abstract void prepare();
public void bake() {
System.out.println(name + " baking;");
}
public void cut() {
System.out.println(name + " cutting;");
}
//打包
public void box() {
System.out.println(name + " boxing;");
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
```java
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class BJCheesePizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
setName("北京的奶酪pizza");
System.out.println("北京的奶酪pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class BJPepperPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
setName("北京的胡椒pizza");
System.out.println("北京的胡椒pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class LDCheesePizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
setName("伦敦的奶酪pizza");
System.out.println("伦敦的奶酪pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class LDPepperPizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
setName("伦敦的胡椒pizza");
System.out.println("伦敦的胡椒pizza 准备原材料");
}
}
工厂类:
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.order;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.Pizza;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
public abstract class OrderPizza {
// 定义一个抽象方法,让各个工厂子类自己实现
abstract Pizza createPizza(String orderType);
public OrderPizza() {
Pizza pizza = null;
String orderType;
do {
orderType = getType();
pizza = createPizza(orderType);
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} while (true);
}
private String getType() {
try {
BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("input pizza 种类::");
String str = strin.readLine();
return str;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.order;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.BJCheesePizza;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.BJPepperPizza;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.Pizza;
public class BJOrderPizza extends OrderPizza {
@Override
Pizza createPizza(String orderType) {
Pizza pizza = null;
if(orderType.equals("cheese")) {
pizza = new BJCheesePizza();
} else if (orderType.equals("pepper")) {
pizza = new BJPepperPizza();
}
return pizza;
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.order;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.LDCheesePizza;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.LDPepperPizza;
import com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza.Pizza;
public class LDOrderPizza extends OrderPizza {
@Override
Pizza createPizza(String orderType) {
Pizza pizza = null;
if(orderType.equals("cheese")) {
pizza = new LDCheesePizza();
} else if (orderType.equals("pepper")) {
pizza = new LDPepperPizza();
}
return pizza;
}
}
商店类:
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.order;
public class PizzaStore {
public static void main(String[] args) {
String loc = "bj";
if (loc.equals("bj")) {
new BJOrderPizza();
} else {
new LDOrderPizza();
}
}
}
4.2.4 抽象工厂模式
4.2.4.1 抽象工厂模式介绍
- 抽象工厂模式:定义了一个interface用于创建相关或有依赖关系的对象簇,而无需指明具体的类
- 抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合。
- 从设计层面看,抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)。
- 将工厂抽象成两层,AbsFactory(抽象工厂) 和 具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇,更利于代码的维护和扩展。
- 类图
4.2.4.2 抽象工厂模式实现
披萨类:
披萨类:
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
// 将Pizza类抽象
public abstract class Pizza {
protected String name; //名字
// 准备原材料,不同的pizza不一样,因此,做成抽象方法
public abstract void prepare();
public void bake() {
System.out.println(name + " baking;");
}
public void cut() {
System.out.println(name + " cutting;");
}
//打包
public void box() {
System.out.println(name + " boxing;");
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class BJCheesePizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
setName("北京的奶酪pizza");
System.out.println("北京的奶酪pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class BJPepperPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
setName("北京的胡椒pizza");
System.out.println("北京的胡椒pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class LDCheesePizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
setName("伦敦的奶酪pizza");
System.out.println("伦敦的奶酪pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class LDPepperPizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
setName("伦敦的胡椒pizza");
System.out.println("伦敦的胡椒pizza 准备原材料");
}
}
披萨类:
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
// 将Pizza类抽象
public abstract class Pizza {
protected String name; //名字
// 准备原材料,不同的pizza不一样,因此,做成抽象方法
public abstract void prepare();
public void bake() {
System.out.println(name + " baking;");
}
public void cut() {
System.out.println(name + " cutting;");
}
//打包
public void box() {
System.out.println(name + " boxing;");
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class BJCheesePizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
setName("北京的奶酪pizza");
System.out.println("北京的奶酪pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class BJPepperPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
setName("北京的胡椒pizza");
System.out.println("北京的胡椒pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class LDCheesePizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
setName("伦敦的奶酪pizza");
System.out.println("伦敦的奶酪pizza 准备原材料");
}
}
package com.java.factory.factorymethod.pizzastore.pizza;
public class LDPepperPizza extends Pizza{
@Override
public void prepare() {
setName("伦敦的胡椒pizza");
System.out.println("伦敦的胡椒pizza 准备原材料");
}
}
工厂类:
package com.java.factory.absfactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.Pizza;
// 一个抽象工厂模式的抽象层
public interface AbsFactory {
// 让下面的工厂子类来具体实现
public Pizza createPizza(String orderType);
}
package com.java.factory.absfactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.BJCheesePizza;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.BJPepperPizza;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.Pizza;
public class BJFactory implements AbsFactory {
@Override
public Pizza createPizza(String orderType) {
System.out.println("使用的是抽象工厂模式");
Pizza pizza = null;
if(orderType.equals("cheese")) {
pizza = new BJCheesePizza();
} else if (orderType.equals("pepper")){
pizza = new BJPepperPizza();
}
return pizza;
}
}
package com.java.factory.absfactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.LDCheesePizza;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.LDPepperPizza;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.Pizza;
public class LDFactory implements AbsFactory {
@Override
public Pizza createPizza(String orderType) {
System.out.println("使用的是抽象工厂模式");
Pizza pizza = null;
if (orderType.equals("cheese")) {
pizza = new LDCheesePizza();
} else if (orderType.equals("pepper")) {
pizza = new LDPepperPizza();
}
return pizza;
}
}
订单类:
package com.java.factory.absfactory.pizzastore.order;
import com.java.factory.absfactory.pizzastore.pizza.Pizza;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
public class OrderPizza {
AbsFactory factory;
public OrderPizza(AbsFactory factory) {
setFactory(factory);
}
private void setFactory(AbsFactory factory) {
Pizza pizza = null;
String orderType = "";
this.factory = factory;
do {
orderType = getType();
pizza = factory.createPizza(orderType);
if (pizza != null) {
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} else {
System.out.println("");
break;
}
} while (true);
}
private String getType() {
try {
BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
System.out.println("input pizza 种类:");
String str = strin.readLine();
return str;
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
}
商店类:
package com.java.factory.absfactory.pizzastore.order;
public class PizzaStore {
public static void main(String[] args) {
//new OrderPizza(new BJFactory());
new OrderPizza(new LDFactory());
}
}
4.2.5 工厂模式小结
- 工厂模式的意义
将实例化对象的代码提取出来,放到一个类中统一管理和维护,达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。
- 三种工厂模式 (简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)
- 设计模式的依赖抽象原则
- 创建对象实例时,不要直接 new 类, 而是把这个new 类的动作放在一个工厂的方法中,并返回。有的书上说,变量不要直接持有具体类的引用。
- 不要让类继承具体类,而是继承抽象类或者是实现interface(接口)
- 不要覆盖基类中已经实现的方法
4.3 原型模式
克隆羊问题
现在有一只羊tom,姓名为: tom, 年龄为:1,颜色为:白色,请编写程序创建和tom羊属性完全相同的10只羊。
传统方式解决克隆羊问题 ```java package com.java.prototype;
/**
- @Author Au
- @DATE 2021/9/21 15:22 */ @Data public class Sheep { private String name; private int age; private String color;
}
```java
package com.java.prototype;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
//....
System.out.println(sheep);
System.out.println(sheep2);
System.out.println(sheep3);
System.out.println(sheep4);
System.out.println(sheep5);
//...
}
}
传统的方式的优缺点
- 优点是比较好理解,简单易操作。
- 在创建新的对象时,总是需要重新获取原始对象的属性,如果创建的对象比较复杂
时,效率较低
- 总是需要重新初始化对象,而不是动态地获得对象运行时的状态, 不够灵活
- 改进的思路分析
思路:Java中Object类是所有类的根类,Object类提供了一个clone()方法,该方法可以
将一个Java对象复制一份,但是需要实现clone的Java类必须要实现一个接口Cloneable,
该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式
4.3.1 原型模式介绍
- 原型模式(Prototype模式)是指:用原型实例指定创建对象的种类,并且通过拷贝这些原型,创建新的对象
- 原型模式是一种创建型设计模式,允许一个对象再创建另外一个可定制的对象,无需知道如何创建的细节
- 工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象,这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建,即 对象.clone()
类图:
原理结构图说明
- Prototype : 原型类,声明一个克隆自己的接口
- ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
- Client: 让一个原型对象克隆自己,从而创建一个新的对象(属性一样)
4.3.2 原型模式实现
```java package com.java.prototype.improve;
/**
- @Author Au
@DATE 2021/9/21 15:22 */ @Data public class Sheep implements Cloneable{ private String name; private int age; private String color;
// 克隆该实例,使用默认的clone方法来实现 @Override protected Object clone() {
Sheep sheep = null; try { sheep = (Sheep)super.clone(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } return sheep;
} }
```java
package com.java.prototype.improve;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("");
// TODO Auto-generated method stub
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
System.out.println("sheep2 =" + sheep2);
System.out.println("sheep3 =" + sheep3);
System.out.println("sheep4 =" + sheep4);
System.out.println("sheep5 =" + sheep5);
}
}
4.3.3 浅拷贝和深拷贝
浅拷贝的介绍
- 对于数据类型是基本数据类型的成员变量,浅拷贝会直接进行值传递,也就是将该属性值复制一份给新的对象。
- 对于数据类型是引用数据类型的成员变量,比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等,那么浅拷贝会进行引用传递,也就是只是将该成员变量的引用值(内存地址)复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下,在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值
- 前面我们克隆羊就是浅拷贝
- 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 sheep = (Sheep) super.clone(); ```java package com.java.prototype.improve;
/**
- @Author Au
@DATE 2021/9/21 15:22 */ @Data public class Sheep implements Cloneable{ private String name; private int age; private String color; public Sheep friend;
// 克隆该实例,使用默认的clone方法来实现 @Override protected Object clone() {
Sheep sheep = null; try { sheep = (Sheep)super.clone(); } catch (Exception e) { System.out.println(e.getMessage()); } return sheep;
} }
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
}
}
**深拷贝的介绍 **
1. 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值
1. 为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间,并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象,直到该对象可达的所有对象。也就是说,对象进行深拷贝要对整个对象进行拷贝
1. 深拷贝实现方式1:重写clone方法来实现深拷贝
1. 深拷贝实现方式2:通过对象序列化实现深拷贝(推荐)
**方式1:**
```java
package com.java.prototype.deepclone;
import java.io.Serializable;
public class DeepCloneableTarget implements Serializable, Cloneable {
/**
*
*/
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String cloneName;
private String cloneClass;
public DeepCloneableTarget(String cloneName, String cloneClass) {
this.cloneName = cloneName;
this.cloneClass = cloneClass;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
}
package com.java.prototype.deepclone;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
public String name;
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
public DeepProtoType() {
super();
}
// 深拷贝方式1使用clone方法
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
Object deep = null;
// 完成对基本数据类型和String的克隆
deep = super.clone();
// 对引用数据类型,进行单独的处理
DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
return deepProtoType;
}
}
package com.java.prototype.deepclone;
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
p.name = "宋江";
p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "大牛的类");
//方式1 完成深拷贝
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
方式2:
package com.java.prototype.deepclone;
import java.io.ByteArrayInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.io.Serializable;
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
public String name;
public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;
public DeepProtoType() {
super();
}
// 方式2,通过对象的序列化实现
public Object deepClone() {
ByteArrayOutputStream bos = null;
ObjectOutputStream oos = null;
ByteArrayInputStream bis = null;
ObjectInputStream ois = null;
try {
// 序列化
bos = new ByteArrayOutputStream();
oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(this); // 当前的对象以对象流的方式输出bos字节流里
// 反序列化
bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ois = new ObjectInputStream(bis);
DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
return copyObj;
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
return null;
} finally {
try {
bos.close();
oos.close();
bis.close();
ois.close();
} catch (Exception e2) {
System.out.println(e2.getMessage());
}
}
}
}
package com.java.prototype.deepclone;
public class Client {
public static void main(String[] args) throws Exception {
DeepProtoType p = new DeepProtoType();
p.name = "宋江";
p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "大牛的类");
//方式2 完成深拷贝
DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
}
}
4.3.4 原型模式的注意事项和细节
- 创建新的对象比较复杂时,可以利用原型模式简化对象的创建过程,同时也能够提高效率
- 不用重新初始化对象,而是动态地获得对象运行时的状态
- 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性),其它克隆对象的也会发生相应的变化,无需修改代码
- 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码
缺点:需要为每一个类配备一个克隆方法,这对全新的类来说不是很难,但对已有的类进行改造时,需要修改其源代码,违背了ocp原则
4.4 建造者模式
盖房项目需求
需要建房子:这一过程为打桩、砌墙、封顶
- 房子有各种各样的,比如普通房,高楼,别墅,各种房子的过程虽然一样,但是要求不要相同的.
类图:
package com.java.builder;
public abstract class AbstractHouse {
// 地基
public abstract void buildBasic();
// 砌墙
public abstract void buildWalls();
// 封顶
public abstract void roofed();
public void build() {
buildBasic();
buildWalls();
roofed();
}
}
package com.java.builder;
public class CommonHouse extends AbstractHouse {
@Override
public void buildBasic() {
System.out.println("普通房子打地基");
}
@Override
public void buildWalls() {
System.out.println("普通房子砌墙");
}
@Override
public void roofed() {
System.out.println("普通房子封顶");
}
}
package com.java.builder;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
commonHouse.build();
}
}
传统方式解决盖房需求问题分析
- 优点是比较好理解,简单易操作。
- 设计的程序结构,过于简单,没有设计缓存层对象,程序的扩展和维护不好. 也就是说,这种设计方案,把产品(即:房子) 和 创建产品的过程(即:建房子流程) 封装在一起,耦合性增强了。
-
4.4.1 建造者模式介绍
建造者模式(Builder Pattern) 又叫生成器模式,是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来(抽象类别),使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现(属性)的对象。
建造者模式 是一步一步创建一个复杂的对象,它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们,用户不需要知道内部的具体构建细节。
4.4.2 建造者模式的四个角色
Product(产品角色): 一个具体的产品对象。
- Builder(抽象建造者): 创建一个Product对象的各个部件指定的 接口/抽象类。
- ConcreteBuilder(具体建造者): 实现接口,构建和装配各个部件。
- Director(指挥者): 构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用,一是:隔离了客户与对象的生产过程,二是:负责控制产品对象的生产过程。
4.4.3 建造者模式实现
产品类:
package com.java.builder.improve;
import lombok.Data;
// 产品
@Data
public class House {
private String baise;
private String wall;
private String roofed;
}
抽象的建造者类:
package com.java.builder.improve;
// 抽象的建造者
public abstract class HouseBuilder {
protected House house = new House();
public abstract void buildBasic();
public abstract void buildWalls();
public abstract void roofed();
// 建造好,将产品返回
public House buildHouse() {
return house;
}
}
具体实现:
package com.java.builder.improve;
public class CommonHouse extends HouseBuilder {
@Override
public void buildBasic() {
System.out.println("普通房子打地基");
}
@Override
public void buildWalls() {
System.out.println("普通房子砌墙");
}
@Override
public void roofed() {
System.out.println("普通房子封顶");
}
}
package com.java.builder.improve;
public class HighBuilding extends HouseBuilder {
@Override
public void buildBasic() {
System.out.println("高楼打地基");
}
@Override
public void buildWalls() {
System.out.println("高楼砌墙");
}
@Override
public void roofed() {
System.out.println("高楼封顶");
}
}
指挥者类:
package com.java.builder.improve;
import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
@Data
@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
public class HouseDirector {
HouseBuilder houseBuilder = null;
// 如何处理构造房子的流程,交给指挥者
public House constructHouse() {
houseBuilder.buildBasic();
houseBuilder.buildWalls();
houseBuilder.roofed();
return houseBuilder.buildHouse();
}
}
测试类:
package com.java.builder.improve;
public class Client {
public static void main(String[] args) {
CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
House house = houseDirector.constructHouse();
System.out.println("--------------------------");
HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
houseDirector.constructHouse();
}
}
4.4.4 建造者模式的注意事项和细节
- 客户端(使用程序)不必知道产品内部组成的细节,将产品本身与产品的创建过程解耦,使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象
- 每一个具体建造者都相对独立,而与其他的具体建造者无关,因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者, 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象
- 可以更加精细地控制产品的创建过程 。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中,使得创建过程更加清晰,也更方便使用程序来控制创建过程
- 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码,指挥者类针对抽象建造者类编程,系统扩展方便,符合 “开闭原则”
- 建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点,其组成部分相似,如果产品之间的差异性很大,则不适合使用建造者模式,因此其使用范围受到一定的限制。
- 如果产品的内部变化复杂,可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化,导致系统变得很庞大,因此在这种情况下,要考虑是否选择建造者模式.
- 抽象工厂模式VS建造者模式
抽象工厂模式实现对产品家族的创建,一个产品家族是这样的一系列产品:具有不同分类维度的产品组合,采用抽象工厂模式不需要关心构建过程,只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品,它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品