设计模式

面试中爱问到的设计模式主要是：单例模式、工厂模式、观察者模式、生产者消费者模式，简单总结一下。

1. 单例模式（Singleton）

Singleton是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

1. 某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销；
2. 省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力；
3. 有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统会发生混乱（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

//一个简单的单例类
public class Singleton {  
 
   /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */  
    private static Singleton instance = null;  
  
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
    private Singleton() {  
    }  
  
    /* 静态工程方法，创建实例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
  
    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
    public Object readResolve() {  
        return instance;  
    }  
}

这个对象可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

//加同步锁
public static synchronized Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            instance = new Singleton();  
        }  
        return instance;  
    }  

但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance()都对对象上锁，事实上只有在第一次创建对象 是需要加锁，改进：

//将锁加在内部
public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            synchronized (instance) {  
                if (instance == null) {  
                    instance = new Singleton();  
                }  
            }  
        }  
        return instance;  
    }

这样当调用时不需要加锁，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定提升。但是在Java指令中，创建对象和赋值操作是分开进行的，JVM并不保证这两个操作的先后顺序，即有可能JVM会为新的 Singleton实例分配空间，然后先赋值给instance成员，再初始化这个 Singleton实例。这样就可能出错了。改进：

private static class SingletonFactory{           
        private static Singleton instance = new Singleton();           
    }           
    public static Singleton getInstance(){           
        return SingletonFactory.instance;           
    } 

单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们们第一次调用的getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且保证会把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。总结：

public class Singleton {  
  
    /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
    private Singleton() {  
    }  
  
    /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
    private static class SingletonFactory {  
        private static Singleton instance = new Singleton();  
    }  
  
    /* 获取实例 */  
    public static Singleton getInstance() {  
        return SingletonFactory.instance;  
    }  
  
    /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */  
    public Object readResolve() {  
        return getInstance();  
    }  
}  

通过单例模式的学习告诉我们：

1. 单例模式理解起来简单，但是具体实现其起来还是有一定的难度；
2. synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（主要需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

采用静态类的方法也可以实现单例模式的下过，二者有什么不同？

1. 首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所及即使实现了也是非静态的）
2. 单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。
3. 单例可以被继承，方法可以被覆写。静态类内部方法都是static，无法被覆写。
4. 单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的java类，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲地实现一些其他功能；但是静态类不行。

2. 工厂模式

工厂模式分三种：普通工厂、多个工厂、静态工厂。

2.1. 普通工厂模式

普通工厂模式

//Sender接口
public interface Sender {  
    public void Send();  
} 

//实现类
public class MailSender implements Sender {  
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is mailsender!");  
    }  
}
public class SmsSender implements Sender {    
    @Override  
    public void Send() {  
        System.out.println("this is sms sender!");  
    }  
}  

//工厂类
public class SendFactory {    
    public Sender produce(String type) {  
        if ("mail".equals(type)) {  
            return new MailSender();  
        } else if ("sms".equals(type)) {  
            return new SmsSender();  
        } else {  
            System.out.println("请输入正确的类型!");  
            return null;  
        }  
    }  
}  

//测试
public class FactoryTest {    
    public static void main(String[] args) {  
        SendFactory factory = new SendFactory();  
        Sender sender = factory.produce("sms");  
        sender.Send();  
    }  
} 

2.2.多个工厂模式

是对普通工厂模式的改进。在普通工厂模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个 工厂方法模式提供多个工厂方法，分别创建对象。

多个工厂模式

//改动SendFactory类
public class SendFactory {  
      
    public Sender produceMail(){  
        return new MailSender();  
    }  
      
    public Sender produceSms(){  
        return new SmsSender();  
    }  
}

//测试类
public class FactoryTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        SendFactory factory = new SendFactory();  
        Sender sender = factory.produceMail();  
        sender.Send();  
    }  
}    

2.3. 静态工厂模式

将上面的多个工厂模式里的方法设置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

public class SendFactory {  
      
    public static Sender produceMail(){  
        return new MailSender();  
    }  
      
    public static Sender produceSms(){  
        return new SmsSender();  
    }  
}
public class FactoryTest {  
  
    public static void main(String[] args) {      
        Sender sender = SendFactory.produceMail();  
        sender.Send();  
    }  
} 

总体来说，工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂模式进行创建。在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象；第三种相对于第二种，不需要实例化工厂；所以，大多数情况下会选用静态工厂模式。

3. 观察者模式

当一个对象变化时，其他依赖该对象的对象都会受到通知，并且随之变化。对象之间是一种一对多的关系。关系图：

观察者模式

这些类的作用：MySubject类就是我们的主对象，Observer1和Observer2是依赖于MySubject的对象，当MySubject变化时，Observer1和Observer2必然变化 。AbstractSubject类中定义着需要监控的对象列表，可以对其进行修改：增加或删除被监控对象，且当MySubject变化 是 ，负责通知在列表内存存在的对象。

//Observer接口 
public interface Observer {  
    public void update();  
}

//两个实现类
public class Observer1 implements Observer {    
    @Override  
    public void update() {  
        System.out.println("observer1 has received!");  
    }  
} 

public class Observer2 implements Observer {    
    @Override  
    public void update() {  
        System.out.println("observer2 has received!");  
    }    
} 

//Subject接口
public interface Subject {        
    /*增加观察者*/  
    public void add(Observer observer);  
    /*删除观察者*/  
    public void del(Observer observer);  
    /*通知所有的观察者*/  
    public void notifyObservers();  
    /*自身的操作*/  
    public void operation();  
}  

//实现类
public abstract class AbstractSubject implements Subject {    
    private Vector vector = new Vector();  
    @Override  
    public void add(Observer observer) {  
        vector.add(observer);  
    }  
  
    @Override  
    public void del(Observer observer) {  
        vector.remove(observer);  
    }  
  
    @Override  
    public void notifyObservers() {  
        Enumeration enumo = vector.elements();  
        while(enumo.hasMoreElements()){  
            enumo.nextElement().update();  
        }  
    }  
}  

//主对象
public class MySubject extends AbstractSubject {  
    @Override  
    public void operation() {  
        System.out.println("update self!");  
        notifyObservers();  
    }  
}  

//测试类
public class ObserverTest {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        Subject sub = new MySubject();  
        sub.add(new Observer1());  
        sub.add(new Observer2());  
          
        sub.operation();  
    }    
}  

4. 生产者消费者模式

生产者模式应该是可以通过观察者模式来实现的；
需要 使用到同步、线程，属于 多并发行列，和观察者模式的 差异也在于此。

在实际的软件开发过程中，经常会碰到如下场景：某个模块负责产生数据（生产者），这些数据由另一个模块来负责处理（消费者）。
单单抽象出生产者和消费者，还够不上是生产者/消费者模式。该模式还需要有一个缓冲区处于生产者和消费者之间，作为一个中介。生产者把数据放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出数据。
缓冲区的作用：解耦、支持并发、支持忙闲不均；