JAVA设计模式

一、单例模式的定义与特点

单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。例如。Windows中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。

在计算机系统中，还有Windows的回收站，操作系统中的文件系统，多线程中的线程池、显卡的驱动程序对象、打印机的后台处理服务，应用程序的日志对象、数据库的连接池、网站的计数器、Web应用的配置对象、应用程序中的对话框、系统中的缓存等常常被设计成单例。

单例模式有3个特点：

1）单例类只有一个实例对象；

2）该单例对象必须由单例类自行创建；

3）单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点；

单例模式的定义与特点

单例模式是设计模式中最简单的模式之一。通常，普通类的构造函数是公有的，外部类可以通过“new 构造函数()”来生成多个实例。但是，如果将类的构造函数设置私有的，外部类就无法调用该构造函数，也就无法生成多个实例。这时该类自身必须定义一个静态私有实例，并向外提供一个静态的公有函数用于创建或获取该静态私有实例。

单例模式的结构

单例模式的主要角色如下：

单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类

访问类：使用单例的类。

单例模式的实现

1、懒汉式单例

2、饿汉式单例

二、原型模式

原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无需知道对象创建的细节。例如，Windows操作系统的安装通常比较耗时，如果复制就快了很多。

模式的结构：

原型模式包含以下主要角色。

1、抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口

2、具体原型类：实现抽象原型类的clone()方法，它是可被复制的对象。

3、访问类：使用具体原型类中的clone()方法来复制新的对象。

模式的实现：原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆，Java中的Object类提供了浅克隆的clone()方法，具体原型类只要实现Cloneable接口就可实现对象的浅克隆，这里的Cloneable接口就是抽象原型类。

原型模式的应用场景

对象之间相同或相似，即只是个别的几个属性不同的时候。

对象的创建过程比较麻烦，但复制比较简单的时候。

三、工厂方法模式

工厂方法模式的定义：定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。

我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于GoF的23中经典的设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”

工厂方法模式的主要优点有：

用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；

在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则。

其缺点是：每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

模式的结构

工厂方法模式的主要角色如下：

抽象工厂(Abstract Factory)：提供了创建产品的接口，调用者通过其他访问具体工厂方法newProduct()来创建产品。

具体抽象(ConcreteFactory)：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建

抽象产品(Product)：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能

具体产品(ConcreteProduct)：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

模式的应用场景

客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体产品名，如TCL电视工厂，海信电视工厂等

创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。

客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌

四、抽象工厂模式

抽象工厂(AbstractFactory)模式的定义：是一种访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无序指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

使用抽象工厂模式一般要满足以下条件。

系统中有多个产品族，每个具体工厂创建同一族但属于不同级别结构的产品。

系统一次只可能消费其中某一族产品，即同族的产品一起使用。

抽象工厂模式除了具有工厂方法模式的优点外，其他主要优点如下：

可以在类的内部对产品族中相关联的多等级产品共同管理，而不必专门引入多个新的类来进行管理。

当增加一个新的产品族时不需要修改源代码，满足开闭原则。

其缺点是：当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。

模式的结构与实现

抽象工厂模式同工厂方法模式一样，也是由抽象工厂，具体工厂，抽象产品和具体产品等4个要素构成，但抽象工厂中方法个数不同，抽象产品的个数也不同。

模式的结构：

抽象工厂模式的主要角色如下：

1、抽象工厂(Abstract Factory):提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法newProduct(),可以创建多个不同等级的产品。

2、具体工厂(Concrete Factory):主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。

3、抽象产品(Product):定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品

4、具体产品(ConcreteProduct):实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

模式的应用场景

抽象工厂模式最早的应用是用于创建属于不同操作系统的视窗构件。

抽象工厂模式通常适用于以下场景：

1、当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等

2、系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。

3、系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

四、代理模式

在有些情况下，一个客户不能或者不想直接访问另一个对象，这时需要找一个中介帮忙完成某项任务，这个中介就是代理对象。例如，购买火车票不一定要去火车站买，可以通过12306网站或者去火车站代售点买。

代理模式的定义与特点

代理模式的定义：由于某些原因需要给某对象提供一个代理以控制对该对象的访问。这时，访问对象不适合或者不能直接引用目标对象，代理对象作为访问对象和目标对象直接的中介

代理模式的主要优点有：

代理模式在客户端与目标对象之间起到一个中介作用和保护目标对象的作用；

代理对象可以扩展目标对象的功能；

代理模式能将客户端与目标对象分离，在一定程度上降低了系统的耦合度；

其主要缺点是：

在客户端和目标对象之间增加一个代理对象，会造成请求处理速度变慢；

增加了系统的复杂度；

代理模式的结构比较简单，主要是通过定义一个继承抽象主题的代理来包含真实主题，从而实现对真实主题的访问，下面来分析其基本结构和实现方法。

模式的结构

代理模式的主要角色如下：

抽象主题（Subject）类：通过接口或抽象类声明真实主题和代理对象实现的业务方法

真实主题（Real Subject）类：实现了抽象主题中的具体业务，是代理对象所代表的真实对象，是最终要引用的对象。

代理（Proxy）类：提供了与真实主题相同的接口，其内部含有对真实主题的 引用，它可以访问，控制或扩展真实主题的功能。

代理模式的应用场景

远程代理，这种方式通常是为了隐藏目标对象存在于不同地址空间的事实，方便客户端访问。例如，用户申请某些网盘空间时，会在用户的文件系统中建立一个虚拟的硬盘，用户访问虚拟硬盘时实际访问的是网盘空间。

虚拟代理，这种方式通常用于要创建的目标对象开销很大时，例如，下载一幅很大的图像需要很长时间，因某种计算比较复杂而短时间无法完成，这时可以先用小比例的虚拟代理替代真实的对象，消除用户对服务器的感觉。

安全代理：这种方式通常用于控制不同种类客户对真实对象的访问权限

智能指引：指为了提高系统的性能，延迟对目标点额加载。