设计模式03 创建型模式1-单例+工厂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

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1.单例模式

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)。

比如 Hibernate 的SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式。

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 ✅
枚举 ✅

1.1 饿汉式(静态常量

public class SingleTonEH {
    public static void main(String[] args) {
        //测试
        SingleTon instance = SingleTon.getInstance();
        SingleTon instance2 = SingleTon.getInstance();
        System.out.println(instance==instance2);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance2.hashCode());

    }
}

//饿汉式（静态常量）
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：

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。
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
这种方式基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 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
结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

1.2 饿汉式（静态代码块）

//饿汉式(静态代码块)
class Singleton2 {
    //1. 构造器私有化,  外部不能new
    private Singleton2() {}
    //2.本类内部创建对象实例
    private	static Singleton2 instance;
    // 3. 在静态代码块中，创建单例对象
    static {
        instance = new Singleton2();
    }
    //4. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
    public static Singleton2 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。优缺点和上面是一样的。
结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

1.3 懒汉式(线程不安全)

// 懒汉式（线程不安全）
class SingleTon3{
    private static SingleTon3 instance;
    private SingleTon3(){}
    public static SingleTon3 getInstance(){
        if (instance==null){
            instance = new SingleTon3();
        }
        return instance;
    }
}

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 (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.

1.4 懒汉式(线程安全，同步方法)

// 懒汉式（线程安全，同步方法）
class SingleTon4{
    private static SingleTon4 instance;
    private SingleTon4(){}
    //提供一个静态的公有方法，synchronized 加入同步处理的代码，解决线程安全问题
    public static synchronized SingleTon4 getInstance(){
        if (instance==null){
            instance = new SingleTon4();
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

解决了线程安全问题
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

1.5 懒汉式(线程安全，同步代码块)

不能使用

// 懒汉式（线程安全，同步代码块）
class SingleTon5{
    private static SingleTon5 instance;
    private SingleTon5(){}
    public static synchronized SingleTon5 getInstance(){
        if (instance==null){
            synchronized (SingleTon5.class){
                instance = new SingleTon5();
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明

这种方式，本意是想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（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
结论：在实际开发中，不能使用这种方式

1.6 双重检查（推荐使用）

//双重检查
class SingleTon6{
    private static volatile SingleTon6 instance;
    private SingleTon6(){}
    //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
    public static  SingleTon6 getInstance(){
        if (instance==null){
            synchronized (SingleTon6.class){
                if (instance==null) {
                    instance = new SingleTon6();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优缺点说明：

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。
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.
线程安全；延迟加载；效率较高
结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

1.7 静态内部类

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton7 {
    private static volatile Singleton7 instance;
    //构造器私有化
    private static class SingletonInstance{
        //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性
        private static final Singleton7 INSTANCE = new Singleton7();
    }
    //提供一个静态的公有方法，直接返回 SingletonInstance.INSTANCE
    public static Singleton7 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.

1.8 枚举

enum SingleTon8{
    INSTANCE;
    public void method(){
        System.out.println("SingleTon8");
    }
}

优缺点说明：

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。
这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式
结论：推荐使用

单例模式在 JDK 应用的源码分析

在 JDK 中，java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)
代码分析+Debug 源码+代码说明

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    private Runtime() {}

单例模式注意事项和细节说明

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
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 的方式
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)

工厂模式

需求场景
看一个披萨的项目：要便于披萨种类的扩展，要便于维护

披萨的种类很多(比如 GreekPizz、CheesePizz 等)
披萨的制作有 prepare，bake, cut, box
完成披萨店订购功能

传统方式

抽象Pizza

public abstract class Pizza {
    protected String name;//名字
    public abstract void prepare();
    public void bake(){
        System.out.println(name+"baking");
    };
    public void cut(){
        System.out.println(name+"cutting");
    };
    public void box(){
        System.out.println(name+"boxing");
    };

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

希腊披萨

public class GreekPizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("希腊披萨准备原材料");
    }
}

奶酪披萨

public class CheesePizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("奶酪披萨准备原材料");
    }
}

披萨订购

public class OrderPizza {
    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 = new CheesePizza();
                pizza.setName("奶酪披萨");
            }else {
                break;
            }
            //输出pizza制作过程
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
        }while (true);
    }

    //获取客户希望订购的披萨种类
    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 "" ;
        }
    }
}

客户端

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        OrderPizza orderPizza = new OrderPizza();
    }
}

类关系图

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. 如果我们增加一个 Pizza 类，只要是订购 Pizza 的代码都需要修改.
OrderPizza.java改动如下

    else if (orderType.equals("pepper")){
        pizza = new PepperPizza();
        pizza.setName("胡椒披萨");
    }

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。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

简单工厂模式

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.

实现

简单工厂模式的设计方案: 定义一个可以实例化 Pizaa 对象的类，封装创建对象的代码。

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("使用简单工厂模式"); if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName(" 希腊披萨 ");
        } else if (orderType.equals("cheese")) { pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
        } else if (orderType.equals("pepper")) { pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("胡椒披萨");
        }

        return pizza;

    }

    //简单工厂模式 也叫 静态工厂模式
    public static Pizza createPizza2(String orderType){
        Pizza pizza = null;

        System.out.println("使用简单工厂模式"); if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName(" 希腊披萨 ");
        } else if (orderType.equals("cheese")) { pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
        } else if (orderType.equals("pepper")) { pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("胡椒披萨");
        }

        return pizza;

    }

}

修改OrderPizza

public class OrderPizza {
    //简单工厂方式
    SimpleFactory simpleFactory;
    Pizza pizza = null;

    public OrderPizza(SimpleFactory simpleFactory){
        setFactory(simpleFactory);
    }

    //静态工厂创建
    public OrderPizza(){
        String orderType = "";//用户输入
        do {
            orderType = getType();
            pizza = SimpleFactory.createPizza2(orderType);
            //输出pizza制作过程
            if (pizza!=null){
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }else {
                System.out.println("订购披萨失败");
                break;
            }
        }while (true);
    }

    public void setFactory(SimpleFactory simpleFactory) {
        String orderType = "";//用户输入
        this.simpleFactory = simpleFactory;
        do {
            orderType = getType();
            pizza = simpleFactory.createPizza(orderType);
            //输出pizza制作过程
            if (pizza!=null){
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }else {
                System.out.println("订购披萨失败");
                break;
            }
        }while (true);
    }
}

修改PizzaStore

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        //传统方式
//      new OrderPizza();
        //使用简单工厂模式
        new OrderPizza(new SimpleFactory());
        //静态工厂方式
        //new OrderPizza();
        System.out.println("退出程序");
    }
}

2. 工厂方法模式

需求场景
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

简介

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。

实现

Pizza

public abstract class Pizza {
    protected String name;//名字
    public abstract void prepare();
    public void bake(){
        System.out.println(name+" baking");
    };
    public void cut(){
        System.out.println(name+" cutting");
    };
    public void box(){
        System.out.println(name+" boxing");
    };

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}


public class BJCheesePizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName("北京奶酪披萨");
        System.out.println("北京奶酪披萨准备原材料");
    }
}

public class BJPepperPizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName("北京胡椒披萨");
        System.out.println("北京椒披萨准备原材料");
    }
}

public class LDCheesePizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName("伦敦奶酪披萨");
        System.out.println("伦敦奶酪披萨准备原材料");
    }
}

public class LDPepperPizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName("伦敦胡椒披萨");
        System.out.println("伦敦椒披萨准备原材料");
    }
}

OrderPizza

public abstract class OrderPizza {
    abstract Pizza createPizza(String orderType);

    public OrderPizza(){
        Pizza pizza = null;
        String orderType;
        do {
            orderType = getType();
            pizza = createPizza(orderType);//抽象方法，由工厂子类完成
            //输出pizza制作过程
            if (pizza!=null){
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }else {
                System.out.println("订购披萨失败");
                break;
            }
        }while (true);
    }

    //获取客户希望订购的披萨种类
    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 "" ;
        }
    }

}

LDOrderPizza, BJOrderPizza

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;
    }
}

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;
    }
}

PizzaStore

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        new BJOrderPizza();
        new LDOrderPizza();
    }
}

3. 抽象工厂模式

基本介绍

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。

实现

Factory

public interface AbsFactory {
    //由工厂子类具体实现
    public Pizza createPizza(String orderType);
}

public class BJFactory implements AbsFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")){
            pizza = new BJCheesePizza();
        }else if (orderType.equals("pepper")){
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

public class LDFactory implements AbsFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")){
            pizza = new LDCheesePizza();
        }else if (orderType.equals("pepper")){
            pizza = new LDPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

OrderPizza

public class OrderPizza {
    AbsFactory factory;

    public OrderPizza(AbsFactory factory){
        setFactory(factory);
    }

    public void setFactory(AbsFactory absFactory) {
        this.factory = absFactory;
        Pizza pizza = null;
        String orderType = "";
        do {
            orderType = getType();
            //factory 可能是北京/伦敦的工厂子类
            pizza = factory.createPizza(orderType);
            //输出pizza制作过程
            if (pizza!=null){
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }else {
                System.out.println("订购披萨失败");
                break;
            }
        }while (true);

    }

    //获取客户希望订购的披萨种类
    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 "" ;
        }
    }
}

PizzaStore

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        OrderPizza orderPizza = new OrderPizza(new BJFactory());
    }
}

工厂模式在 JDK-Calendar 应用的源码分析

JDK 中的 Calendar 类中，就使用了简单工厂模式
代码分析
通过静态单例方式获取Calendar实例

public class FactoryDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // getInstance 是 Calendar 静态方法
        Calendar cal = Calendar.getInstance();
    }
}

Calendar.getInstance();

    public static Calendar getInstance(){
        return createCalendar(TimeZone.getDefault(), Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
    }

createCalendar(...); 的工厂模式实践

    private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
                                           Locale aLocale)
    {
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }

        Calendar cal = null;

        if (aLocale.hasExtensions()) {
            String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
            if (caltype != null) {
                switch (caltype) {
                case "buddhist":
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "japanese":
                    cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "gregory":
                    cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                }
            }
        }
        if (cal == null) {
            if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
            } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
                       && aLocale.getCountry() == "JP") {
                cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
            } else {
                cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
            }
        }
        return cal;
    }

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。

设计模式学习代码及笔记）

【代码】
github.com/willShuhuan…
【笔记】
设计模式01 七大原则
 设计模式02 类关系与UML类图
 设计模式03 创建型模式1-单例+工厂
 设计模式04 创建型模式2-原型+建造者
 设计模式05 结构型模式1-适配器+桥接+装饰者
 设计模式06 结构型模式2-组合+外观+享元+代理
 设计模式07 行为型模式1-模板方法+命令+访问者
 设计模式08 行为型模式2-迭代器+观察者+中介者
 设计模式09 行为型模式3-备忘录+解释器+状态
 设计模式10 行为型模式4-策略+职责链