设计模式学习笔记

设计模式学习笔记

• 设计模式
• • OOP七大原则
  • 创建型模式
  • • 单例模式
    • 建造者模式
    • 原型模式
    • 工厂模式
    • 抽象工厂模式
  • 结构型模式
  • • 代理模式
    • 适配器模式
    • 桥接模式
    • 过滤器模式
    • 外观模式
    • 享元模式
    • 装饰器模式
    • 组合模式
  • 行为型模式
  • • 备忘录模式
    • 策略模式
    • 迭代器模式
    • 访问者模式
    • 观察者模式
    • 解释器模式
    • 空对象模式
    • 命令模式
    • 模板模式
    • 责任链模式
    • 中介者模式
    • 状态模式
  • J2EE模式
  • • MVC模式
    • 传输对象模式
    • 服务定位器模式
    • 拦截过滤器模式
    • 前端控制器模式
    • 数据访问对象模式
    • 业务代表模式
    • 组合实体模式

设计模式

• 设计模式（Design Pattern）是前辈们们对代码开发经验得总结，是解决特定问题得一系列套路。它不是语法规定，而是一套用来提高代码可复用性、可维护性、可读性、稳健性以及安全性得解决方案。
• 1995年，GoF(Gang of Four，四人组/四人帮)合作出版了《设计模式：可复用面向对象软件得基础》一书，共收录了23种设计模式，从此树立了软件设计模式领域得里程碑，人称“GoF设计模式。
• GoF 23：一种思维，一种态度，一种进步
• 设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。
• 正确使用设计模式具有以下优点：
  • 可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力
  • 是程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期
  • 使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性

设计模式的基本要素：模式名称、问题、解决方案、效果

面向对象设计模式可分为以下三类：

• 创建型模式：单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式
  • 目标：将一个系统与其对象的创建、组合、表示分离开来
  • 目的：在哪个对象被创建、谁负责创建对象、怎样创建对象、何时创建对象方面增强灵活性
  • 主要任务：为客户程序创建对象，而不是由客户程序直接初始化对象
  • 好处：大量减少客户程序中对象创建的代码量
• 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式
  • 作用：从程序的结构上实现松耦合，从而可以扩大整体的类结构，用来解决更大的问题。
• 行为型模式：模板方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、职责链模式、访问者模式

步骤一

创建一个Singleton类：

步骤二

从singleton类获取唯一的对象：

结果

单例模式在多线程环境中需要特别注意的问题

假设此时需要实例化的类名称为，在进行实例化的过程中，期望的执行顺序如下：

1. 分配内存空间
2. 执行构造方法，初始化对象
3. 把这个对象指向这个空间

? 期望的执行顺序是123，但也有可能是132，如果是在单线程环境下，单例模式是没有问题的，因为至始至终都是一个线程，返回的是就只有一个实例化的对象。

? 但如果在多线程环境下，需要注意：假如有线程A和线程B，在线程A没有执行完时，线程B进来了，读取到不为空，即判断已经实例化完成，线程B直接返回这个，但线程A还没有执行完成，此时还没有完成构造，此时就会出错，所以需要注意多线程环境下的处理，可以对对象加关键字，声明此变量为原子变量，也可以在方法加锁等…

假如有线程A和线程B，在线程A没有执行完时，线程B进来了，读取到lazyMan不为空，即判断lazyMan已经实例化完成，线程B直接返回这个lazyMan，但线程A还没有执行完成，此时lazyMan还没有完成构造，此时就会出错，所以需要注意多线程环境下的处理，可以对lazyMan对象加volatile关键字，声明此变量为原子变量，也可以在方法加synchronized锁等…

单例模式各种实现方式对比：

单例模式的实现方式如下：

1、懒汉式单例，线程不安全

描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。

这种lazy loading（延迟加载）很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

代码示例：

往下的几种实现方式都支持多线程，但是在性能上有所差异。

2、懒汉式单例，线程安全

描述：这种方式具备很好的lazy loading（延迟加载），能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99%情况下不需要同步。

优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费

缺点：必须加锁synchronized才能保证单例，但加锁会影响效率。

()的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。

代码示例：

3、饿汉式单例

描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。

优点：没有加锁，执行效率会提高。

缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

它基于（类加载器）机制避免了多线程的同步问题，不过，singleton在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用方法，但是也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singleton显然没有达到lazy loading（延迟加载）的效果。

代码示例：

4、双检锁/双重校验锁（，即double-checked locking）

版本：1.5起

描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下保持高性能。

()的性能对应用程序很关键。

优点：线程安全；延迟加载；效率较高。

缺点：编译器的指令重排导致单例出现漏洞。

代码示例：

? 在该方法中对instance进行了两次判空：第一层判断为了避免不必要的同步，第二层判断则是为了在null的情况下创建实例。对第六种单例的漏洞进行了弥补，但是还是有点小问题的，问题就在instance = new Singleton();语句上。

这语句在这里看起来是一句代码，但实际上它并不是一个原子操作，这句代码最终会被编译成多条汇编指令，它大致做了3件事情：

1. 给Singleton的实例分配内存
2. 调用Singleton()的 构造函数，初始化成员字段
3. 将instance对象指向分配的内存空间（此时instance就不是null了）

? 但是，由于Java编译器运行处理器乱序执行，以及之前Java内存模型中Cache、寄存器到主内存会写顺序的规定，上面的第二和第三的顺序是无法保证的。也就是说，执行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2.如果是后者，并且在3执行完毕、2未执行之前，被切换到线程B上，这时候instance因为已经在线程A内执行3了，instance已经是非null，所有线程B直接取走instance，再使用时就会出错，这就是失效问题，而且这种难以跟踪难以重现的问题很可能会隐藏很久。

5、登记式/静态内部类