23种设计模式

摘要：抽象工厂模式多个抽象产品类，个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。用了工厂方法模式，你替换生成键盘的工厂方法，就可以把键盘从罗技换到微软。好处避免频繁创建对象，节省系统开销，减轻压力。

总体分为3大类：
创建型模式 （5种）：工厂方法、抽象工厂、单例、建造者、原型
结构型模式（7种）：适配器、装饰器、代理、外观、桥接、组合、享元
行为型模式（11种）：策略、模板方法、观察者、迭代子、责任链、命令、备忘录、状态、访问者、中介者、解释器
其它（2种）：并发型、线程池

开闭原则（总原则）：对扩展开放，对修改关闭，需要使用接口和抽象类

单一职责：每个类应该实现单一的职责

里氏替换：基类可以出现的地方，子类一定可以出现。类似于向上转型，子类对父类的方法尽量不要重写和重载，会破坏父类定义好的与外界交互规范。是对开闭原则的补充，实现开闭原则的关键是抽象化，里氏替换原则是对实现抽象化规范

依赖倒转：面向接口编程，依赖于抽象，不依赖于具体。代码中：不与具体类交互，与接口交互。开闭原则的基础。

接口隔离：接口中的方法在子类中一定能用到，否则拆分成多个接口

迪米特法则（最少知道）：对外暴露越少越好

合成复用：尽量使用合成/聚合的方式，而不是使用继承

创建1个接口、2个实现类

public interface Sender {
    void send();
}

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 smssender!");
    }
}

创建1个工厂接口、2个工厂实现类

public interface Provider {
    Sender produce();
}

public class SendMailFactory implements Provider {
    @Override
    public Sender produce() {
        return new MailSender();
    }
}

public class SendSmsFactory implements Provider {
    @Override
    public Sender produce() {
        return new SmsSender();
    }
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Provider provider = new SendMailFactory();
        Sender sender = provider.produce();
        sender.send();
    }
}

如果想增加一个功能，则只需做一个实现类，实现 Sender 接口，同时做一个工厂类，实现 Provider 接口，就 OK 了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

工厂方法模式和抽象工厂模式的区别如下：
工厂方法模式：

1个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。

1个抽象工厂类可以派生出多个具体工厂类。1个具体工厂类只能创建1个具体产品类的实例。

抽象工厂模式：

多个抽象产品类，1个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。

1个抽象工厂类可以派生出多个具体工厂类。1个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例，也就是创建的是一个产品线下的多个产品。

对于 java 来说，你能见到的大部分抽象工厂模式都是这样的：
---它的里面是一堆工厂方法，每个工厂方法返回某种类型的对象。
比如说工厂可以生产鼠标和键盘。那么抽象工厂的实现类（它的某个具体子类）的对象都可以生产鼠标和键盘，但可能工厂 A 生产的是罗技的键盘和鼠标，工厂 B 是微软的。
用了工厂方法模式，你替换生成键盘的工厂方法，就可以把键盘从罗技换到微软。但是用了抽象工厂模式，你只要换家工厂，就可以同时替换鼠标和键盘一套。如果你要的产品有几十个，当然用抽象工厂模式一次替换全部最方便（这个工厂会替你用相应的工厂方法）所以说抽象工厂就像工厂，而工厂方法则像是工厂的一种产品生产线

单例模式能保证在一个JVM中该对象只有一个实例存在。好处：
1、 避免频繁创建对象，节省系统开销，减轻 GC 压力。
2、在系统中某些对象只能有一个（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）

简单的单例类（单线程）：
只能在单线程中用，不能用于多线程。

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;
    }
}

同步代码块：

/* 静态工程方法，创建实例 */
public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null){
        synchronized (instance){
            if(instance == null){
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

在 Java 指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说 instance = new Singleton();语句是分两步执行的，可能会先为Singleton实例分配空间，再赋值给instance，最后初始化Singleton实例。
A、B 两个线程为例：

A、B 线程同时进入了第一个 if 判断

A首先进入 synchronized 块，由于 instance 为 null，所以它执行 instance = new Singleton();

由于 JVM 内部的优化机制，JVM 先画出了一些分配给 Singleton 实例的空白内存，并赋值给 instance 成员（注意此时 JVM 没有开始初始化这个实例），然后 A 离开了 synchronized块。

B进入 synchronized 块，由于 instance 此时不是 null，因此它马上离开了 synchronized 块并将结果返回给调用该方法的程序。

此时 B 线程打算使用 Singleton 实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。
上面这些话可以理解为A线程从同步代码块出来后，JVM没有初始化Singleton实例，B线程调用instance时发现Singleton没有初始化。

多线程单例
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。这样当我们第一次调用 getInstance 的时候，JVM 能够帮我们保证 instance 只被创建一次，并且会保证把赋值给 instance 的内存初始化完毕，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。

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();
    }
}

将创建和赋值分开，多带带为创建类加静态同步方法
因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，多带带为创建加 synchronized 关键字，也是可以的

public class SingletonTest {
    private static SingletonTest instance = null;
    public SingletonTest() {
    }
    private static synchronized void syncInit(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonTest();
        }
    }
    public static SingletonTest getInstance() {
        if (instance == null){
            syncInit();
        }
        return instance;
    }
}

补充：用 采用" 影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

public class SingletonTest {
    private static SingletonTest instance = null;
    private Vector properties = null;
    public Vector getProperties() {
        return properties;
    }
    public SingletonTest() {
    }
    private static synchronized void syncInit(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonTest();
        }
    }
    public static SingletonTest getInstance() {
        if (instance == null){
            syncInit();
        }
        return instance;
    }
    public void updateProperties(){
        SingletonTest shadow = new SingletonTest();
        properties = shadow.getProperties();
    }
}

类和静态方法与静态类区别：

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，所以即使实现了也是非静态的）

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。

单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是 static，无法被覆写。

将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆后产生一个和原对象类似的新对象
浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。
深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。
一个原型类，只需要实现 Cloneable 接口，覆写 clone 方法，此处 clone 方法可以改成任意的名称，因为 Cloneable 接口是个空接口，你可以任意定义实现类的方法名，如 cloneA或者cloneB，因为此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法，而在 Object 类中，clone()是 native 的。这里写一个深浅复制的例子

public class Prototype implements Cloneable, Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private String string;
    private SerializableObject obj;

   /*浅复制*/
    public Object clone() throws CloneNotSupportedException{
        Prototype proto = (Prototype)super.clone();
        return proto;
    }

    /*深复制*/
    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        /* 写入当前对象的二进制流 */
        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
        oos.writeObject(this);

        /* 读出二进制流产生的新对象 */
        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
        return ois.readObject();

    }

    public String getString() {
        return string;
    }

    public void setString(String string) {
        this.string = string;
    }

    public SerializableObject getObj() {
        return obj;
    }

    public void setObj(SerializableObject obj) {
        this.obj = obj;
    }
}

class SerializableObject implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 1L;
}