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* [一、概述](#一概述)
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* [二、单例模式](#二单例模式)
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* [三、简单工厂](#三简单工厂)
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* [四、工厂方法模式](#四工厂方法模式)
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* [五、抽象工厂模式](#五抽象工厂模式)
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* [参考资料](#参考资料)
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<!-- GFM-TOC -->
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# 一、概述
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设计模式不是代码，而是解决问题的方案，学习现有的设计模式可以做到经验复用。
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拥有设计模式词汇，在沟通时就能用更少的词汇来讨论，并且不需要了解底层细节。
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# 二、单例模式
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## 意图
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确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点。
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## 类图
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使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。
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私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。
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<div align="center"> <img src="../pics//db54db2f-82b2-4222-8d63-e49a8a7fc966.png"/> </div><br>
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## 使用场景
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- Logger Classes
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- Configuration Classes
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- Accesing resources in shared mode
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- Factories implemented as Singletons
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## JDK 的使用
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- [java.lang.Runtime#getRuntime()](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Runtime.html#getRuntime%28%29)
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- [java.awt.Desktop#getDesktop()](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/awt/Desktop.html#getDesktop--)
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- [java.lang.System#getSecurityManager()](http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/System.html#getSecurityManager--)
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## 实现
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### 懒汉式-线程不安全
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以下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟化实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。
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这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入 if(uniqueInstance == null) ，那么就会多次实例化 uniqueInstance。
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```java
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public class Singleton {
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private static Singleton uniqueInstance;
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private Singleton() {
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}
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public static Singleton getUniqueInstance() {
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if (uniqueInstance == null) {
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uniqueInstance = new Singleton();
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}
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return uniqueInstance;
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}
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}
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```
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### 懒汉式-线程安全
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只需要对 getUniqueInstance() 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，从而避免了对 uniqueInstance 进行多次实例化的问题。
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但是这样有一个问题，就是当一个线程进入该方法之后，其它线程试图进入该方法都必须等待，因此性能上有一定的损耗。
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```java
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public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
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if (uniqueInstance == null) {
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uniqueInstance = new Singleton();
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}
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return uniqueInstance;
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}
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```
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### 饿汉式-线程安全
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线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化了多次，如果 uniqueInstance 采用直接实例化的话，就不会被实例化多次，也就不会产生线程不安全问题。但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的优势。
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```java
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private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
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```
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### 双重校验锁-线程安全
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uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行。也就是说，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。
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双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被初始化了，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。
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```java
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public class Singleton {
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private volatile static Singleton uniqueInstance;
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private Singleton() {
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}
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public static Singleton getUniqueInstance() {
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if (uniqueInstance == null) {
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synchronized (Singleton.class) {
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if (uniqueInstance == null) {
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uniqueInstance = new Singleton();
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}
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}
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}
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return uniqueInstance;
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}
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}
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```
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考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。在 uniqueInstance == null 的情况下，如果两个线程同时执行 if 语句，那么两个线程就会同时进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作，但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句，只是早晚的问题，也就是说会进行两次实例化，从而产生了两个实例。因此必须使用双重校验锁，也就是需要使用两个 if 判断。
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```java
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if (uniqueInstance == null) {
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synchronized (Singleton.class) {
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uniqueInstance = new Singleton();
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}
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}
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```
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uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的。
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`uniqueInstance = new Singleton();` 这段代码其实是分为三步执行。
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1. 分配内存空间。
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2. 初始化对象。
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3. 将 uniqueInstance 指向分配的内存地址。
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但是由于 JVM 具有指令重排的特性，有可能执行顺序变为了 `1>3>2`，这在单线程情况下自然是没有问题。但如果是多线程就有可能 B 线程获得是一个还没有被初始化的对象以致于程序出错。
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所以使用 volatile 修饰的目的是禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
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# 三、简单工厂
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## 意图
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在创建一个对象时不向客户暴露内部细节；
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## 类图
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简单工厂不是设计模式，更像是一种编程习惯。它把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个子类来实例化。
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<div align="center"> <img src="../pics//d7f6dec1-02b6-4969-b3ab-e01ee78659b9.png"/> </div><br>
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这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。
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如果存在下面这种代码，就需要使用简单工厂将对象实例化的部分放到简单工厂中。
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```java
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public class Client {
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public static void main(String[] args) {
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int type = 1;
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Product product;
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if (type == 1) {
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product = new ConcreteProduct1();
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} else if (type == 2) {
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product = new ConcreteProduct2();
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} else {
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product = new ConcreteProduct();
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}
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}
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}
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```
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## 实现
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```java
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public interface Product {
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}
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```
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```java
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public class ConcreteProduct implements Product{
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}
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```
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```java
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public class ConcreteProduct1 implements Product{
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}
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```
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```java
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public class ConcreteProduct2 implements Product{
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||
}
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```
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```java
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public class SimpleFactory {
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public Product createProduct(int type) {
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if (type == 1) {
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return new ConcreteProduct1();
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} else if (type == 2) {
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return new ConcreteProduct2();
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}
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return new ConcreteProduct();
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}
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}
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```
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```java
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public class Client {
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public static void main(String[] args) {
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SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
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Product product = simpleFactory.createProduct(1);
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}
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}
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```
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# 四、工厂方法模式
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## 意图
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定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化推迟到子类。
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## 类图
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在简单工厂中，创建对象的是另一个类，而在工厂方法中，是由子类来创建对象。
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下图中，Factory 有一个 doSomethind() 方法，这个方法需要用到一组产品对象，这组产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的，需要由子类去实现。
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<div align="center"> <img src="../pics//bf0ff9fc-467e-4a3f-8922-115ba2c55bde.png"/> </div><br>
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## 实现
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```java
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public abstract class Factory {
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abstract public Product factoryMethod();
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public void doSomethind() {
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Product product = factoryMethod();
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// do something with the product
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}
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}
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```
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```java
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public class ConcreteFactory extends Factory {
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public Product factoryMethod() {
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return new ConcreteProduct();
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}
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}
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```
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```java
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public class ConcreteFactory1 extends Factory{
|
||
public Product factoryMethod() {
|
||
return new ConcreteProduct1();
|
||
}
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||
}
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||
```
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||
```java
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public class ConcreteFactory2 extends Factory {
|
||
public Product factoryMethod() {
|
||
return new ConcreteProduct2();
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||
}
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||
}
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```
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# 五、抽象工厂模式
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## 意图
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提供一个接口，用于创建 **相关的对象家族** 。
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## 类图
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<div align="center"> <img src="../pics//920c034c-c212-4f79-9ddb-84e4bb6cd088.png"/> </div><br>
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抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。
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抽象工厂模式用到了工厂模式来创建单一对象，在类图左部，AbstractFactory 中的 createProductA 和 createProductB 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂模式的定义。
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至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 需要同时创建出这两个对象。
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从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbstractFactory，而工厂模式使用了继承。
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## 代码实现
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```java
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public class AbstractProductA {
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}
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```
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```java
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public class AbstractProductB {
|
||
}
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```
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```java
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public class ProductA1 extends AbstractProductA {
|
||
}
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```
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```java
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public class ProductA2 extends AbstractProductA {
|
||
}
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```
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||
```java
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||
public class ProductB1 extends AbstractProductB{
|
||
}
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||
```
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||
```java
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||
public class ProductB2 extends AbstractProductB{
|
||
}
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||
```
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```java
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public abstract class AbstractFactory {
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||
abstract AbstractProductA createProductA();
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||
abstract AbstractProductB createProductB();
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}
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```
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```java
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public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory{
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||
AbstractProductA createProductA() {
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return new ProductA1();
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}
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AbstractProductB createProductB() {
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||
return new ProductB1();
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||
}
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||
}
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||
```
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||
```java
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||
public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
|
||
AbstractProductA createProductA() {
|
||
return new ProductA2();
|
||
}
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||
AbstractProductB createProductB() {
|
||
return new ProductB2();
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||
}
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}
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```
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```java
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public class Client {
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public static void main(String[] args) {
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AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
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AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
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abstractFactory = new ConcreteFactory2();
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productA = abstractFactory.createProductA();
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}
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}
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# 参考资料
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- 弗里曼. Head First 设计模式 [M]. 中国电力出版社, 2007.
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- [Design Patterns](http://www.oodesign.com/)
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- [Design patterns implemented in Java](http://java-design-patterns.com/)
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