【设计模式】常见单例模式与工厂模式归纳总结
一、概述
本文主要介绍常见的单例模式和工厂模式，主要参考网址：https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F.md
与程杰电子书《大话设计模式》进行归纳总结。
其中页码为程杰电子书《大话设计模式》中对应的页码，粘贴的图片为加深理解提供帮助。
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。
二、单例模式（P239）
意图
确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点。
类图
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。
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。
实现
懒汉式-线程不安全
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。
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。
publicclassSingleton {
privatestatic Singleton uniqueInstance;
privateSingleton() {
}
publicstatic Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance ==null) {
uniqueInstance =new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
懒汉式-线程安全
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。
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。
publicstaticsynchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance ==null) {
uniqueInstance =new Singleton();
}
return uniqueInstance;// synchronized同步
}
饿汉式-线程安全
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。
privatestatic Singleton uniqueInstance =new Singleton();
双重校验锁-线程安全
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。
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。
publicclassSingleton {
privatevolatilestatic Singleton uniqueInstance;//volatile不稳定的
privateSingleton() {
}
publicstatic Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance ==null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance ==null) {
uniqueInstance =new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
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。
if (uniqueInstance ==null) {
synchronized (Singleton.class) {
uniqueInstance =new Singleton();
}
}
三、简单工厂（P31-42）
意图
在创建一个对象时不向客户暴露内部细节；
类图
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。
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。
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。
publicclassClient {
publicstaticvoidmain(String[] args) {
int type =1;
Product product;
if (type ==1) {
product =new ConcreteProduct1();
} elseif (type ==2) {
product =new ConcreteProduct2();
} else {
product =new ConcreteProduct();
}
}
}
实现
publicinterfaceProduct {
}
publicclassConcreteProductimplementsProduct{
}
publicclassConcreteProduct1implementsProduct{
}
publicclassConcreteProduct2implementsProduct{
}
publicclassSimpleFactory {
public Product createProduct(inttype) {
if (type ==1) {
returnnew ConcreteProduct1();
} elseif (type ==2) {
returnnew ConcreteProduct2();
}
returnnew ConcreteProduct();
}
}
publicclassClient {
publicstaticvoidmain(String[] args) {
SimpleFactory simpleFactory =newSimpleFactory();
Product product = simpleFactory.createProduct(1);
}
}
计算器的四则运算（用简单工厂实现）：
充分利用面向对象的三大特性：封装、继承、多态
四、工厂方法模式（P97-102）
意图
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。
类图
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。
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。
实现
publicabstractclassFactory {
abstractpublic Product factoryMethod();
publicvoiddoSomethind() {
Product product =factoryMethod();
// do something with the product
}
}
publicclassConcreteFactoryextendsFactory {
public Product factoryMethod() {
returnnew ConcreteProduct();
}
}
publicclassConcreteFactory1extendsFactory{
public Product factoryMethod() {
returnnew ConcreteProduct1();
}
}
publicclassConcreteFactory2extendsFactory {
public Product factoryMethod() {
returnnew ConcreteProduct2();
}
}
五、抽象工厂模式（P171）
意图
提供一个接口，用于创建 相关的对象家族 。
类图
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。在此不详讲。