Java的二十三种设计模式（单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式）
從這一塊開始，我們詳細介紹Java中23種設計模式的概念，應用場景等情況，并結合他們的特點及設計模式的原則進行分析。
創建型模式(5種)：用于描述“怎樣創建對象”，它的主要特點是“將對象的創建與使用分離”。
A、單例模式（Singleton）
單例（Singleton）模式：某個類只能生成一個實例，該類提供了一個全局訪問點供外部獲取該實例，其拓展是有限多例模式。
這樣的模式有幾個好處：
優點：只有一個實例，節約了內存資源，提高了系統性能
缺點：
?? ?沒有抽象層，不能擴展
?? ?職責過重，違背了單一性原則
首先我們寫一個簡單的單例類：
public class Singleton {/* 持有私有靜態實例，防止被引用，此處賦值為null，目的是實現延遲加載 */private static Singleton instance = null;/* 私有構造方法，防止被實例化 */private Singleton() {}/* 靜態工程方法，創建實例 */public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}/* 如果該對象被用于序列化，可以保證對象在序列化前后保持一致 */public Object readResolve() {return instance;} }這個類可以滿足基本要求，但是，像這樣毫無線程安全保護的類，如果我們把它放入多線程的環境下，肯定就會出現問題了，如何解決？我們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字，如下：
public static synchronized Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}但是，synchronized關鍵字鎖住的是這個對象，這樣的用法，在性能上會有所下降，因為每次調用getInstance()，都要對對象上鎖，事實上，只有在第一次創建對象的時候需要加鎖，之后就不需要了，所以，這個地方需要改進。我們改成下面這個：
public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (instance) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}似乎解決了之前提到的問題，將synchronized關鍵字加在了內部，也就是說當調用的時候是不需要加鎖的，只有在instance為null，并創建對象的時候才需要加鎖，性能有一定的提升。但是，這樣的情況，還是有可能有問題的，看下面的情況：在Java指令中創建對象和賦值操作是分開進行的，也就是說instance = new Singleton();語句是分兩步執行的。但是JVM并不保證這兩個操作的先后順序，也就是說有可能JVM會為新的Singleton實例分配空間，然后直接賦值給instance成員，然后再去初始化這個Singleton實例。這樣就可能出錯了，我們以A、B兩個線程為例：
①：A、B線程同時進入了第一個if判斷
②：A首先進入synchronized塊，由于instance為null，所以它執行instance = new Singleton();
③：由于JVM內部的優化機制，JVM先畫出了一些分配給Singleton實例的空白內存，并賦值給instance成員（注意此時JVM沒有開始初始化這個實例），然后A離開了synchronized塊。
④：B進入synchronized塊，由于instance此時不是null，因此它馬上離開了synchronized塊并將結果返回給調用該方法的程序。
⑥：此時B線程打算使用Singleton實例，卻發現它沒有被初始化，于是錯誤發生了。
所以程序還是有可能發生錯誤，其實程序在運行過程是很復雜的，從這點我們就可以看出，尤其是在寫多線程環境下的程序更有難度，有挑戰性。我們對該程序做進一步優化：
private static class SingletonFactory{ private static Singleton instance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return SingletonFactory.instance; }實際情況是，單例模式使用內部類來維護單例的實現，JVM內部的機制能夠保證當一個類被加載的時候，這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當我們第一次調用getInstance的時候，JVM能夠幫我們保證instance只被創建一次，并且會保證把賦值給instance的內存初始化完畢，這樣我們就不用擔心上面的問題。同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制，這樣就解決了低性能問題。這樣我們暫時總結一個完美的單例模式：
public class Singleton {/* 私有構造方法，防止被實例化 */private Singleton() {}/* 此處使用一個內部類來維護單例 */private static class SingletonFactory {private static Singleton instance = new Singleton();}/* 獲取實例 */public static Singleton getInstance() {return SingletonFactory.instance;}/* 如果該對象被用于序列化，可以保證對象在序列化前后保持一致 */public Object readResolve() {return getInstance();} }其實說它完美，也不一定，如果在構造函數中拋出異常，實例將永遠得不到創建，也會出錯。所以說，十分完美的東西是沒有的，我們只能根據實際情況，選擇最適合自己應用場景的實現方法。也有人這樣實現：因為我們只需要在創建類的時候進行同步，所以只要將創建和getInstance()分開，單獨為創建加synchronized關鍵字，也是可以的：
public class SingletonTest {private static SingletonTest instance = null;private SingletonTest() {}private static synchronized void syncInit() {if (instance == null) {instance = new SingletonTest();}}public static SingletonTest getInstance() {if (instance == null) {syncInit();}return instance;} }考慮性能的話，整個程序只需創建一次實例，所以性能也不會有什么影響。
public class SingletonTest {private static SingletonTest instance = null;private Vector properties = null;public Vector getProperties() {return properties;}private 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();} }?通過單例模式的學習告訴我們：
到這兒，單例模式基本已經講完了，結尾處，筆者突然想到另一個問題，就是采用類的靜態方法，實現單例模式的效果，也是可行的，此處二者有什么不同？
首先，靜態類不能實現接口。（從類的角度說是可以的，但是那樣就破壞了靜態了。因為接口中不允許有static修飾的方法，所以即使實現了也是非靜態的）
其次，單例可以被延遲初始化，靜態類一般在第一次加載是初始化。之所以延遲加載，是因為有些類比較龐大，所以延遲加載有助于提升性能。
再次，單例類可以被繼承，他的方法可以被覆寫。但是靜態類內部方法都是static，無法被覆寫。
最后一點，單例類比較靈活，畢竟從實現上只是一個普通的Java類，只要滿足單例的基本需求，你可以在里面隨心所欲的實現一些其它功能，但是靜態類不行。從上面這些概括中，基本可以看出二者的區別，但是，從另一方面講，我們上面最后實現的那個單例模式，內部就是用一個靜態類來實現的，所以，二者有很大的關聯，只是我們考慮問題的層面不同罷了。兩種思想的結合，才能造就出完美的解決方案，就像HashMap采用數組+鏈表來實現一樣，其實生活中很多事情都是這樣，單用不同的方法來處理問題，總是有優點也有缺點，最完美的方法是，結合各個方法的優點，才能最好的解決問題！
拓展：多例設計模式
單例設計模式只留下一個類的一個實例化對象，而多例設計模式，會定義出多個對象。例如：定義一個表示星期的操作類，這個類的對象只能有7個實例化對象（星期一 ~ 星期日）；定義一個表示性別的類，只能有2個實例化對象（男、女）；定義一個表示顏色的操作類，只能有3個實例化對象（紅、綠、藍）。這種情況下，這樣的類就不應該由用戶無限制地去創造實例化對象，應該只使用有限的幾個，這個就屬于多例設計模式。不管是單例設計模式還是多例設計模式，有一個核心不可動搖，即構造器方法私有化。
class Sex{private String title;private static final Sex MALE = new Sex("男");private static final Sex FEMALE = new Sex("女");private Sex(String title){ //構造器私有化this.title = title;}public String toString(){return this.title;}public static Sex getInstance(int ch){switch(ch){case 1:return MALE;case 2:return FEMALE;default:return null;}} }public class TestDemo{public static void main(String args[]){Sex sex = Sex.getInstance(2);System.out.println(sex);} }==========程序執行結果========= 女B、工廠方法模式（Factory Method）
工廠方法模式分為三種：
1、普通工廠模式，就是建立一個工廠類，對實現了同一接口的一些類進行實例的創建。首先看下關系圖：
舉例如下：（我們舉一個發送郵件和短信的例子）
首先，創建二者的共同接口：
public interface Sender {public void Send(); }其次，創建實現類：
public class MailSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is mailsender!");} } public class SmsSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is sms sender!");} }最后，建工廠類：
public class SendFactory {public Sender produce(String type) {if ("mail".equals(type)) {return new MailSender();} else if ("sms".equals(type)) {return new SmsSender();} else {System.out.println("請輸入正確的類型!");return null;}} }我們來測試下：
public class FactoryTest {public static void main(String[] args) {SendFactory factory = new SendFactory();Sender sender = factory.produce("sms");sender.Send();} }輸出：this is sms sender!
2、多個工廠方法模式，是對普通工廠方法模式的改進，在普通工廠方法模式中，如果傳遞的字符串出錯，則不能正確創建對象，而多個工廠方法模式是提供多個工廠方法，分別創建對象。關系圖：
將上面的代碼做下修改，改動下SendFactory類就行，如下：
public class SendFactory {public Sender produceMail(){return new MailSender();}public Sender produceSms(){return new SmsSender();} }測試類如下：
public class FactoryTest {public static void main(String[] args) {SendFactory factory = new SendFactory();Sender sender = factory.produceMail();sender.Send();} }輸出：this is mailsender!
3、靜態工廠方法模式，將上面的多個工廠方法模式里的方法置為靜態的，不需要創建實例，直接調用即可。
public class SendFactory {public static Sender produceMail(){return new MailSender();}public static Sender produceSms(){return new SmsSender();} } public class FactoryTest {public static void main(String[] args) { Sender sender = SendFactory.produceMail();sender.Send();} }輸出：this is mailsender!
總體來說，工廠模式適合：凡是出現了大量的產品需要創建，并且具有共同的接口時，可以通過工廠方法模式進行創建。在以上的三種模式中，第一種如果傳入的字符串有誤，不能正確創建對象，第三種相對于第二種，不需要實例化工廠類，所以，大多數情況下，我們會選用第三種——靜態工廠方法模式。
好處：客戶端不需要創建對象，明確了各個類的職責
缺點：該工廠類負責創建所有實例，如果有新的類加入，需要不斷的修改工廠類，不利于后期的維護
C、抽象工廠模式
工廠方法模式有一個問題就是，類的創建依賴工廠類，也就是說，如果想要拓展程序，必須對工廠類進行修改，這違背了閉包原則，所以，從設計角度考慮，有一定的問題，如何解決？就用到抽象工廠模式，創建多個工廠類，這樣一旦需要增加新的功能，直接增加新的工廠類就可以了，不需要修改之前的代碼。因為抽象工廠不太好理解，我們先看看圖，然后就和代碼，就比較容易理解。
請看例子：
public interface Sender {public void Send(); }兩個實現類：
public class MailSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is mailsender!");}} public class MailSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is mailsender!");}}在提供一個接口：
public interface Provider {public Sender produce();}?
兩個工廠類：
public class SendMailFactory implements Provider {@Overridepublic Sender produce(){return new MailSender();}} public class SendSmsFactory implements Provider{@Overridepublic Sender produce() {return new SmsSender();}}測試類：
public class Test {public static void main(String[] args) {Provider provider = new SendMailFactory();Sender sender = provider.produce();sender.Send();}}其實這個模式的好處就是，如果你現在想增加一個功能：發及時信息，則只需做一個實現類，實現Sender接口，同時做一個工廠類，實現Provider接口，就OK了，無需去改動現成的代碼。這樣做，拓展性較好！
好處：如果有新的類進來，只需要添加一個對應的具體工廠類，不影響現有代碼，增加了程序的擴展性
缺點：增加了代碼量
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java的二十三种设计模式（单例模式、工厂方法模式、抽象工厂模式）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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