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概述
设计模式可以做到经验复用
创建型单例（Singleton）
一个类只有一个实例
1. 懒汉式(线程不安全)
什么时候用到这个实例对象，什么时候创建，节约资源
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}缺点：存在并发安全问题，如果多个线程能够同时进入 if (instance == null) ，并且此时 instance 为 null，那么会有多个线程执行 instance = new Singleton(); 语句，这将导致实例化多次 instance
2. 懒汉式(线程安全)
对getInstance方法加锁，此时，在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，所以安全
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
缺点：效率低，当一个线程进入该方法之后，其它试图进入该方法的线程都必须等待，即使 instance 已经被实例化了。这会让线程阻塞时间过长，因此该方法有性能问题，不推荐使用
3. 饿汉式(线程安全)
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton () {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
缺点：有可能会浪费资源，不管需不需要直接实例化对象，浪费资源
4. 静态内部类
既能保证并发安全，又能保证效率。内部类只加载一次，剩下的要在调用getInstance方法时才会在加载。
public class Singleton {
// 静态内部类
private static class SingletonHolder {
// 静态常量---外部类对象，在声明时进行初始化
private static final Singleton INSTSNCE = new Singleton();
}
private Singleton() {}
public static final Singleton getInstance() {
// 返回内部类中的静态常量(外部类对象)
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
1. 没有并发安全问题，因为外部类对象的创建是在内部类加载时创建，然而类只加载一次，不存在并发安全问题。
2. 可以保证效率，只有我们在调用getInstance方法时，内部类才会加载，可以实现懒加载(lazy-load)
5. 双重校验锁
给变量加volatile，然后在实例化为null时，给这个类加锁，加完锁在判断实例对象是否为null,在实例化
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton () {}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}volatile关键字的意义：
1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
2)禁止进行指令重排序：
instance = new Singleton();这段代码其实是分为三步执行：
1.为 instance 分配内存空间
2.初始化 instance
3.将 instance 指向分配的内存地址
但是由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1>3>2。
指令重排在单线程环境下不会出现问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，因此返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。
使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
6. 枚举实现
public enum Singleton {
INSTANCE;
private String objName;
public String getObjName() {
return objName;
}
public void setObjName(String objName) {
this.objName = objName;
}
public static void main(String[] args) {
// 单例测试
Singleton firstSingleton = Singleton.INSTANCE;
firstSingleton.setObjName("firstName");
System.out.println(firstSingleton.getObjName());
Singleton secondSingleton = Singleton.INSTANCE;
secondSingleton.setObjName("secondName");
System.out.println(firstSingleton.getObjName());
System.out.println(secondSingleton.getObjName());
// 反射获取实例测试
try {
Singleton[] enumConstants = Singleton.class.getEnumConstants();
for (Singleton enumConstant : enumConstants) {
System.out.println(enumConstant.getObjName());
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
firstName
secondName
secondName
secondName该实现可以防止反射攻击。在其它实现中，通过 setAccessible() 方法可以将私有构造函数的访问级别设置为 public，然后调用构造函数从而实例化对象，如果要防止这种攻击，需要在构造函数中添加防止多次实例化的代码。该实现是由 JVM 保证只会实例化一次，因此不会出现上述的反射攻击。
该实现在多次序列化和序列化之后，不会得到多个实例。而其它实现需要使用 transient 修饰所有字段，并且实现序列化和反序列化的方法。
简单工厂（Simple Factory）
在简单工厂中，创建对象的是另一个类
在创建一个对象时不向客户暴露内部细节，并提供一个创建对象的通用接口。
简单工厂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具体子类来实例化。
public interface Product {
}
public class ConcreteProduct implements Product {
}
public class ConcreteProduct1 implements Product {
}
public class ConcreteProduct2 implements Product {
}以下的 Client 类包含了实例化的代码，这是一种错误的实现。如果在客户类中存在这种实例化代码，就需要考虑将代码放到简单工厂中。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
int type = 1;
Product product;
if (type == 1) {
product = new ConcreteProduct1();
} else if (type == 2) {
product = new ConcreteProduct2();
} else {
product = new ConcreteProduct();
}
}
}以下的 SimpleFactory 是简单工厂实现，它被所有需要进行实例化的客户类调用。
public class SimpleFactory {
public Product createProduct(int type) {
if (type == 1) {
return new ConcreteProduct1();
} else if (type == 2) {
return new ConcreteProduct2();
}
return new ConcreteProduct();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
Product product = simpleFactory.createProduct(1);
// do something with the product
}
}工厂方法（Factory Method）
工厂方法中，是由子类来创建对象
在父类写一个抽象方法。其他子类都继承父类重写方法，构建实例时，用的是其子类
public abstract class Factory {
abstract public Product factoryMethod();
public void doSomething() {
Product product = factoryMethod();
}
}
public class ConcreteFactory extends Factory {
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct();
}
}
public class ConcreteFactory1 extends Factory {
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct1();
}
}
public class ConcreteFactory2 extends Factory {
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct2();
}
}
抽象工厂（Abstract Factory）
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。
而工厂方法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。
抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象，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，这符合工厂方法模式的定义。
public class AbstractProductA {
}
public class AbstractProductB {
}
public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}
public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}
public class ProductB1 extends AbstractProductB {
}
public class ProductB2 extends AbstractProductB {
}
public abstract class AbstractFactory {
abstract AbstractProductA createProductA();
abstract AbstractProductB createProductB();
}
public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
AbstractProductA createProductA() {
return new ProductA1();
}
AbstractProductB createProductB() {
return new ProductB1();
}
}
public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
AbstractProductA createProductA() {
return new ProductA2();
}
AbstractProductB createProductB() {
return new ProductB2();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB();
// do something with productA and productB
}
}
生成器（Builder）
封装一个对象的构造过程，并允许按步骤构造。
StringBuilder 实现原理
public class AbstractStringBuilder {
protected char[] value;
protected int count;
public AbstractStringBuilder(int capacity) {
count = 0;
value = new char[capacity];
}
public AbstractStringBuilder append(char c) {
ensureCapacityInternal(count + 1);
value[count++] = c;
return this;
}
private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) {
// overflow-conscious code
if (minimumCapacity - value.length > 0)
expandCapacity(minimumCapacity);
}
void expandCapacity(int minimumCapacity) {
int newCapacity = value.length * 2 + 2;
if (newCapacity - minimumCapacity < 0)
newCapacity = minimumCapacity;
if (newCapacity < 0) {
if (minimumCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
newCapacity = Integer.MAX_VALUE;
}
value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);
}
}
public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {
public StringBuilder() {
super(16);
}
@Override
public String toString() {
// Create a copy, don't share the array
return new String(value, 0, count);
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
StringBuilder sb = new StringBuilder();
final int count = 26;
for (int i = 0; i < count; i++) {
sb.append((char) ('a' + i));
}
System.out.println(sb.toString());
}
}
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz
原型模式（Prototype）
原型实例指定要创建对象的类型，通过复制这个原型来创建新对象
克隆原理
public abstract class Prototype {
abstract Prototype myClone();
}
public class ConcretePrototype extends Prototype {
private String filed;
public ConcretePrototype(String filed) {
this.filed = filed;
}
@Override
Prototype myClone() {
return new ConcretePrototype(filed);
}
@Override
public String toString() {
return filed;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Prototype prototype = new ConcretePrototype("abc");
Prototype clone = prototype.myClone();
System.out.println(clone.toString());
}
}
abc
装饰者模型（Decorator）
类应该对扩展开放，对修改关闭：也就是添加新功能时不需要修改代码。
不可能把所有的类设计成都满足这一原则，应当把该原则应用于最有可能发生改变的地方。
public interface Beverage {
double cost();
}
public class DarkRoast implements Beverage {
@Override
public double cost() {
return 1;
}
}
public class HouseBlend implements Beverage {
@Override
public double cost() {
return 1;
}
}
public abstract class CondimentDecorator implements Beverage {
protected Beverage beverage;
}
public class Milk extends CondimentDecorator {
public Milk(Beverage beverage) {
this.beverage = beverage;
}
@Override
public double cost() {
return 1 + beverage.cost();
}
}
public class Mocha extends CondimentDecorator {
public Mocha(Beverage beverage) {
this.beverage = beverage;
}
@Override
public double cost() {
return 1 + beverage.cost();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Beverage beverage = new HouseBlend();
beverage = new Mocha(beverage);
beverage = new Milk(beverage);
System.out.println(beverage.cost());
}
}
代理（Proxy）
代理有以下四类：
远程代理（Remote Proxy）：控制对远程对象（不同地址空间）的访问，它负责将请求及其参数进行编码，并向不同地址空间中的对象发送已经编码的请求。
虚拟代理（Virtual Proxy）：根据需要创建开销很大的对象，它可以缓存实体的附加信息，以便延迟对它的访问，例如在网站加载一个很大图片时，不能马上完成，可以用虚拟代理缓存图片的大小信息，然后生成一张临时图片代替原始图片。
保护代理（Protection Proxy）：按权限控制对象的访问，它负责检查调用者是否具有实现一个请求所必须的访问权限。
智能代理（Smart Reference）：取代了简单的指针，它在访问对象时执行一些附加操作：记录对象的引用次数；当第一次引用一个对象时，将它装入内存；在访问一个实际对象前，检查是否已经锁定了它，以确保其它对象不能改变它。
以下是一个虚拟代理的实现，模拟了图片延迟加载的情况下使用与图片大小相等的临时内容去替换原始图片，直到图片加载完成才将图片显示出来。
public interface Image {
void showImage();
}
public class HighResolutionImage implements Image {
private URL imageURL;
private long startTime;
private int height;
private int width;
public int getHeight() {
return height;
}
public int getWidth() {
return width;
}
public HighResolutionImage(URL imageURL) {
this.imageURL = imageURL;
this.startTime = System.currentTimeMillis();
this.width = 600;
this.height = 600;
}
public boolean isLoad() {
// 模拟图片加载，延迟 3s 加载完成
long endTime = System.currentTimeMillis();
return endTime - startTime > 3000;
}
@Override
public void showImage() {
System.out.println("Real Image: " + imageURL);
}
}
public class HighResolutionImage implements Image {
private URL imageURL;
private long startTime;
private int height;
private int width;
public int getHeight() {
return height;
}
public int getWidth() {
return width;
}
public HighResolutionImage(URL imageURL) {
this.imageURL = imageURL;
this.startTime = System.currentTimeMillis();
this.width = 600;
this.height = 600;
}
public boolean isLoad() {
// 模拟图片加载，延迟 3s 加载完成
long endTime = System.currentTimeMillis();
return endTime - startTime > 3000;
}
@Override
public void showImage() {
System.out.println("Real Image: " + imageURL);
}
}
public class ImageViewer {
public static void main(String[] args) throws Exception {
String image = "http://image.jpg";
URL url = new URL(image);
HighResolutionImage highResolutionImage = new HighResolutionImage(url);
ImageProxy imageProxy = new ImageProxy(highResolutionImage);
imageProxy.showImage();
}
}面试：
使用工厂模式最主要的好处是什么？在哪里使用？
a. 可以降低代码重复，如果创建对象的过程很复杂或者创建过程中需要大量的代码去是实现，那么此时就可以把这个创建对象的过程整合到工厂模式中，既方便代码的重复使用也有利于以后代码的修改和维护（虽然构造方法也能做到这样的事，但是不符合java的设计规则），
b. 另外工厂模式管理了对象的创建逻辑，也就是说对于工厂模式我只需要知道怎么去用的不需要理会怎么创建出来的，如果还要理会创建的逻辑还可能导致因创建逻辑出错导致创建对象不成功，可以进行解耦，将对象的创建以及使用分开
1.对象的创建过程/实例化准备工作很复杂，需要初始化很多参数、查询数据库等。
2.类本身有好多子类，这些类的创建过程在业务中容易发生改变，或者对类的调用容易发生改变。
