單例模式、簡單工廠模式和抽象工廠模式初探

摘自《輕量級JavaEE企業(yè)應用開發(fā)》

【模式】是一條由三個部分組裝成的通用規(guī)則：它表示了一個特定環(huán)境、一類問題和一個解決方案之間的關系
【設計模式】是對于特定環(huán)境下，經常出現(xiàn)的的某類軟件開發(fā)問題的一種相對成熟的設計方案

單例模式

如果一個類始終只能創(chuàng)建一個實例，則稱這個類為單例類，這種模式就被稱為單例模式。
Spring推薦獎所有業(yè)務邏輯組件、DAO組件、數(shù)據(jù)源組件等配置為單例的行為方式，因為這些組件不需要保存任何用戶狀態(tài)，是所有客戶端都可以通用的組件

代碼實現(xiàn)
package com.singleton;

/**
 * 單例模式Demo
 * 《輕量級JavaEE企業(yè)應用實戰(zhàn)》 P727
 * 如果一個類始終只能創(chuàng)建一個實例，則這個類稱為單例類，這種模式稱為單例模式
 * Spring推薦獎所有業(yè)務邏輯組件、DAO組件、數(shù)據(jù)源組件等配置成單例的行為方式
 * @author Slience
 *
 */
class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton getInstance() {
        //如果instance等于null，證明還沒有創(chuàng)建過Singleton實例，為其創(chuàng)建Singleton實例
        //如果instance不等于null，說明已經創(chuàng)建過Singleton實例，
        //直接將這個Singleton返回即可，不必在new一個Singleton
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}
public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton s1 = Singleton.getInstance();
        Singleton s2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

單例模式主要有兩個優(yōu)勢

  • 減少創(chuàng)建Java實例所帶來的系統(tǒng)開銷。
  • 便于系統(tǒng)跟蹤單個Java實例的生命周期、實例狀態(tài)等。

簡單工廠模式

A實例調用B實例的方法，則稱A依賴于B
當A實例需要調用B實例的時候，有兩種方式可以實現(xiàn)：

  • 一種是使用new 關鍵字創(chuàng)建一個B實例，這種方式的缺點在于如果日后需求有變需要用C實例替代B實例，那么A實例中硬編碼耦合B實例就需要修改，如果有很多實例都用new B()的方式去調用B實例的方法，那么需要修改的地方將會很多。
  • A實例只需要調用B對象的方法，并不關心B對象的實現(xiàn)創(chuàng)建過程，所以我們可以讓B類實現(xiàn)了一個IB借口，A類只需要和IB接口耦合，A類不直接使用new關鍵字來創(chuàng)建B實例，而是重新定義一個IBFactory類，由該類來負責創(chuàng)建IB實例，A類只需要調用IBFactory工廠方法來得到IB實例。

使用后一種設計，可以讓A類和B類解除耦合，只需要和IB結構和IBFactory耦合，這樣當新需求來時C類可以去實現(xiàn)IB接口然后再IBFactory中修改創(chuàng)建IB實例的代碼，就可以實現(xiàn)新需求了，A類中不需要對代碼進行修改。
這種將多個類對象交給工廠類來生成的設計方式被稱為【簡單工廠模式】

代碼實現(xiàn)

假設程序用有一個Computer對象需要依賴一個輸出設備，可以讓Computer對象依賴一個Output（接口）屬性，再用Printer（實現(xiàn)輸出類）對象去實現(xiàn)Output接口，Computer從OutputFactory工廠類生成Printer從而讓Computer和Printer分離開來，日后如果有更好的實現(xiàn)輸出類BetterPrinter，那么直接修改OutputFactory代碼即可。
Computer類

package com.simplefactory;
/**
 * 《輕量級JavaEE企業(yè)應用實戰(zhàn) p728
 * Computer類可以通過Output接口打印內容，讓打印機類實現(xiàn)Output接口
 * Computer使用OutputFactory來獲取合適的打印機從而讓打印機類和電腦類解耦
 * 
 * 使用簡單工廠模式的優(yōu)勢是：讓對象的調用者和對象的創(chuàng)建過程分離，當對象調用者需要對象時，
 * 直接向工廠請求即可；從而避免了對象的調用者與對象的實現(xiàn)類以硬編碼方式耦合，
 * 以提高系統(tǒng)的可維護性、可拓展性。
 * 工廠模式也有一個小小的缺陷：當產品修改是，工廠類也要做相應的修改
 * @author Slience
 *
 */
public class Computer {
    private Output out;
    public Computer(Output out) {
        this.out = out;
    }
    //定義一個模擬獲取字符串輸入的方法
    public void keyIn(String msg) {
        out.getDate(msg);
    }
    //定義一個模擬打印的方法
    public void print() {
        out.out();
    }
    public static void main(String[] args) {
        OutputFactory factory = new OutputFactory();
        //通過工廠類獲取output對象
        //Computer和factory硬編碼而不和output實現(xiàn)類耦合，這樣修改到另一個實現(xiàn)類的時候
        //只需要修改factory中的getOutput方法即可
        Computer computer = new Computer(factory.getOutput());
        computer.keyIn("Hello World");
        computer.keyIn("Slience");
        computer.print();
    }
}

Output輸出接口

package com.simplefactory;

public interface Output {

    //默認的打印隊列大小
    final static int MAX_CACHE_LINE = 1; 
    
    void getDate(String msg);

    void out();

}

之后用Printer去實現(xiàn)Output

package com.simplefactory;

public class Printer implements Output {

    private String[] printData = new String[MAX_CACHE_LINE];
    //用以記錄當前需要打印的作業(yè)數(shù)
    private int dataNum = 0;
    
    @Override
    public void getDate(String msg) {
        // TODO Auto-generated method stub
        if(dataNum >= MAX_CACHE_LINE) {
            System.out.println("輸出隊列已滿，添加失敗");
        } else {
            printData[dataNum++] = msg;
        }
        
    }

    @Override
    public void out() {
        // TODO Auto-generated method stub
        while(dataNum > 0) {
            System.out.println("打印機打印:" + printData[0]);
            //將原數(shù)組第二個到--dataNum個元素前移一位
            System.arraycopy(printData, 1, printData, 0, --dataNum);
        }
    }

}

創(chuàng)建Output對象都通過OutputFactory工廠類去創(chuàng)建

package com.simplefactory;

public class OutputFactory {
    public Output getOutput() {
        
        return new Printer();
        //換了新的打印機之后就可以打印兩行了
        //return new BetterPrinter();
    }
}

當我們運行起Computer的時候會輸出

輸出隊列已滿，添加失敗
打印機打印:Hello World

如果此時來了一個更好地Output實現(xiàn)類——BetterPrinter，他能夠打印原大小兩倍的數(shù)據(jù)量

package com.simplefactory;

public class BetterPrinter implements Output {

    private String[] printData = new String[MAX_CACHE_LINE * 2];
    //用以記錄當前需要打印的作業(yè)數(shù)
    private int dataNum = 0;
    
    @Override
    public void getDate(String msg) {
        // TODO Auto-generated method stub
        if(dataNum >= MAX_CACHE_LINE * 2) {
            System.out.println("輸出隊列已滿，添加失敗");
        } else {
            printData[dataNum++] = msg;
        }
        
    }

    @Override
    public void out() {
        // TODO Auto-generated method stub
        while(dataNum > 0) {
            System.out.println("打印機打印:" + printData[0]);
            //將原數(shù)組第二個到--dataNum個元素前移一位
            System.arraycopy(printData, 1, printData, 0, --dataNum);
        }
    }

}

我們想要給Computer換上新的Output的話，只需要在OutputFactory中修改為return new BetterPrinter()即可，Computer不需要做任何的改變。但是這樣還是有一個小小的缺點，那就是當產品修改時，工廠類也要做相應的修改。
在Spring中可以通過配置XML來實現(xiàn)工廠類的修改

工廠模式

和簡單工廠模式很像，只不過新增了一個OutputFactory接口和BetterPrinterFactory和PrinterFactory工廠類，這樣做的好處在于不同的工廠生產不同的對象，工廠實現(xiàn)類不需要對邏輯進行判斷，邏輯判斷可以在OutputFactoryFactory類中進行，OutputFactoryFactory類是用來根據(jù)需要生成不同的實現(xiàn)了OutputFactory接口的工廠類的類。

代碼實現(xiàn)

Output接口不變，新增OutputFactory接口

package com.factory;

public interface OutputFactory {
    Output getOutput();
}

還有其實現(xiàn)類OutputFactoryFactory

package com.factory;

public class OutputFactoryFactory {
    public static OutputFactory getOutputFactory(String type) {
        //不考慮大小寫
        if(type.equalsIgnoreCase("better")) {
            return new BetterPrinterFactory();
        } else {
            return new PrinterFactory();
        }
    }
}

之后創(chuàng)建BetterPrinterFactory和PrinterFactory工廠實現(xiàn)類，PrintFactory和BetterPrinterFactory只是兩者返回的對象不同。

package com.factory;

public class BetterPrinterFactory implements OutputFactory {

    @Override
    public Output getOutput() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return new BetterPrinter();
        //如果是PrinterFactory返回的就是
        //return new Printer();
    }
    
}

在Computer中通過對OutputFactoryFactory傳入不同的參數(shù)來獲取不同的Factory類，再通過不同的工廠類來創(chuàng)建不同的對象

package com.factory;
/**
 * 《輕量級JavaEE企業(yè)應用實戰(zhàn) p737
 * 
 * 
 * 
 * @author Slience
 *
 */
public class Computer {
    private Output out;
    public Computer(Output out) {
        this.out = out;
    }
    //定義一個模擬獲取字符串輸入的方法
    public void keyIn(String msg) {
        out.getDate(msg);
    }
    //定義一個模擬打印的方法
    public void print() {
        out.out();
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        //工廠的工廠
        OutputFactory factory = OutputFactoryFactory.getOutputFactory("better");
        //通過工廠類獲取output對象
        //Computer和factory硬編碼而不和output實現(xiàn)類耦合，這樣修改到另一個實現(xiàn)類的時候
        //只需要修改factory中的getOutput方法即可
        Computer computer = new Computer(factory.getOutput());
        computer.keyIn("Hello World");
        computer.keyIn("Slience");
        computer.print();
    }
}
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