【Java】设计模式之单例模式与工厂模式

✅作者简介：热爱后端语言的大学生，CSDN内容合伙人
✨精品专栏：C++面向对象
🔥系列专栏：JavaSE精品总结

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  前言

国庆节快乐！今天家里的风很凉爽，就好像在为国庆而欢呼！与此同时我决定把Java的设计模式总结一番，为以后能够书写清晰的项目结构打下基础。

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1、设计模式概念及分类

简单来说设计模式是被广大程序员们总结并认可的编码套路，其中最常用的莫过于单例模式与工厂模式，而单例模式也有更加细的分类，一起来学习一下这些模式的用法和特点吧。

2、单例模式

• 一个类只能被实例化出来一个对象

2.1、饿汉式

• 无论如何，都会创建出来一个对象
• 思路：
  在类中直接实例化一个用来返回的对象，再为外界提供一个获取该对象的方法
• 缺点：有可能造成空间浪费

代码解释：

/**
 * 单例模式-饿汉式
 */
public class ClassA {
    //唯一的、全局的、私有的、用来返回的对象实例
   private static ClassA ca=new ClassA();

    //方法：用来被外界调用，从而获取该类的唯一实例
    //static：为了使外界直接通过类名调用该方法
    public static ClassA getClassA(){
        return ca;
    }

   //私有化构造：避免外界通过构造创建该类的对象
   private ClassA(){}

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ClassA ca1=ClassA.getClassA();
        ClassA ca2=ClassA.getClassA();
        System.out.println(ca1==ca2);//true
    }
}
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相当于类加载，ca1和ca2都是类对象，为同一个对象，要与类的对象有所区分。

2.2、懒汉式

• 思路：只有当需要创建唯一实例时，才会在对应方法中进行实例化
  • 使用synchronized来同步方法
• 缺点：同步方法效率太慢，线程效率低

代码解释：

/**
 * 单例模式-懒汉式
 */
public class ClassB {
    //声明用来返回的对象引用
    private static ClassB cb=null;

    //synchronized:避免线程安全问题
    public synchronized static ClassB getClassB(){
        if (cb==null){//非空判断，避免重复创建
            cb=new ClassB();
        }
        return cb;
    }

    //私有化构造
    private ClassB(){}
}
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这里利用了synchronized来防止重复创建实例化对象：如果事先没有创建，那就新创建，不会浪费空间。

2.2.1、懒汉式进阶版

• 思路：在保证线程安全的基础上，最大程度提高线程效率
• 使用synchronized来同步代码块

代码演示：

/**
 * 单例模式-懒汉式进阶版
 */
public class ClassB2 {
    //声明用来返回的对象引用
    private static ClassB2 cb=null;

    //synchronized:避免线程安全问题
    public static ClassB2 getClassB2(){
        if (cb==null){//非空判断，避免重复创建
            synchronized (ClassB2.class){
                if (cb==null){//二次校验，如果出现了线程安全问题，最大程度保证数据安全
                    cb=new ClassB2();
                }
            }
        }
        return cb;
    }

    //私有化构造
    private ClassB2(){}
}
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同步代码块会使程序运行效率提升，因为此时只需时间片就可以执行此线程。

2.2.2、懒汉式之懒加载

• 思路：在懒汉式的基础上，将获取自己类实例的任务交给静态内部类完成

public class ClassC {
    //声明用来返回的对象引用
    private static ClassC cc=null;

    //静态内部类：获取ClassC的唯一实例
    private static class ClassC2{
        //synchronized:避免线程安全问题
        public static ClassC get(){
            if (cc==null){//非空判断，避免重复创建
                synchronized (ClassC.class){
                    if (cc==null){//二次校验，如果出现了线程安全问题，最大程度保证数据安全
                        cc=new ClassC();
                    }
                }
            }
            return cc;
        }
    }

    public static ClassC getClassC(){
        return  ClassC2.get();
    }
    
    //私有化构造
    private ClassC(){}
}
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这种方式效果跟懒汉式的进阶类似，只不过是将加载交给了静态内部类，效率更高。

3、工厂模式

特点：

• 常用于框架
• 自身不再直接创建对象，交给 “工厂” 完成，需要对象时直接调用工厂的指定方法获取

步骤：

1. 书写实体类，用来构建对象
2. 书写.properties配置文件，存放工厂使用反射时需要的类信息
3. 书写工厂类，创建对象
4. 书写测试类

用一个实例演示：

3.1、书写实体类

public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private double score;
    
    //此处省略getter与setter方法

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age, double score) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.score = score;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                ", score=" + score +
                '}';
    }
}
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3.2、新建配置文件.properties

1. 右键项目名创建一个后缀名为.properties的配置文件
2. 文件内容：
   • 键（自定义）=值（类的全限定名）
   • 例如：StudentClassName=com.bz.entity.Student
3. 结构特点：
   1. 键不可重复
   2. 等号左右无双引号
   3. 整条语句不要存在多余空格
   4. 末尾无分号
   5. 一行只能有一个键值对

3.3、书写工厂类并创建对象

/**
 * 工厂类
 */
public class MyFactory {
    //书写获取Student实例的方法
    //static：方便直接通过类名调用
    public static Student getStudent(){
        Student stu=null;
        try (
                //创建字节输入流对象
                FileInputStream fis = new FileInputStream("Factory.properties");
                //添加缓冲流
                BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis);
        ) {
            //创建用来接收配置文件信息的Properties集合
            Properties p = new Properties();
            //通过load方法将配置文件读取值集合中
            p.load(bis);
            //获取全限定名
            String str= p.getProperty("StudentClassName");
            //获取类对象
            Class c = Class.forName(str);
            //利用无参构造构建类的对象
            stu=(Student) c.newInstance();

        }catch (FileNotFoundException e){
            System.out.println("文件路径不正确");
        }catch (IOException e){
            System.out.println("读取失败");
        }catch (Exception e){
            System.out.println("未知异常！");
            e.printStackTrace();
        }

        return stu;
    }
}
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3.4、对工厂类测试

public class TestMyFactory {
    public static void main(String[] args) {
        //利用工厂获取学生对象
        Student stu = MyFactory.getStudent();
        stu.setName("张三");
        stu.setAge(20);
        stu.setScore(78);
        System.out.println(stu);
    }
}
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到这里有关设计模式单例模式与工厂模式就分享结束了，最后祝大家国庆节high起来，心情愉快！