【模块四】设计模式篇基础篇☞参考答案
一、什么是设计模式
模式：在某些场景下，针对某类问题的某种通用的解决方案。 设计模式（Design Pattern）是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。 使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。
二、设计原则
1．开闭原则 ：对扩展开放，对修改关闭
2.里氏替换原则 ：一个可以接受基类对象的地方必然可以接受一个子类对象--告诉我们不要破坏继承体系
3.依赖倒置原则： 针对于接口编程，依赖于抽象而不依赖于具体告诉我们要面向接口编程
4.单一职责原则 ：实现类要职责单一
5.接口隔离原则： 使用多个隔离的接口取代一个统一的接口。降低类与类之间的耦合度--设计接口时要精简单一，降低耦合性
6.迪米特法则（最少知道原则） ：一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用，使得系统功能模块相对独立--降低耦合性
7.合成复用原则： 应该尽量多使用组合和聚合关联关系，尽量少使用甚至不使用继承关系
三、设计模式分类
- 根据目的来分三大类 A.创建型模式：5个 B.结构型模式：7个 C.行为型模式：11个 A.创建型模式：对象实例化的模式，创建型模式用于解耦对象的实例化过程 1.单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。 2.原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。 3.工厂方法（FactoryMethod）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。 4.抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。 5.建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。 除了工厂方法模式属于类创建型模式，其他的全部属于对象创建型模式
B.结构型模式：把类或对象结合在一起形成一个更大的结构 分为类结构型模式和对象结构型模式，前者采用继承机制来组织接口和类，后者釆用组合或聚合来组合对象 1.代理（Proxy）模式：为某对象提供一种代理以控制对该对象的访问。即客户端通过代理间接地访问该对象，从而限制、增强或修改该对象的一些特性。 2.适配器（Adapter）模式：将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口，使得原本由于接口不兼容而不能一起工作的那些类能一起工作。 3.桥接（Bridge）模式：将抽象与实现分离，使它们可以独立变化。它是用组合关系代替继承关系来实现的，从而降低了抽象和实现这两个可变维度的耦合度。 4.装饰（Decorator）模式：动态地给对象增加一些职责，即增加其额外的功能。 5.外观（Facade）模式：为多个复杂的子系统提供一个一致的接口，使这些子系统更加容易被访问。 6.享元（Flyweight）模式：运用共享技术来有效地支持大量细粒度对象的复用。 7.组合（Composite）模式：将对象组合成树状层次结构，使用户对单个对象和组合对象具有一致的访问性。 除了适配器模式分类结构型模式和对象结构型模式两种，其他的全部属于对象结构型模式
C.行为型模式：类和对象如何交互，及划分责任和算法 1.模板方法模式：定义一个操作中的算法骨架，而将算法的一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变该算法结构的情况下重定义该算法的某些特定步骤。 2.策略模式：定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换，且算法的改变不会影响使用算法的客户。 3.命令模式：将一个请求封装为一个对象，使发出请求的责任和执行请求的责任分割开。 4.职责链模式：把请求从链中的一个对象传到下一个对象，直到请求被响应为止。通过这种方式去除对象之间的耦合。 5.状态模式：允许一个对象在其内部状态发生改变时改变其行为能力。 6.观察者模式：多个对象间存在一对多关系，当一个对象发生改变时，把这种改变通知给其他多个对象，从而影响其他对象的行为。 7.中介者模式：定义一个中介对象来简化原有对象之间的交互关系，降低系统中对象间的耦合度，使原有对象之间不必相互了解。 8.迭代器模式：提供一种方法来顺序访问聚合对象中的一系列数据，而不暴露聚合对象的内部表示。 9.访问者模式：在不改变集合元素的前提下，为一个集合中的每个元素提供多种访问方式，即每个元素有多个访问者对象访问。 10.备忘录模式：在不破坏封装性的前提下，获取并保存一个对象的内部状态，以便以后恢复它。 11.解释器模式：提供如何定义语言的文法，以及对语言句子的解释方法，即解释器。 根据作用范围来分两类： 类模式和对象模式 23中设计模式分类表
四、设计模式在实际开发中的应用 1.工厂方法 典型的例子有spring与mybatis的结合 spring会在使用getBean()调用获得该bean时，会自动调用该bean的getObject()方法，所以返回的不是factory这个bean，而是这个bean.getOjbect()方法的返回值 2.Spring单例模式 Spring框架加载bean的时候，默认是单例模式，scope="singleton" AbstractBeanFactory--getBean()中调用doGetBean()中调用getSingleton(beanName);本质上使用的是单例模式的双重检查的那种实现方式
3.原型模式 scope="prototype"
4.Spring AOP中的代理模式 java中有静态代理、JDK动态代理、CGLib动态代理的方式。 静态代理指的是代理类是在编译期就存在的， 相反动态代理则是在程序运行期动态生成的 。 5.Spring MVC中的适配器模式 在Spring MVC中，DispatcherServlet 根据请求信息调用 HandlerMapping，解析请求对应的 Handler。解析到对应的 Handler（也就是我们平常说的 Controller 控制器）后，开始由HandlerAdapter 适配器处理。HandlerAdapter 作为期望接口，具体的适配器实现类用于对目标类进行适配，Controller 作为需要适配的类。
6.模板方法模式 Spring 中 jdbcTemplate、hibernateTemplate 等以 Template 结尾的对数据库操作的类，它们就使用到了模板模式
五、单例模式多种实现方式 1、简介 单例模式是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。 许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。 2、基本的实现思路 单例模式要求类能够有返回对象一个引用(永远是同一个)和一个获得该实例的方法（必须是静态方法，通常使用getInstance这个名称）。 单例的实现主要是通过以下两个步骤： 1.将该类的构造方法定义为私有方法，这样其他处的代码就无法通过调用该类的构造方法来实例化该类的对象，只有通过该类提供的静态方法来得到该类的唯一实例； 2.在该类内提供一个静态方法，当我们调用这个方法时，如果类持有的引用不为空就返回这个引用，如果类保持的引用为空就创建该类的实例并将实例的引用赋予该类保持的引用。 3、注意事项 单例模式在多线程的应用场合下必须小心使用。如果当唯一实例尚未创建时，有两个线程同时调用创建方法，那么它们同时没有检测到唯一实例的存在，从而同时各自创建了一个实例，这样就有两个实例被构造出来，从而违反了单例模式中实例唯一的原则。 解决这个问题的办法是为指示类是否已经实例化的变量提供一个互斥锁(虽然这样会降低效率)。
4、特点：
1.单例类只能有一个实例—>类构造器私有
2.单例类必须自己创建自己的唯一实例
3.单例类必须给所有其他对象提供这一实例-->静态方法
5、单例模式的八种写法 ①、饿汉式（静态常量）[可用] public class Singleton { private final static Singleton INSTANCE = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return INSTANCE; } } 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费。 ②、饿汉式（静态代码块）[可用] public class Singleton { private static Singleton instance; static { instance = new Singleton(); } private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return instance; } } 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。 ③、懒汉式(线程不安全)[不可用] public class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } } 这种写法起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。 ④、懒汉式(线程安全，同步方法)[不推荐用] public class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton() {} public static synchronized Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } } 解决上面第三种实现方式的线程不安全问题，做个线程同步就可以了，于是就对getInstance()方法进行了线程同步。 缺点：效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低要改进。 ⑤、懒汉式(线程安全，同步代码块)[不可用] public class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { singleton = new Singleton(); } } return singleton; } } 由于第四种实现方式同步效率太低，所以摒弃同步方法，改为同步产生实例化的的代码块。但是这种同步并不能起到线程同步的作用。跟第3种实现方式遇到的情形一致，假如一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。 ⑥、双重检查[推荐用**] public class Singleton { private static volatile Singleton singleton; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } } Double-Check概念对于多线程开发者来说不会陌生，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (singleton == null)，直接return实例化对象。 优点：线程安全；延迟加载；效率较高。 ⑦、静态内部类[推荐用] public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonInstance { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonInstance.INSTANCE; } } 这种方式跟饿汉式方式采用的机制类似，但又有不同。两者都是采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。不同的地方在饿汉式方式是只要Singleton类被装载就会实例化，没有Lazy-Loading的作用，而静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。 优点：避免了线程不安全，延迟加载，效率高。 ⑧、枚举[推荐用] public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { } } 借助JDK1.5中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。可能是因为枚举在JDK1.5中才添加，所以在实际项目开发中，很少见人这么写过。 优点 系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能。 缺点 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用new，可能会给其他开发人员造成困扰，特别是看不到源码的时候。 适用场合 需要频繁的进行创建和销毁的对象； 创建对象时耗时过多或耗费资源过多，但又经常用到的对象； 工具类对象； 频繁访问数据库或文件的对象。
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