Java设计模式详解：23种模式与六大原则

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"Java的23种设计模式是软件开发中的重要概念，它们代表了在面向对象编程中经常遇到的问题的常见解决方案。设计模式不是具体的代码或库，而是经过验证的、可复用的设计策略，旨在提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。这些模式通常分为创建型、结构型和行为型三类。" 创建型模式包括： 1. 工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。使得代码可以使用抽象而不是具体类。 2. 抽象工厂模式：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需指定它们的具体类。 3. 单例模式：确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 4. 建造者模式：将复杂对象的构建与其表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。 5. 原型模式：通过复制已有对象来创建新对象，避免了复杂的构造过程。结构型模式涉及如何组合类和对象以创建更大的结构： 1. 适配器模式：将两个不兼容的接口转换为彼此兼容，允许不同接口的对象一起工作。 2. 装饰器模式：动态地给一个对象添加一些额外的职责，保持接口不变。 3. 代理模式：为其他对象提供一种代理以控制对这个对象的访问。 4. 外观模式：提供一个简单的接口，用于与一个复杂的子系统交互。 5. 桥接模式：将抽象部分与它的实现部分分离，使它们可以独立变化。 6. 组合模式：允许你将对象组合成树形结构来表现“部分-整体”的层次结构。 7. 享元模式：减少创建对象的数量，共享那些具有大量相同状态的对象。行为型模式关注对象之间的通信和行为： 1. 策略模式：定义一系列算法，并将每个算法封装起来，使其可以相互替换。让算法独立于使用它的客户。 2. 模板方法模式：定义一个操作中的算法骨架，而将一些步骤延迟到子类中，使得子类可以不改变一个算法的结构即可重定义该算法的某些特定步骤。 3. 观察者模式：定义对象之间的一对多依赖关系，当一个对象的状态改变时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新。 4. 迭代子模式：提供一种方法顺序访问聚合对象的元素，而又不暴露其底层表示。 5. 责任链模式：将请求沿着处理者链传递，直到有处理者处理为止，实现发送者和接收者解耦。 6. 命令模式：将请求封装为一个对象，以便使用不同的请求、队列请求或记录请求。 7. 备忘录模式：在不破坏封装性的前提下，捕获一个对象的内部状态，并在该对象之外保存这个状态，以便以后恢复对象的先前状态。 8. 状态模式：允许对象在其内部状态改变时改变它的行为，对象看起来似乎修改了它的类。 9. 访问者模式：表示一个作用于某对象结构中的各元素的操作，它可以在不改变各元素的类的前提下定义作用于这些元素的新操作。 10. 中介者模式：用一个中介对象来封装一系列的对象交互，中介者使各对象不需要显式地相互引用，从而使其耦合松散，而且可以独立地改变它们之间的交互。 11. 解释器模式：定义一个语言的文法，并提供一个解释器，用于解释该语言中的句子。设计模式的六大原则是软件设计的基础： 1. 开闭原则：软件实体（类、模块、函数等）应对扩展开放，对修改关闭。 2. 里氏代换原则：子类必须能够替换掉它们的基类，而不影响程序的正确性。 3. 依赖倒置原则：依赖于抽象而不是具体实现，高层次的模块不应该依赖于低层次的模块，两者都应该依赖于抽象。 4. 接口隔离原则：客户端不应该被迫依赖于它不需要的接口，应该将接口拆分成更小的接口，客户端只依赖它需要的。 5. 迪米特法则（最少知识原则）：一个对象应该对其他对象有最少的了解，只和朋友交流，不和陌生人说话。 6. 合成复用原则：尽量使用对象组合/聚合，而不是继承来达到复用的目的。设计模式的运用可以提升代码质量，遵循设计原则可以使系统更加灵活、可扩展且易于维护。在实际项目中，理解和应用这些模式是成为优秀软件工程师的关键步骤。通过理论学习和实践，我们可以更好地掌握这些模式，并在解决问题时选择最合适的模式，以实现高效、可靠的软件设计。

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20. return instance;

21. }

22.}

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，

肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对 getInstance 方法加 synchronized 关键字，如下：

[java] view plain copy

1. public static synchronized Singleton getInstance() {

2. if (instance == null) {

3. instance = new Singleton();

4. }

5. return instance;

6. }

但是，synchronized 关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用

getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，

所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

[java] view plain copy

1. public static Singleton getInstance() {

2. if (instance == null) {

3. synchronized (instance) {

4. if (instance == null) {

5. instance = new Singleton();

6. }

7. }

8. }

9. return instance;

10. }

似乎解决了之前提到的问题，将 synchronized 关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加

锁的，只有在 instance 为 null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情

况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在 Java 指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是

说 instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是 JVM 并不保证这两个操作的先后顺序，也就

是说有可能 JVM 会为新的 Singleton 实例分配空间，然后直接赋值给 instance 成员，然后再去初始化

这个 Singleton 实例。这样就可能出错了，我们以 A、B 两个线程为例：

a>A、B 线程同时进入了第一个 if 判断

b>A 首先进入 synchronized 块，由于 instance 为 null，所以它执行 instance = new Singleton();

c>由于 JVM 内部的优化机制，JVM 先画出了一些分配给 Singleton 实例的空白内存，并赋值给

instance 成员（注意此时 JVM 没有开始初始化这个实例），然后 A 离开了 synchronized 块。

d>B 进入 synchronized 块，由于 instance 此时不是 null，因此它马上离开了 synchronized 块并将结

果返回给调用该方法的程序。

e>此时 B 线程打算使用 Singleton 实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在

写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

[java] view plain copy

1. private static class SingletonFactory{

2. private static Singleton instance = new Singleton();

3. }

4. public static Singleton getInstance(){

5. return SingletonFactory.instance;

6. }

实际情况是，单例模式使用内部类来维护单例的实现，JVM 内部的机制能够保证当一个类被加载的时

候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用 getInstance 的时候，JVM 能够帮我们

保证 instance 只被创建一次，并且会保证把赋值给 instance 的内存初始化完毕，这样我们就不用担心

上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样

我们暂时总结一个完美的单例模式：

[java] view plain copy

1. public class Singleton {

3. /* 私有构造方法，防止被实例化 */

4. private Singleton() {

5. }

7. /* 此处使用一个内部类来维护单例 */

8. private static class SingletonFactory {

9. private static Singleton instance = new Singleton();

10. }

11.

12. /* 获取实例 */

13. public static Singleton getInstance() {

14. return SingletonFactory.instance;

15. }

16.

17. /* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */

18. public Object readResolve() {

19. return getInstance();

20. }

21.}

其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，

十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这

样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和 getInstance()分开，单独为创

建加 synchronized 关键字，也是可以的：

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