单例模式与工厂方法：23种设计模式详解

"本文档主要探讨了两种常见的设计模式：单例模式和工厂模式，它们在软件开发中扮演着重要的角色。单例模式（Singleton Pattern）是一种常用的软件设计模式，其目标是确保一个类只有一个实例，并提供全局访问点。这个模式的应用场景包括需要唯一序列号、共享数据访问（如网页计数器）、资源消耗大的对象创建，以及大量静态常量和方法的工具类设计。为了实现线程安全，通用的单例模式建议使用静态内部类或者在访问实例时加上同步控制。另一方面，工厂模式（Factory Method Pattern）则定义了一个用于创建对象的接口，但具体由子类决定实现哪个类。这样做的好处在于，它提供了灵活性，使得在运行时可以根据需求动态地选择创建对象的方式，避免了硬编码。工厂模式在组件组合、模块隔离以及模块扩展性方面具有显著的优势。通过理解并掌握这两种设计模式，开发者可以更好地组织和管理软件结构，提高代码的可维护性和可复用性。" 详细分析： 1. **单例模式**： - 定义：单例模式的核心思想是限制类的实例化次数，确保在整个应用程序中只有一个实例存在。这有助于控制资源的全局访问，防止滥用或过度创建。在Java中，通用的单例实现（线程安全）如所示： ```java public class Singleton { private static final Singleton singleton = new Singleton(); private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { return singleton; } // 静态方法，减少对实例的依赖 public static void doSomething() { // ... } } ``` - 使用场景： - 生成唯一序列号，比如UUID生成器。 - 共享数据，如全局配置、日志记录器或计数器，确保一致性。 - 资源密集型操作，如数据库连接池。 - 静态工具类，包含大量常量和方法。 - 线程不安全的实现： ```java public class NonThreadSafeSingleton { private static Singleton singleton = null; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } } - 解决方案：通过添加synchronized关键字或在方法内部实现同步控制，确保线程安全性。 2. **工厂模式**： - 定义：工厂模式将对象的创建过程从客户端代码中分离出来，交给专门的工厂类负责。工厂方法（Factory Method Pattern）允许子类决定具体创建哪种类型的对象。这样做的好处是保持了接口的简洁，降低了耦合度，方便扩展和替换。 - 实现： ```java // 工厂接口 interface Product { // 具体产品的方法 } // 工厂类 abstract class Factory { public abstract Product createProduct(); } // 子类工厂 class ConcreteFactory extends Factory { @Override public Product createProduct() { return new ConcreteProduct(); } } ``` - 使用场景： - 创建复杂对象时，减少客户端对具体实现的依赖。 - 当系统的对象需要有多种不同的行为，但又不想让客户端知道这些行为是如何实现的时候。 - 模块间的解耦，方便进行功能替换或升级。 通过理解和熟练运用单例模式和工厂模式，开发者可以在软件设计中更灵活地组织代码，提升代码质量和可维护性。同时，这些设计模式也是软件工程中的基石，有助于构建更加健壮和可扩展的软件系统。