设计模式

单例模式

单例模式，是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例。即一个类只有一个对象实例
单例模式的要点有三个；

1. 某个类只能有一个实例；
2. 它必须自行创建这个实例；
3. 它必须自行向整个系统提供这个实例。

从具体实现角度来说，就是以下三点：

1. 单例模式的类只提供私有的构造函数，
2. 是类定义中含有一个该类的静态私有对象，
3. 是该类提供了一个静态的公有的函数用于创建或获取它本身的静态私有对象。

单例模式的几种实现方式

单例模式的实现有多种方式，如下所示：

1、懒汉式，线程不安全

是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：否
实现难度：易
描述：这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。
代码实例：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

2、懒汉式，线程安全

是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。
优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。
getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）。
代码实例：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

3、饿汉式

是否 Lazy 初始化：否
是否多线程安全：是
实现难度：易
描述：这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。
优点：没有加锁，执行效率会提高。
缺点：类加载时就初始化，浪费内存。
它基于 classloder 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。
代码实例：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

4、双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

JDK 版本：JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化：是
是否多线程安全：是
实现难度：较复杂
描述：这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。
getInstance() 的性能对应用程序很关键。
代码实例：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                singleton = new Singleton();
            }
        }

        return singleton;
    }
}

工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
介绍
意图：定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。
主要解决：主要解决接口选择的问题。
何时使用：我们明确地计划不同条件下创建不同实例时。
如何解决：让其子类实现工厂接口，返回的也是一个抽象的产品。
关键代码：创建过程在其子类执行。

应用实例：

1、您需要一辆汽车，可以直接从工厂里面提货，而不用去管这辆汽车是怎么做出来的，以及这个汽车里面的具体实现。
2、Hibernate 换数据库只需换方言和驱动就可以。
优点：
1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。
2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。
3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。
缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

使用场景：

1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。
2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。
3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。
注意事项：作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。

步骤 1

创建一个接口
Car.java

public interface Car {
    void car();
}

步骤 2

创建实现接口的实体类。
RedCar.java

public class RedCar implements Car {
    public void car() {
        System.out.println("红色的车");
    }
}

GreenCar.java

public class GreenCar implements Car {
    public void car() {
        System.out.println("绿色的车");
    }
}

BlueCar.java

public class BlueCar implements Car {
    public void car() {
        System.out.println("蓝色的车");
    }
}

步骤3

创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。
CarFactory.java

public class CarFactory {
    public Car getCar(String carcolor) {
        if(carcolor==null)
            return null;
        else if ("blue".equalsIgnoreCase(carcolor)) {
            return new BlueCar();
        }else if ("red".equalsIgnoreCase(carcolor)) {
            return new RedCar();
        }else {
            return new GreenCar();
        }
    }
}

步骤4

使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。
NewCar.java

public class NewCar {
    public static void main(String[] args) {
        CarFactory carFactory = new CarFactory();
        Car car_red = carFactory.getCar("red");
        Car car_green = carFactory.getCar("green");
        Car car_blue = carFactory.getCar("blue");
        car_red.car();
        car_green.car();
        car_blue.car();
    }
}

步骤5

验证输出。

红色的车
绿色的车
蓝色的车