3万字聊聊设计模式

Posted 2022-07-26 Leo聊技术

大家好，我是Leo。

之前聊过了 ​​MySQL​​ 、​​Redis​​、​​RocketMQ​​、​​秒杀系统​​、​​计算机网络​​

由于现阶段工作规划的问题，计算机网络暂时放放，先聊一下设计模式。

七大原则

单一职责原则

对类来说，即一个 类应该只负责一项职责，如类A负责两个不同的职责，我们把职责分为职责1和职责2。当职责1需要变更的时候，我们修改的类A，可能会造成职责2执行错误。

真实场景：货主端的新增司机就应该只是新增司机，即使从类上做不到单一，最起码的底线是要做到方法上的单一。即使当下没有这个需求也不可以。也要考虑扩展性，可读性！

为我们解决了什么

1. 降低类的复杂度，一个类只负责一项职责
2. 提高类的可读性，可维护性
3. 降低变更引起的风险
4. 通常情况下，我们应当遵守单一职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反单一职责原则；只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则

接口隔离原则

客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

用不到的接口不要实现，可以用抽象解决这一问题。或者定义多个接口解决这一问题

为我们解决了什么

1. 单一化接口的职责，从而有效地避免接口污染。
2. 当一个接口的方法过多，往往会造成使用该接口的类中闲置一些方法，造成代码的冗余，通过细分接口可有效避免该现象。
3. 可以提高代码的灵活性，就好比搭积木一样，我们可以将一个大的接口拆成多个小接口，不同的小接口可以有多种组合。
4. 促使程序高内聚、低耦合。

依赖倒转原则

1. 高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象
2. 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
3. 依赖倒转的中心思想是面向接口编程
4. 依赖倒转原则是基于这样的设计理念；相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定的多。在Java中，抽象指的是接口或抽象类，细节就是具体的实现类
5. 使用接口或抽象类的目的是制定好规范，而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成。

为我们解决了什么

1. 可以减少类间的耦合性、提高系统稳定性，提高代码可读性和可维护性，可降低修改程序所造成的风险。

里氏替换原则

在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法。继承实际上是让两个类的耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题（基类）

为我们解决了什么

1. 代码共享，减少创建类的工作量，每个子类都拥有父类的方法和属性；
2. 提高代码的重用性；
3. 子类可以形似父类，但又异于父类，“龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞”是说子拥有父的“种”，“世界上没有两片完全相同的叶子”是指明子与父的不同；
4. 提高代码的可扩展性，实现父类的方法就可以“为所欲为”了，君不见很多开源框架的扩展接口都是通过继承父类来完成的；
5. 提高产品或项目的开放性。

需要我们注意什么

1. 继承是侵入性的。只要继承，就必须拥有父类的所有属性和方法；
2. 降低代码的灵活性。子类必须拥有父类的属性和方法，让子类自由的世界中多了些约束；
3. 增强了耦合性。当父类的常量、变量和方法被修改时，需要考虑子类的修改，而且在缺乏规范的环境下，这种修改可能带来非常糟糕的结果————大段的代码需要重构。

开闭原则

1. 一个软件实体如类，模块，函数应该对扩展开放，对修改关闭。用抽象构建框架，对实现扩展细节。
2. 当软件需要变化时，尽量通过扩展软件实体的行为来实现变化，而不是通过修改已有的代码来实现变化。
3. 编程中遵循其他原则以及使用设计模式的目的就是遵循开闭原则

迪米特法则

1. 一个对象应该对其他对象保持最少的了解（最少知道原则）
2. 类与类关系越密切，耦合度越大
3. 对于被依赖的类不管多么复杂，都尽量将逻辑封装在类的内部。对外除了提供的public方法，不对外泄露任何信息
4. 只与直接的朋友通信（B类的调用，局部变量B只能算间接朋友）

局部变量不应该出现

合成复用原则

一个类使用另一个类的代码，尽量不使用继承，而是合成

可以通过传递类或者set类的方式，通过这个类名调用，而不是继承

设计模式

设计模式类型

创建型模式

单例模式，抽象工厂模式，原型模式，建造者模式，工厂模式

结构型模式

适配器模式，桥接模式，装饰模式，组合模式，外观模式，享元模式，代理模式

行为型模式

模板方法模块，命令模式，访问者模式，迭代器模式，观察者模式，中介者模式，备忘录模式，解释器模式，状态模式，策略模式，职责链模式（责任链模式）

单例模式

1. 单例模式保证了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
2. 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

方式

1. 饿汉式（静态常量）
2. 饿汉式（静态代码块）
3. 懒汉式（线程不安全）
4. 懒汉式（线程安全，同步方法）
5. 懒汉式（线程安全，同步代码块）
6. 双重检查
7. 静态内部类
8. 枚举

应用场景

1. 需要频繁创建和销毁的对象
2. 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，频繁范围数据库或文件的对象

饿汉式（静态常量）

public static void main(String[] args)
    Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
    Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance1 == instance2)

class Singleton
    private Singleton()
    private final static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance()
        return instance;
    

优点

1. 写法简单，类装载时完成实例化，避免线程同步问题

缺点

1. 在类装载的时候完成了实例化，没有达到Lazy Loading的效果，如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内部的浪费

结论

1. 饿汉式（静态常量）可以使用，可能会造成内存浪费

饿汉式（静态代码块）与饿汉式（静态常量） 类型

懒汉式（线程不安全）

public static void main(String[] args)
    Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
    Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance1 == instance2)

class Singleton
    private static Singleton instance;
    private Singleton()
    public static Singleton getInstance()
    if (instance == null)
        instance = new Singleton();
    
        return instance;
    

优点

1. 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用

缺点

1. 存在系统安全性问题，并发情况下，容易创建多个实例

结论

1. 在单线程可以使用，多线程不能使用

懒汉式（线程安全）

public static void main(String[] args)
    Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
    Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance1 == instance2)

class Singleton
    private static Singleton instance;
    private Singleton()
    public static synchronized Singleton getInstance()
    if (instance == null)
        instance = new Singleton();
    
        return instance;
    

优点

1. 解决了线程不安全问题

缺点

1. 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

结论

1. 在实际开发中，不推荐使用这种方式

懒汉式（线程安全，双重检查）

public static void main(String[] args)
    Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
    Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance1 == instance2)

class Singleton
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton()
    public static synchronized Singleton getInstance()
    if (instance == null)
            synchronized (Singleton.class)
                if (instance == null)
                instance = new Singleton();    
                
            
    
        return instance;
    

优点

1. 线程安全，延迟加载，效率高

结论

1. 在实际开发中，推荐使用这种单例模式

静态内部类方式创建

public static void main(String[] args)
    Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
    Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance1 == instance2)

class Singleton
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton()
    private static class SingletonInstance
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    
    public static synchronized Singleton getInstance()
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    

1. 这种方式采用了类装载机制来保证初始化实例时只有一个线程
2. 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
3. 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帮我们保证了线程的安全性，在类初始化时，别的线程是无法进入的。

优点

1. 避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

结论

1. 推荐使用

枚举方式创建

public static void main(String[] args)
    Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
    Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance1 == instance2)

enum Singleton
    INSTANCE;
    public void sayOk()
    System.out.println("sayOk");
    

优点

1. 通过借助jdk1.5中添加的枚举实现单例模式，不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止发序列化重新创建新的对象

结论 ：推荐使用

总结

了解设计模式的七大原则，首先介绍了23种设计模式的的单例模式，从众多单例模式的写法中推荐使用 懒汉式（线程安全，双重检查），静态内部类方式，枚举方式创建。不仅保证系统安全问题，还能解决无效占用内存。

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