大话设计模式——设计原则单例模式(UML类图)

Posted 2021-05-28 苍山有雪，剑有霜

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了大话设计模式——设计原则单例模式(UML类图)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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。设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。只有精通了设计模式，才敢说真正理解了软件工程。可以说，设计模式是每一个架构师所必备的技能之一。
PS：虽然本文代码是基于Java（但学习设计模式不拘泥于设计模式，不管是何种面向对象语言，甚至是非OO语言，我觉得都能从设计模式中窥探一丝代码架构的奥秘），主要来源于《Head First 设计模式》这本书，并附上了详细的代码，强烈建议大家仔细阅读源代码。

在本文中不会列出全部的代码，重点集中在解释什么是设计模式？什么场景下可以用这种设计模式？尝试以实际的问题来驱动学习，使得我们对设计模式的理解更为深刻而具体。

让我们一起来学习设计模式吧！

前言

关于面向对象特性，在《大话设计模式》中有一段极其生动的讲解，面向对象就得像活字印刷术一样：

第一，要改，只需更改要改之字，此为可维护；第二，这些字并非用完这次就无用，完全可以在后来的印刷中重复使用，此乃可复用;第三，此诗若要加字，只需另刻字加入即可，这是可扩展;第四,字的排列其实可能是竖排可能是横排，此时只需将活字移动就可做到满足排列需求，此是灵活性好。

设计原则

想要精通设计模式，必须要先搞清楚设计模式的设计原则。

找出应用中可能需要变化之处，把它们独立出来，不要和那些不需要变化的代码混在一起！——也可以说类应该对扩展开放，对修改关闭，简称开放封闭原则

PS：怎么看什么是“变化”？——如果每次需求一来，某个部分就必须改变，那么就是不稳定变化的代码。

针对接口编程，而不是针对实现编程。——也可以说要依赖抽象，不要依赖具体类，简称依赖倒置原则

PS：针对接口编程，其实是”面向超类型（抽象类、接口）“编程。这个原则让编程的细节被隐藏，不会因为修改具体实现而经常改动程序结构。

多用组合，少用继承。

PS：虽然继承接口可以让不同子类中实现方式不同，但是接口不具有复用性（每一个接口的实现代码都得重写），而组合却可以为后续的程序设计提供便利。

为了交互对象之间的松耦合设计而努力

PS：交互对象之间应尽可能的松耦合，以应对后期项目业务逻辑变动的风险。

一个类对自己依赖的类知道的越少越好，简称最少知识原则。（亦称得墨特尔法则）

PS：一旦某个类应该只与它必须知道的类去交互，而不应该知道其他的类，编程的总原则就是高聚合，低耦合。

一个类应该只有一个引起变化的原因，单一职责原则。

PS：不应该存在多于一个导致类变更的原因，如若不然，就应该将类拆分。

UML类图

为了在之后的学习中更好地理解设计模式，我们需要先学习一下如何绘制、阅读UML类图。

为了更好地理解这本书的例子，需要先对UNL类图进行简单的学习。大部分的关系都在下面这幅图里面了，多看并记忆即可：

对于类中字段和方法：+ 表示public；-表示private；#表示protected；

继承关系用空心三角加实线；

接口关系用空心三角加虚线；

关联关系（如上图企鹅和气候，企鹅需要了解气候）用实线箭头；

PS：关联可以看成是，某个类中含有其他某类的对象。

聚合关系（大雁和雁群，是一种弱拥有关系）用空心菱形和实线箭头；

合成（组合）关系（鸟和翅膀是强拥有，即整体和局部的关系）用实心菱形和实线箭头，两端的底下的数字，表示几对几的关系；

依赖关系（某个类需要基于某个类而存在）用虚线箭头；

绘制UML类图，可以使用Visio或者Drawio。

设计原则是编程设计过程中需要时刻考虑的，近乎于道，这些设计原则的组合、碰撞，就产生了许多精彩绝伦、可用性极强的设计模式，是可以用的术。之所以称为模式，是因为在日常的编程开发中，我们都可以学习、借鉴它们。接下来对设计模式的介绍，我会从：定义、场景、解决的方式方便大家的理解。

单例模式

定义

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。

这定义已经很明确了，那就是全局只能有这个类的一个实例。

场景

单例模式可以说大家都有所耳闻，甚至实际开发中也用到过（Spring中的组件Bean就是一个一个的单例），当你需要控制某个类的实例数量时，就需要使用单例模式了。

解决

那么如何让全局只有一个类呢？

——简单，将构造函数声明为private，这样就不能在外部通过new来实现了。

问题来了，既然构造函数已经被声明为private，怎么获得该类的对象呢？

——简单，在该类的内部声明一个静态成员函数即可。

单例模式的实现分为懒汉、饿汉模式。

饿汉模式：类初始化的时候就建立该类的一个实例：

public class SingleObject {
 
   //创建 SingleObject 的一个对象
   private static SingleObject instance = new SingleObject();
 
   //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
   private SingleObject(){}
 
   //可以通过该API获取唯一可用的对象
   public static SingleObject getInstance(){
      return instance;
   }
 
   public void showMessage(){
      System.out.println("Hello World!");
   }
}

懒汉模式：知道其他类需要该实例的时候才创建对应的实例：

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
    private Singleton (){}  
  
		//需要的时候再创建对应的实例
    public static Singleton getInstance() {  
    if (instance == null) {  
        instance = new Singleton();  
    }  
    return instance;  
    }  
}

考虑到线程安全，可以改为：

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton singleton;  
    private Singleton (){}  
		//采用双检查锁，避免频繁加锁，性能较好
    public static Singleton getSingleton() {  
    if (singleton == null) {  
        synchronized (Singleton.class) {  
        if (singleton == null) {  
            singleton = new Singleton();  
        }  
        }  
    }  
    return singleton;  
    }  
}