详解设计模式系列

Posted 2021-04-25 记录世界 from antonio

1.观察者模式

观察者模式作用:

定义对象间的一种一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知并被自动更新。

观察者模式结构图:

Observer模式定义的是一对多的关系，这里一就是图中的Subject 类，而多则是Obesrver 类，当Subject 类的状态发生变化时，通知与对应的Observer去更新相应状态，并支持添加和

删除Observer 对象的操作。

Obesrver 模式的实现步骤如下:

1.subject 类都是采用链表等容器来存放 Observer 对象

2.取出Observer 对象的公共属性形成Observer基类

3.subject 类保存Observer 对象的指针，这样就使subject 类和具体的Observer 对象实现了解耦。也就是Subject 不需要去关心到底是哪个Observer 对放进了自己的容器中。

Obesrver 模式的实际应用场景:

（1）推模型，把具体的内容都广播出去。如果一次发送所有的内容，比较耗流量。

(3) 实际上也有推拉结合。

推拉模型的Observer接口定义:

Subject类的接口定义:

推拉模型的通知方式：

实际观察者对象的实现：

Subject类的实际实现:

测试函数

2.工厂模式

Factory作用：

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。Factory Method(具体的工厂方法)，使一个类的实例化延迟到其子类。

UML结构图如下:

抽象基类:

(1)Product：创建出来的对象的抽象基类。

(2)Creator:创建对象的工厂方法的抽象基类。

实现步骤:

(1) Creator::FactoryMethod是纯虚函数，由子类实现，创建出对应的Product。一个Factory和一个Product是一一对应的关系。

（2）创造两个基类，一个Product为创建对象的抽象基类，一个Factory是创建工厂的抽象基类。在互相协作的时候都是由相应的 Factory 派生类来生成Product的派生类，也就是说如果要新增一种Product，那就需要新增一个Factory。

实际应用场景：

如数据导出，导出为Excel，文本，XML等。支付接口，可能对应不同的支付网关:支付宝、财付通、网银等。

Product抽象基类定义:

Product的子类实现：

保存为文件

保存为数据库

保存为XML

保存为Protobuffer的形式

具体Factory定义。

这个factoryMethod实际上可以由子类去实现，这里就放在工厂里面一起实现：

子类对象实现工厂，具体各类方法放在子类去实现。主要是重factoryMethod。

测试方法:

工厂对象对外暴露接口，接收参数，实现产品的输出。

3.单例模式

单例模式作用:保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

UML结构图:

单例模式实现步骤:

(1)仅有一个实例，提供一个类的静态成员变量，并且是唯一。

(2)提供一个访问它的全局访问点，需要提供一个访问这个静态成员变量的静态成员函数，对类的所有对象而言也是唯一。在 C++中,可以直接使用类域进行访问而不必初始化一个类的对象。

实际应用场景:

配置文件，基本都是单例设计模式。

单例模式分为懒汉式和饿汉式。懒汉式就是延迟加载，节省空间，比如延迟加载文件。饿汉式就是应用启动，就加载，比如网络模块响应的加载。

需要设计一个垃圾回收器GarbageCollector，及时回收单例对象，防止内存泄漏。下面是一个最简单的单例模式，线程不安全。

测试结果:

懒汉式，单例线程安全模式。下面这个结构，加锁的粒度大，对于高并发时，效率低。

测试结果，发现生成了唯一的对象，线程安全。

为了解决上面的加锁粒度大，导致的效率下降，需要在加锁前，判断对象是否为空，如果为空，再加锁。那下面这种结构模式，为什么还要二次判断对象是否为空呢？因为对象的new不是原子操作，一般的步骤是，1.分配内存，2.调用构造，3.赋值操作，到第三步的时候，才会生成对象。如果这个顺序被打乱了，因为CPU和编译器高并发下可能会进行乱序重排操作，因而创建对象new CSingleton的第2步可能会晚于第3步进行指令调用，因而导致出现未定义的的行为，就会出现异常。这个现象是非常隐蔽，在不同的编译器和CPU下都有可能发生。

使用局部静态对象，表面上看起来好像是饿汉式，实际它会在main函数之后，才生成，本质还是懒汉式。注意，局部静态对象，c++11不是线程安全。并且不能使用隐式的构造函数，会影响局部静态变量。由于隐式的构造函数不会加锁，而导致线程不安全。

严格的使用了原子操作，线程安全，并且高效。

不能使用自动默认的构造函数

测试结果:

正真的饿汗式，全局静态对象，并且初始化。如下图:

正真的饿汗式，在main函数前面，这个对象就已经生成了。

4.总结

https://github.com/ananqin/Observer_Factory_Singleleton

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