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1、学习设计模式的意义?
1、应对面试中设计模式相关问题 从功利的角度
2、编写高质量代码
- 避免在工作中写出烂代码,坑人坑己
3、提高复杂代码的设计和开发能力
- 即便做与业务无关的框架类复杂设计,也能应对自如
- 可以写出高拓展、易维护的代码
4、让读源码、学框架事半功倍
5、为你的职场发展做铺垫
- 场景1:当一个项目开发完后,如果客户提出增新功能,怎么办?
- 场景2:项目开发完后,原来程序员离职,你接手维护该项目怎么办?
- 场景3:经验丰富后,需要指导新入职的同事写好代码及Code Review。
2、如何编写高质量代码
2.1 设计模式的目的(高内聚,松耦合)
①代码重用性 (相同功能代码,不用多次编写);
②可读性 (编程规范性, 便于其他程序员阅读和理解)
③可扩展性 (当需要增加新功能时,非常方便,称为可维护)
④可靠性 (当我们增加新功能后,对原来的功能没有影响)
2.2 如何写出高质量代码
如何编写高质量代码如图所示:
要写出满足这些评价标准的高质量代码,我们需要掌握一些更加细化、更加能落地的编程方法论,包括面向对象设计思想、设计原则、编码规范、重构技巧、设计模式等。而所有这些编程方法论的最终目的都是为了编写出高质量的代码。
具体而言:
①面向对象中的继承、多态能让我们写出可复用的代码;
②设计原则中的单一职责、DRY、基于接口而非实现、里式替换原则等,可以让我们写出可复用、灵活、可读性好、易扩展、易维护的代码;
③编码规范能让我们写出可读性好的代码;
编码规范:可以参考这几本书《重构》《代码大全》《代码整洁之道》
④持续重构可以时刻保持代码的可维护性
重构技巧:持续重构是保持代码质量不下降的有效手段,能有效避免代码腐化到无可救药的地步
⑤设计模式可以让我们写出易扩展的代码。
3、常用的设计原则(SOLID 7大原则)
设计原则是各类设计模式的基础
对于每一种设计原则,我们需要掌握它的设计初衷,能解决哪些编程问题,有哪些应用场景。只有这样,我们才能在项目中灵活恰当地应用这些原则。
1、单一职责原则
- 对类来说的,即一个类应该只负责一项职责。
- 定义了类的粒度
2、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
- 不要让子类实现不必要的接口 -----之前做日志模板时出过这样的问题
3、依赖倒转原则(面向接口编程)
- 高层模块不应该依赖低层模块,应该依赖其抽象
- 抽象不应该依赖细节
- 建议:低层模块尽量都要有抽象类或接口。
4、里式替换原则
- 教你如何正确的使用继承(引用基类的地方必须能透明地使用其子类的对象)
- 为了满足里式替换,我们定义一个更为抽象的基类,实现类采用组合的方式 替换原有的继承关系。
5、开闭原则(最基础、最重要)
- 对扩展开放、对修改关闭
- 当程序变更时,尽量是通过扩展程序的行为实现变化,而不是修改已有的代码来实现变化
见第4个标题
6、迪米特原则
- 最少知道原则,即一个类对自己依赖的类知道的越少越好
- 陌生的类最好不要以局部变量的形式出现在类的内部。
7、合成复用原则
- 尽量使用组合的方式,而不是使用继承
- 原因:继承会让两个类的耦合性增强
4、如何做到对扩展开放、对修改关闭?深入理解开闭原则
理论:越抽象、越顶层、越脱离具体某一实现的设计,越能提高代码的灵活性,越能应对未来的需求变化。好的代码设计,不仅能应对当下的需求,而且在将来需求发生变化的时候,仍然能够在不破坏原有代码设计的情况下灵活应对。
添加一个新的功能应该是,在已有代码基础上扩展代码(新增模块、类、方法等),而非修改已有代码(修改模块、类、方法等)。
案例: API 接口监控告警的代码
AlertRule 存储告警规则,可以自由设置。Notification 是告警通知类,支持邮件、短信、微信、手机等多种通知渠道。NotificationEmergencyLevel 表示通知的紧急程度,包括 SEVERE(严重)、URGENCY(紧急)、NORMAL(普通)、TRIVIAL(无关紧要),不同的紧急程度对应不同的发送渠道。
public class Alert { private AlertRule rule; private Notification notification; /* 使用构造函数来初始化,可以防止npe */ public Alert(AlertRule rule, Notification notification) { this.rule = rule; this.notification = notification; } public void check(String api, long requestCount, long errorCount, long durationOfSeconds) { long tps = requestCount / durationOfSeconds; if (tps > rule.getMatchedRule(api).getMaxTps()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "..."); } if (errorCount > rule.getMatchedRule(api).getMaxErrorCount()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "..."); } } }
问题:业务逻辑主要集中在 check() 函数中。当接口的 TPS 超过某个预先设置的最大值时,以及当接口请求出错数大于某个最大允许值时,就会触发告警,通知接口的相关负责人或者团队。现在,如果我们需要添加一个功能,当每秒钟接口超时请求个数,超过某个预先设置的最大阈值时,我们也要触发告警发送通知。这个时候,我们该如何改动代码呢?主要的改动有两处:第一处是修改 check() 函数的入参,添加一个新的统计数据 timeoutCount,表示超时接口请求数;第二处是在 check() 函数中添加新的告警逻辑。
public class Alert { // ...省略AlertRule/Notification属性和构造函数... // 改动一:添加参数timeoutCount public void check(String api, long requestCount, long errorCount, long timeoutCount, long durationOfSeconds) { long tps = requestCount / durationOfSeconds; if (tps > rule.getMatchedRule(api).getMaxTps()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "..."); } if (errorCount > rule.getMatchedRule(api).getMaxErrorCount()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "..."); } // 改动二:添加接口超时处理逻辑 long timeoutTps = timeoutCount / durationOfSeconds; if (timeoutTps > rule.getMatchedRule(api).getMaxTimeoutTps()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "..."); } } }
存在的问题:
- 一方面,我们对接口进行了修改,这就意味着调用这个接口的代码都要做相应的修改。
- 另一方面,修改了check() 函数,相应的单元测试都需要修改。
我们先重构一下之前的 Alert 代码,让它的扩展性更好一些。重构的内容主要包含两部分:第一部分是将 check() 函数的多个入参封装成 ApiStatInfo 类;第二部分是引入handler的概念,将 if 判断逻辑分散在各个 handler(抽象类) 中。
具体实现逻辑如下所示
public class Alert { private List<AlertHandler> alertHandlers = new ArrayList<>(); public void addAlertHandler(AlertHandler alertHandler) { this.alertHandlers.add(alertHandler); } public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) { for (AlertHandler handler : alertHandlers) { handler.check(apiStatInfo); } } } public class ApiStatInfo {//省略constructor/getter/setter方法 private String api; private long requestCount; private long errorCount; private long durationOfSeconds; } public abstract class AlertHandler { protected AlertRule rule; protected Notification notification; public AlertHandler(AlertRule rule, Notification notification) { this.rule = rule; this.notification = notification; } public abstract void check(ApiStatInfo apiStatInfo); } public class TpsAlertHandler extends AlertHandler { public TpsAlertHandler(AlertRule rule, Notification notification) { super(rule, notification); } @Override public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) { long tps = apiStatInfo.getRequestCount()/ apiStatInfo.getDurationOfSeconds(); if (tps > rule.getMatchedRule(apiStatInfo.getApi()).getMaxTps()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.URGENCY, "..."); } } } public class ErrorAlertHandler extends AlertHandler { public ErrorAlertHandler(AlertRule rule, Notification notification){ super(rule, notification); } @Override public void check(ApiStatInfo apiStatInfo) { if (apiStatInfo.getErrorCount() > rule.getMatchedRule(apiStatInfo.getApi()).getMaxErrorCount()) { notification.notify(NotificationEmergencyLevel.SEVERE, "..."); } } }
再来看下,重构之后的 Alert 该如何使用呢?
ApplicationContext 是一个单例类,负责 Alert 的创建、组装(alertRule 和 notification 的依赖注入)、初始化(添加 handlers)工作。
public class ApplicationContext { private AlertRule alertRule; private Notification notification; private Alert alert; public void initializeBeans() { alertRule = new AlertRule(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码 notification = new Notification(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码 alert = new Alert(); alert.addAlertHandler(new TpsAlertHandler(alertRule, notification)); alert.addAlertHandler(new ErrorAlertHandler(alertRule, notification)); } public Alert getAlert() { return alert; } // 饿汉式单例 private static final ApplicationContext instance = new ApplicationContext(); private ApplicationContext() { initializeBeans(); } public static ApplicationContext getInstance() { return instance; } } public class Demo { public static void main(String[] args) { ApiStatInfo apiStatInfo = new ApiStatInfo(); // ...省略设置apiStatInfo数据值的代码 ApplicationContext.getInstance().getAlert().check(apiStatInfo); } }
补充:更好的方式,借助Spring IOC的依赖注入功能
@Component public class AlertFactory { // 关键功能 Spring 会自动将 AlertHandler 接口的类注入到这个Map中 @Autowired private Map<String, AlertHandler> alertHandleryMap; public AlertRule getBy(String alertEnum) { return alertHandleryMap.get(alertEnum); } }
现在,我们再来看下,基于重构之后的代码,如果再添加上面讲到的那个新功能,每秒钟接口超时请求个数超过某个最大阈值就告警,我们又该如何改动代码呢?
主要的改动有下面四处。
- 第一处改动是:在 ApiStatInfo 类中添加新的属性 timeoutCount。
- 第二处改动是:添加新的TimeoutAlertHander类。
- 第三处改动是:在 ApplicationContext 类的 initializeBeans() 方法中,往alert对象中注册新的 timeoutAlertHandler。
- 第四处改动是:在使用Alert类的时候,需要给check()函数的入参 apiStatInfo 对象设置 timeoutCount 的值。
public class Alert { // 代码未改动... } public class ApiStatInfo {//省略constructor/getter/setter方法 private String api; private long requestCount; private long errorCount; private long durationOfSeconds; private long timeoutCount; // 改动一:添加新字段 } public abstract class AlertHandler { //代码未改动... } public class TpsAlertHandler extends AlertHandler {//代码未改动...} public class ErrorAlertHandler extends AlertHandler {//代码未改动...} // 改动二:添加新的handler public class TimeoutAlertHandler extends AlertHandler {//省略代码...} public class ApplicationContext { private AlertRule alertRule; private Notification notification; private Alert alert; public void initializeBeans() { alertRule = new AlertRule(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码 notification = new Notification(/*.省略参数.*/); //省略一些初始化代码 alert = new Alert(); alert.addAlertHandler(new TpsAlertHandler(alertRule, notification)); alert.addAlertHandler(new ErrorAlertHandler(alertRule, notification)); // 改动三:注册handler alert.addAlertHandler(new TimeoutAlertHandler(alertRule, notification)); } //...省略其他未改动代码... } public class Demo { public static void main(String[] args) { ApiStatInfo apiStatInfo = new ApiStatInfo(); // ...省略apiStatInfo的set字段代码 apiStatInfo.setTimeoutCount(289); // 改动四:设置tiemoutCount值 ApplicationContext.getInstance().getAlert().check(apiStatInfo); }
重构之后的代码更加灵活和易扩展。如果我们要想添加新的告警逻辑,只需要基于扩展的方式创建新的 handler 类即可,不需要改动原来的 check() 函数的逻辑。而且,我们只需要为新的 handler 类添加单元测试,老的单元测试都不会失败,也不用修改。
ACTION:
一、修改代码就意味着违背开闭原则吗?
要认识到,添加一个新功能,不可能任何模块、类、方法的代码都不“修改”,这个是做不到的。类需要创建、组装、并且做一些初始化操作,才能构建成可运行的的程序,这部分代码的修改是在所难免的。我们要做的是尽量让修改操作更集中、更少、更上层,尽量让最核心、最复杂的那部分逻辑代码满足开闭原则。
二、如何做到“对扩展开放、修改关闭”?
指导思想:为了尽量写出扩展性好的代码,我们要时刻具备扩展意识、抽象意识、封装意识。这些“潜意识”可能比任何开发技巧都重要。
在写代码的时候后,我们要多花点时间往前多思考一下,这段代码未来可能有哪些需求变更、如何设计代码结构,事先留好扩展点,以便在未来需求变更的时候,不需要改动代码整体结构、做到最小代码改动的情况下,新的代码能够很灵活地插入到扩展点上,做到“对扩展开放、对修改关闭”。
在众多的设计原则、思想、模式中,最常用来提高代码扩展性的方法有:多态、依赖注入、基于接口而非实现编程,以及大部分的设计模式(比如,装饰、策略、模板、职责链、状态等)
三、如何在项目中灵活应用开闭原则?
对于一些比较确定的、短期内可能就会扩展,或者需求改动对代码结构影响比较大的情况,或者实现成本不高的扩展点,在编写代码的时候之后,我们就可以事先做些扩展性设计。但对于一些不确定未来是否要支持的需求,或者实现起来比较复杂的扩展点,我们可以等到有需求驱动的时候,再通过重构代码的方式来支持扩展的需求。
5、如何做到“高内聚低耦合”?
什么是高内聚?
- 高内聚,就是指相近的功能应该放到同一个类中,不相近的功能不要放到同一个类中。相近的功能往往会被同时修改,放到同一个类中,修改会比较集中,代码容易维护。
- 单一职责原则
什么是低耦合?
- 在代码中,类与类之间的依赖关系简单清晰。即使两个类有依赖关系,一个类的代码改动不会或者很少导致依赖类的代码改动;
- 依赖注入、接口隔离、基于接口而非实现编程,迪米特法则,都是为了实现代码的松耦合。
- 具体概念介绍请看 java基础知识篇
不该有直接依赖关系的类之间,不要有依赖;有依赖关系的类之间,尽量只依赖必要的
接口
案例:实现了简化版的搜索引擎爬取网页的功能。代码中包含三个主要的类。其中,
NetworkTransporter 类负责底层网络通信,根据请求获取数据;HtmlDownloader 类用来通过URL获取网页;Document 表示网页文档,后续的网页内容抽取、分词、索引都是以此为处理对象。
public class NetworkTransporter { // 省略属性和其他方法... public Byte[] send(HtmlRequest htmlRequest) { //... } } public class HtmlDownloader { private NetworkTransporter transporter;// 通过构造函数或 IOC 注入 public Html downloadHtml(String url) { Byte[] rawHtml = transporter.send(new HtmlRequest(url)); return new Html(rawHtml); } } public class Document { private Html html; private String url; public Document(String url) { this.url = url; HtmlDownloader downloader = new HtmlDownloader(); this.html = downloader.downloadHtml(url); } //... }
缺陷有哪些?
1、首先,我们来看NetworkTransporter类。作为一个底层网络通信类,我们希望它的功能
尽可能通用,而不只是服务于下载 HTML,所以,我们不应该直接依赖太具体的发送对象
HtmlRequest;
- 我们应该把 address 和content 交给 NetworkTransporter,而非是直接把 HtmlRequest 交给NetworkTransporter, 代码入下所示
public class NetworkTransporter { // 省略属性和其他方法... public Byte[] send(String address, Byte[] data) { //... } }
2、我们再来看 HtmlDownloader 类。这个类的设计没有问题。不过,我们修改了NetworkTransporter的send()函数的定义,而这个类用到了send()函数,所以我们需要对它做相应的修改;
public class HtmlDownloader { private NetworkTransporter transporter;// 通过构造函数或IOC注入 // HtmlDownloader 这里也要有相应的修改 public Html downloadHtml(String url) { HtmlRequest htmlRequest = new HtmlRequest(url); Byte[] rawHtml = transporter.send(htmlRequest.getAddress(), htmlRequest.getContent().getBytes()); return new Html(rawHtml); } }
3、我们来看下 Document 类。问题主要有三点。第一,构造函数中的 downloader.downloadHtml() 逻辑复杂,耗时长,不应该放到构造函数中,会影响代
码的可测试性。第二,HtmlDownloader 对象在构造函数中通过 new 来创建,违反了基于接口而非实现编程的设计思想,也会影响到代码的可测试性。第三,从业务含义上来讲,Document 网页文档没必要依赖 HtmlDownloader 类,违背了迪米特法则。
public class Document { private Html html; private String url; public Document(String url, Html html) { this.html = html; this.url = url; } //... } // 通过一个工厂方法来创建 Document public class DocumentFactory { private HtmlDownloader downloader; public DocumentFactory(HtmlDownloader downloader) { this.downloader = downloader; } public Document createDocument(String url) { Html html = downloader.downloadHtml(url); return new Document(url, html); } }
6、DDD(即领域驱动设计),充血模式和贫血模式深度对比
- 越抽象、越顶层、越脱离具体某一实现的设计,越能提高代码的灵活性,越能应对未来的需求变化。好的代码设计,不仅能应对当下的需求,而且在将来需求发生变化的时候,仍然能够在不破坏原有代码设计的情况下灵活应对。
问题背景–什么是基于贫血模型的开发模式:
传统的 MVC 结构分为 Model 层、Controller 层、View 层这三层。不过,在做前后端分离之后,三层结构在后端开发中,会稍微有些调整,被分为 Controller 层、Service 层、Repository 层。Controller 层负责暴露接口给前端调用,Service 层负责核心业务逻辑,Repository 层负责数据读写。而在每一层中,我们又会定义相应的 VO(View Object)、BO(Business Object)、Entity。一般情况下,VO、BO、Entity 中只会定义数据,不会定义方法,所有操作这些数据的业务逻辑都定义在对应的 Controller 类、Service 类、Repository 类中。这就是典型的面向过程的编程风格。
传统编程模型案例:
// Controller+VO(View Object) // public class UserController { private UserService userService; // 通过构造函数或者 IOC 框架注入 public UserVo getUserById(Long userId) { UserBo userBo = userService.getUserById(userId); UserVo userVo = [...convert userBo to userVo...]; return userVo; } } public class UserVo {// 省略其他属性、get/set/construct 方法 private Long id; private String name; private String cellphone; } // Service+BO(Business Object) // public class UserService { private UserRepository userRepository; // 通过构造函数或者 IOC 框架注入 public UserBo getUserById(Long userId) { UserEntity userEntity = userRepository.getUserById(userId); UserBo userBo = [...convert userEntity to userBo...]; return userBo; } } public class UserBo {// 省略其他属性、get/set/construct 方法 private Long id; private String name; private String cellphone; } // Repository+Entity // public class UserRepository { public UserEntity getUserById(Long userId) { //... } } public class UserEntity {// 省略其他属性、get/set/construct 方法 private Long id; private String name; private String cellphone; }
像 UserBo 这样,只包含数据,不包含业务逻辑的类,就叫作贫血模型(Anemic Domain Model)。同理,UserEntity、UserVo 都是基于贫血模型设计的。
什么是基于充血模型的 DDD 开发模式?
充血模型(Rich Domain Model),数据和对应的业务逻辑被封装到同一个类中;
在基于贫血模型的传统开发模式中,Service 层包含 Service 类和 BO 类两部分,BO 是贫血模型,只包含数据,不包含具体的业务逻辑。业务逻辑集中在 Service 类中。在基于充血模型的 DDD 开发模式中,Service 层包含 Service 类和 Domain 类两部分。Domain就相当于贫血模型中的 BO。不过,Domain 与 BO 的区别在于它是基于充血模型开发的,既包含数据,也包含业务逻辑。而 Service 类变得非常单薄。总结就是,基于贫血模型的传统的开发模式,重 Service 轻 BO;基于充血模型的 DDD 开发模式,轻 Service 重Domain。
示例代码:
@Data public class VirtualWallet { private Long id; private Long createTime = System.currentTimeMillis(); //余额 private BigDecimal balance = BigDecimal.ZERO; // 是否允许超支 private boolean isAllowedOverdraft = true; // 超支金额 private BigDecimal overdraftAmount = BigDecimal.ZERO; // 冻结总额 private BigDecimal frozenAmount = BigDecimal.ZERO; public VirtualWallet(Long preAllocatedId) { this.id = preAllocatedId; } public void freeze(BigDecimal amount) { ... } public void unfreeze(BigDecimal amount) { ...} public void increaseOverdraftAmount(BigDecimal amount) { ... } public void decreaseOverdraftAmount(BigDecimal amount) { ... } public void closeOverdraft() { ... } public void openOverdraft() { ... } public BigDecimal balance() { return this.balance; } // 获取余额 public BigDecimal getAvaliableBalance() { BigDecimal totalAvaliableBalance = this.balance.subtract(this.frozenAmount) if (isAllowedOverdraft) { totalAvaliableBalance += this.overdraftAmount; } return totalAvaliableBalance; } // 借记 public void debit(BigDecimal amount) { BigDecimal totalAvaliableBalance = getAvaliableBalance(); if (totoalAvaliableBalance.compareTo(amount) < 0) { throw new InsufficientBalanceException(...); } this.balance.subtract(amount); } // 信贷 public void credit(BigDecimal amount) { if (amount.compareTo(BigDecimal.ZERO) < 0) { throw new InvalidAmountException(...); } this.balance.add(amount); } }
为什么基于贫血模型的传统开发模式如此受欢迎?
第一点原因是,大部分情况下,我们开发的系统业务可能都比较简单,简单到就是基于SQL 的 CRUD 操作,所以,我们根本不需要动脑子精心设计充血模型;
第二点原因是,充血模型的设计要比贫血模型更加有难度,我们从一开始就要设计好针对数据要暴露哪些操作,定义哪些业务逻辑;
第三点原因是,思维已固化,转型有成本。基于贫血模型的传统开发模式经历了这么多年,已经深得人心、习以为常。
亮点1:将充血模型用在类目属性代码中,业务不停在拓展,如何高效兼容现有业务
问题1:值不值得变为充血模型。
demo如下所示:
问题2:后续拓展的需求,如何在DDD上补充代码呢?
DDD辩证思考与灵活应用
①要讨论的问题是:在基于充血模型的 DDD 开发模式中,将业务逻辑移动到Domain 中,Service类变得很薄,但在我们的代码设计与实现中,并没有完全将Service 类去掉,这是为什么?或者说,Service 类在这种情况下担当的职责是什么?哪些功能逻辑会放到 Service 类中?
Service 类主要有下面这样几个职责
1.Service 类负责与 Repository 交流。
- 不是让领域模型 xxx 与 Repository 打交道,那是因为我们想保持领域模型的独立性,不与任何其他层的代码(Repository 层的代码)或开发框架(比如 Spring、MyBatis)耦合在一起,将流程性的代码逻辑(比如从 DB 中取数据、映射数据)与领域模型的业务逻辑解耦,让领域模型更加可复用;
2、Service 类负责跨领域模型的业务聚合功能;
3、Service 类负责一些非功能性及与三方系统交互的工作。比如幂等、事务、发邮件、发消息、记录日志、调用其他系统的 RPC 接口等,都可以放到 Service 类中。
②在基于充血模型的 DDD 开发模式中,尽管 Service 层被改造成了充血模型,但是 Controller 层和 Repository 层还是贫血模型,是否有必要也进行充血领域建模呢?
答案是没有必要。Controller 层主要负责接口的暴露,Repository 层主要负责与数据库打交道,这两层包含的业务逻辑并不多,如果业务逻辑比较简单,就没必要做充血建模,即便设计成充血模型,类也非常单薄,看起来也很奇怪。
对于Repository 层Entity,一般来讲,我们把它传递到 Service 层之后,就会转化成 BO 或者 Domain 来继续后面的业务逻辑。Entity 的生命周期到此就结束了,所以也并不会被到处任意修改;
对于Controller 层VO,它主要是作为接口的数据传输承载体,将数据发送给其他系统。从功能上来讲,它理应不包含业务逻辑、只包含数据。
我对充血模型的看法就是:
1、它可以把原来最重的service逻辑拆分并且转移一部分逻辑,可以使得代码可读性略微提高;
2、模型充血以后,基于模型的业务抽象在不断的迭代之后会越来越明确,业务的细节会越来越精准,通过阅读模型的充血行为代码,能够极快的了解系统的业务,对于开发来说能说明显的提升开发效率。
7、常用的设计模式(代表了最佳实践 共23种,常用的14种)
掌握设计模式的五个层次
第一层:刚开始学编程不久,听说过什么是设计模式;
第二层:有长时间的编程经验,自己写了很多代码,其中用到了设计模式,但是自己却不知道;
第三层:学习过了设计模式,发现自己已经在使用了,并且发现一些新的模式挺好用的;✅
第四层:阅读了很多别人写的源码和框架, 在其中看到别人设计模式,并且能够领会设计模式的精妙和带来的好处
第五层: 代码写着写着,自己都没有意识到使用了设计模式,并且熟练的写了出来
总体来说设计模式分为三大类:
创建型模式(对对象创建过程中各种问题和解决方案的总结)
- 共5种:单例模式,工厂方法模式(抽象工厂模式),建造者模式,原型模式(不常用)
结构型模式(关注于类/对象 继承/组合方式)
- 共7种:代理模式,桥接模式,适配器模式,装饰器模式,外观模式(不常用),组合模式(不常用),享元模式(不常用)
行为型模式(是从类或对象之间交互/职责划分等角度总结的模式)
- 共11种:观察者模式,模板方法模式,策略模式,迭代器模式,责任链模式,状态模式,命令模式(不常用),备忘录模式(不常用),访问者模式(不常用),中介者模式(不常用),解释器模式(不常用)
- 总结
- 设计模式要干的事情就是解耦。
创建型模式是将创建和使用代码解耦,结构型模式是将不同功能代码解耦,行为型模式是将不同的行为代码解耦。
8、创建型设计模式
创建型设计模式包括:单例模式,工厂方法模式(抽象工厂模式),建造者模式,原型模式(不常用)。它主要解决对象的创建问题,封装复杂的创建过程,解耦对象的创建代码和使用代码。
8.1、单例设计模式一共有几种实现方式?请分别用代码实现,并说明各个实现方式的优点和缺点?
单例模式用来创建全局唯一的对象。
定义:一个类只允许创建一个对象(或者叫实例),那这个类就是一个单例类,这种设计模式就叫作单例模式。单例有几种经典的实现方式,它们分别是:饿汉式(两种)、懒汉式(三种)、双重检测、静态内部类、枚举(最佳实践)。
使用场景:①需要频繁的进行创建和销毁的对象、②创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即:重量级对象), 但又经常用到的对象、③工具类对象、④频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、 session工厂等)
Demo1、饿汉式:(关键词:静态常量)
public Class singleton{ // 1、私有化构造函数 private Singleton() {} // 2、内部直接创建对象 public static singleton instance = new singleton(); // 3、提供公有静态方法,返回对象实例 public static Singleton getInstance() { return instance; } } 优点:写法简单,避免线程同步问题 缺点:没有懒加载,可能造成内存浪费 不推荐. 使用场景:耗时的初始化操作,提前到程序启动时完成
Demo2、饿汉式(静态代码块)
public Class singleton{ // 1、私有化构造函数 private Singleton() {} //2.本类内部创建对象实例 private static Singleton instance; static { // 在静态代码块中,创建单例对象 instance = new Singleton(); } //3. 提供一个公有的静态方法,返回实例对象 public static Singleton getInstance() { return instance; } } 优点:写法简单,避免线程同步问题 缺点:没有懒加载,可能造成内存浪费 不推荐
Demo3、懒汉式(线程不安全)
class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} //提供一个静态的公有方法,当使用到该方法时,才去创建 instance public static Singleton getInstance() { if(instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } 优点:起到了懒加载的效果 缺点:只能在单线程环境使用, 不要使用
Demo4、懒汉式(线程安全)
class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} //提供一个静态的公有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题 public static synchronized Singleton getInstance() { if(instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } 优点:起到了懒加载的效果,解决了线程安全问题 缺点:效率低,不推荐
Demo5、懒汉式(线程安全,同步代码块)
class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton() {} //提供一个静态的公有方法,加入同步处理的代码,解决线程安全问题 public static Singleton getInstance() { if(singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } } 不推荐使用,并不能起到线程同步的作用
Demo6、双重锁校验 可以应用于连接池的使用中
public Class singleton{ private static Singleton instance; private Singleton() {} //提供一个静态的公有方法,加入双重检查代码,解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题 //同时保证了效率, 推荐使用 public static Singleton getInstance() { if(instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if(instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } 优点:Double-Check机制保证线程安全,效率高 推荐使用
Demo7、静态内部类
class Singleton { private static Singleton instance; //构造器私有化 private Singleton() {} //写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton private static class SingletonInstance { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } //提供一个静态的公有方法,直接返回SingletonInstance.INSTANCE public static Singleton getInstance() { return SingletonInstance.INSTANCE; } } 优点:JVM保证了线程安全,类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,效率高,推荐
Demo8、枚举 – 单例实现的最佳实践
enum Singleton { INSTANCE; //属性 public void sayOK() { System.out.println("ok"); } } // main方法来测试 public static void main(String[] args) { Singleton instance = Singleton.INSTANCE; instance.sayOK(); } 优点:使用枚举,可以实现单例,避免了多线程同步问题,还能防止反序列化重新创建新的对象,推荐
补充Demo9:java核心类库 Runtime 的单例实现(饿汉式)
//静态实例被声明为final,一定程度上保证了实例不被篡改 public class Runtime { private Runtime(){} private static final Runtime currentRuntime = new Runtime(); private static Version version; public static Runtime getRuntime(){ return currentRuntime; } }
Demo10: 获取 spi 单例
public class SpiProviderSelector { private static SpiProviderSelector instance = null; private SpiProviderSelector(){} /* 获取单例*/ public static SpiProviderSelector getInstance() { if(instance == null){ synchronized (SpiProviderSelector.class){ if(instance == null){ instance = new SpiProviderSelector(); } } } return instance; } }
单例模式缺点:
1、单例对 OOP 特性的支持不友好
- 对继承、多态特性支持不友好
2、单例对代码的可测试性不友好
- 硬编码方式,无法实现 mock 替换
3、单例不支持有参数的构造函数
Demo11:怎么在单例模式中给对象初始化数据?
public class Singleton { private static Singleton instance = null; private final int paramA; private final int paramB; private Singleton(int paramA, int paramB) { this.paramA = paramA; this.paramB = paramB; } public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { throw new RuntimeException("Run init() first."); } return instance; } public synchronized static Singleton init(int paramA, int paramB) { if (instance != null){ throw new RuntimeException("Singleton has been created!"); } instance = new Singleton(paramA, paramB); return instance; } } // 先init,再使用 getInstance() Singleton.init(10, 50); Singleton singleton = Singleton.getInstance()
单例模式的替代方案?
- 通过工厂模式、IOC 容器来保证全局唯一性。
Action:请问 Spring下的 bean 单例模式与设计模式(GOF)中的单例模式区别?可以作为面试题
- 它们关联的环境不同,单例模式是指在一个JVM进程中仅有一个实例,不管在程序中的何处获取实例,始终都返回同一个对象。
Spring单例是指一个Spring Bean容器(ApplicationContext)中仅有一个实例。
8.2、什么时候该用工厂模式?相对于直接 new 来创建对象,用工厂模式来创建究竟有什么好处呢?
概念:工厂模式用来创建不同但是相关类型的对象(继承同一父类或者接口的一组子类),由给定的参数来决定创建哪种类型的对象。
使用场景:如果创建对象的逻辑并不复杂,那我们直接通过 new 来创建对象就可以了,不需要使用工厂模式。用到大量的创建某种、某类或者某批对象时,考虑使用工厂模式。
工厂模式的作用:将实例化对象的代码提取出来,放到一个类中统一管理和维护,达到和主项目的依赖关系解耦。从而提高项目的扩展和维护性。
Demo1:简单工厂使用示例(规则校验器)
@Component public class RuleValidatorFactory { @Autowired private ArRuleValidator aValidator; @Autowired private BRuleValidator bValidator; @Autowired private CRuleValidator cValidator; @Autowired private DRuleValidator dValidator; public IBaseValidator createRuleValidator(ValidatorModeEnum validatorModeEnum) { switch (validatorModeEnum) { case NAME: return aValidator; case DETAIL: return bValidator; case MAIN_IMG: return cValidator; case CATEGORY_ATTR: return dValidator; } throw new ServiceException("校验模式不存在"); } } //调用该工厂模式的方法 IBaseValidator baseValidator = ruleValidatorFactory.ruleValidator(mode); List<String> result = baseValidator.validateItemRule(validatorModeEnum);
工厂方法模式:
- 1、普通工厂:建立一个工厂类,对实现了同一接口的一些类进行实例的创建
- 2、多个工厂方法模式 :在普通工厂方法模式中,如果传递的字符串出错,则不能正确创建对象,而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法,分别创建对象。
- 3、静态工厂方法:上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的,不需要创建实例,直接调用即可。
- 4、抽象工厂模式:围绕一个超级工厂创建多个工厂类,这样一旦需要增加新的功能,直接增加新的工厂类就可以了,不需要修改之前的代码。
- 防止工厂过多,对工厂类做了一层抽象
Demo2:使用是单例模式结合工厂模式
解决每次调用工厂类都会创建新对象的问题
public class RuleValidatorFactory { private static final Map<String, IBaseValidator> cachedParsers = new HashMap<>(); // 定义一个静态代码块,存储对象 static { cachedParsers.put(NAME, new ArRuleValidator()); cachedParsers.put(DETAIL, new BRuleValidator()); cachedParsers.put(MAIN_IMG, new CRuleValidator()); cachedParsers.put(CATEGORY_ATTR, new DRuleValidator()); } public IBaseValidator createRuleValidator(ValidatorModeEnum validatorModeEnum) { return cachedParsers.get(validatorModeEnum); } throw new ServiceException("校验模式不存在"); } }
Demo3 工厂模式在JDK-Calendar的应用
public static Calendar getInstance(){ return createCalendar(TimeZone.getDefault(),Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT)); } private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,Locale aLocale) { if (provider != null) { try { return provider.getInstance(zone, aLocale);//默认方式获取 } catch (IllegalArgumentException iae) { // fall back to the default instantiation } } Calendar cal = null; if (aLocale.hasExtensions()) { String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca"); if (caltype != null) { switch (caltype) { case "buddhist": cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale); break; case "japanese": cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale); break; case "gregory": cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale); break; } } } } public class SimpleFactory { public static void main(String[] args) { Calendar cal = Calendar.getInstance(); // 注意月份下标从0开始,所以取月份要+1 System.out.println("年:" + cal.get(Calendar.YEAR)); System.out.println("月:" + (cal.get(Calendar.MONTH) + 1)); System.out.println("日:" + cal.get(Calendar.DAY_OF_MONTH)); System.out.println("时:" + cal.get(Calendar.HOUR_OF_DAY)); System.out.println("分:" + cal.get(Calendar.MINUTE)); System.out.println("秒:" + cal.get(Calendar.SECOND)); } }
使用了工厂模式的组件:DateFormat String
工厂模式最佳实践
都使用抽象工厂模式,按照产品族维度来建立工厂,如果只有一个产品那么工厂中就一个方法,如果有多个产品就多个方法。
工厂模式一个非常经典的应用场景:依赖注入框架
比如 SpringIOC、Google Guice,它用来集中创建、组装、管理对象,跟具体业务代码解耦,让程序员聚焦在业务代码的开发上。
Demo4 使用工厂模式实现 Spring BeanFactory?
工厂类:负责某个类对象或者某一组相关类对象(继承自同一抽象类或者接口的子类)的创建;
DI 容器:负责的是整个应用中所有类对象的创建。
- 它的功能:①配置解析 ②对象创建 ③对象生命周期管理
第一步,配置解析
DI 容器来创建的类对象和创建类对象的必要信息放到配置文件中。容器读取配置文件,根据配置文件提供的信息来创建对象。
Spring 容器的配置文件。Spring 容器读取这个配置文件,解析出要创建的两个对象:rateLimiter 和 redisCounter,并且得到两者的依赖关系:rateLimiter 依
赖 redisCounter。
public class RateLimiter { private RedisCounter redisCounter; public RateLimiter(RedisCounter redisCounter) { this.redisCounter = redisCounter; } public void test() { System.out.println("Hello World!"); } //... } public class RedisCounter { private String ipAddress; private int port; public RedisCounter(String ipAddress, int port) { this.ipAddress = ipAddress; this.port = port; } //... }
Spring 配置文件beans.xml:
<beans> <bean id="rateLimiter" class="com.xzg.RateLimiter"> <constructor-arg ref="redisCounter"/> </bean> <bean id="redisCounter" class="com.xzg.redisCounter"> <constructor-arg type="String" value="127.0.0.1"> <constructor-arg type="int" value=1234> </bean> </beans>
对象创建
将所有类对象的创建都放到一个BeansFactory工厂类中完成就可以了,通过“反射”机制,它能在程序运行的过程中,动态地加载类、创建对象,不需要事先在代码中写死要创建哪些对象。
对象的生命周期管理
简单工厂模式有两种实现方式,一种是每次都返回新创建的对象,另一种是每次都返回同一个事先创建好的对象,也就是单例对象。
在 Spring 框架中,①我们可以通过配置 scope 属性,来区分这两种不同类型的对象。scope=prototype 表示返回新创建的对象,scope=singleton 表示返回单例对象。
②配置对象是否支持懒加载。如果 lazy-init=true,对象在真正被使用到的时候才会被创建。
③配置对象的 init-method (初始化对象) 和 destroy-method (做清理工作)方法
如何使用 BeanFactory?
从 classpath 中加载 XML 格式的配置文件,然后通过 BeanConfigParser 解析为统一的 BeanDefinition 格式,然后,BeansFactory 根据 BeanDefinition 来创建对象。
public class Demo { public static void main(String[] args) { ApplicationContext applicationContext = new ClassPathXmlApplicationContext("beans.xml"); RateLimiter rateLimiter = (RateLimiter) applicationContext.getBean("rateLimiter"); rateLimiter.test(); //... } } public interface ApplicationContext { Object getBean(String beanId); } public class ClassPathXmlApplicationContext implements ApplicationContext { private BeansFactory beansFactory; private BeanConfigParser beanConfigParser; public ClassPathXmlApplicationContext(String configLocation) { this.beansFactory = new BeansFactory(); this.beanConfigParser = new XmlBeanConfigParser(); loadBeanDefinitions(configLocation); } private void loadBeanDefinitions(String configLocation) { InputStream in = null; try { in = this.getClass().getResourceAsStream("/" + configLocation); if (in == null) { throw new RuntimeException("Can not find config file: " + configLocation); } // 推荐看 spring 源码 List<BeanDefinition> beanDefinitions = beanConfigParser.parse(in); beansFactory.addBeanDefinitions(beanDefinitions); } finally { if (in != null) { try { in.close(); } catch (IOException e) { // TODO: log error } } } } @Override public Object getBean(String beanId) { return beansFactory.getBean(beanId); } } public class BeanDefinition { private String id; private String className; private List<ConstructorArg> constructorArgs = new ArrayList<>(); private Scope scope = Scope.SINGLETON; private boolean lazyInit = false; // 省略必要的getter/setter/constructors public boolean isSingleton() { return scope.equals(Scope.SINGLETON); } public static enum Scope { SINGLETON, PROTOTYPE } public static class ConstructorArg { private boolean isRef; private Class type; private Object arg; // 省略必要的getter/setter/constructors } }
BeansFactory 的定义 负责根据从配置文件解析得到的 BeanDefinition 来创建对象
JVM 在启动的时候会根据代码自动地加载类、创建对象。至于都要加载哪些类、创建哪些对象,这些都是在代码中写死的,或者说提前写好的。但是,如果某个对象的创建并不是写死在代码中,而是放到配置文件中,我们需要在程序运行期间,动态地根据配置文件来加载类、创建对象(Java反射技术)。
public class BeansFactory { // 用于保存单例对象 scope == singleton,下次直接从 Map 中取数据 private ConcurrentHashMap<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(); private ConcurrentHashMap<String, BeanDefinition> beanDefinitions = new ConcurrentHashMap<>(); public void addBeanDefinitions(List<BeanDefinition> beanDefinitionList) { for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitionList) { this.beanDefinitions.putIfAbsent(beanDefinition.getId(), beanDefinition) } for (BeanDefinition beanDefinition : beanDefinitionList) { // 非懒加载 且为单例 ---》 饿汉式单例 if (beanDefinition.isLazyInit() == false && beanDefinition.isSingleton()) createBean(beanDefinition); } } public Object getBean(String beanId) { BeanDefinition beanDefinition = beanDefinitions.get(beanId); if (beanDefinition == null) { throw new NoSuchBeanDefinitionException("Bean is not defined: " + beanId); } return createBean(beanDefinition); } @VisibleForTesting protected Object createBean(BeanDefinition beanDefinition) { // 单例 if (beanDefinition.isSingleton() && singletonObjects.containsKey(beanDefinition.getId())) { return singletonObjects.get(beanDefinition.getId()); } Object bean = null; try { // 非单例 or singletonObjects 不包含时,通过反射加载类,创建对象 Class beanClass = Class.forName(beanDefinition.getClassName()); List<BeanDefinition.ConstructorArg> args = beanDefinition.getConstructorArg(); if (args.isEmpty()) { bean = beanClass.newInstance(); } else { Class[] argClasses = new Class[args.size()]; Object[] argObjects = new Object[args.size()]; for (int i = 0; i < args.size(); ++i) { BeanDefinition.ConstructorArg arg = args.get(i); if (!arg.getIsRef()) { argClasses[i] = arg.getType(); argObjects[i] = arg.getArg(); } else { BeanDefinition refBeanDefinition = beanDefinitions.get(arg.getArg()); if (refBeanDefinition == null) { throw new NoSuchBeanDefinitionException("Bean is not defined: " + } argClasses[i] = Class.forName(refBeanDefinition.getClassName()); // 递归调用 argObjects[i] = createBean(refBeanDefinition); } } bean = beanClass.getConstructor(argClasses).newInstance(argObjects); } } catch (ClassNotFoundException | IllegalAccessException | InstantiationException | NoSuchMethodException | InvocationTarget throw new BeanCreationFailureException("", e); } if (bean != null && beanDefinition.isSingleton()) { singletonObjects.putIfAbsent(beanDefinition.getId(), bean); return singletonObjects.get(beanDefinition.getId()); } return bean; } }
好处是:对象创建、组装、管理完全有 DI 容器来负责,跟具体业务代码解耦
Action:递归调用可能会导致了循环依赖,Spring 如何解决 A 和 B 对象的循环引用?
(1)只能处理单例的、setter 注入的循环依赖,其他的注入模式无法处理;
(2)依赖缓存处理循环依赖,关键思想是,将正在创建中的对象提前暴露一个单例工厂,让其他实例可以引用到。
可以参考这篇文章:Spring 源码学习(五)循环依赖
8.3、Builder 设计模式 将产品和产品建造过程解耦
定义:Builder 模式用来创建复杂对象,可以通过设置不同的可选参数,“定制化”地创建不同的对象。将复杂对象的建造过程抽象出来。
Builder模式的四个角色
①Product(产品角色):一个具体的产品对象
②Builder(抽象建造者):创建一个Product对象的各个部件指定的 接口/抽象类
③ConcreteBuilder(具体建造者): 实现接口,构建和装配各个部件。
④Director(指挥者): 构建一个使用Builder接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用,一是:隔离了客户与对象的生产过程,二是:负责控制产品对象的生产过程。
使用场景:
之前的做法:构建对象时必填项使用有参构造函数,非必填属性使用 set() 方法
现在:
1、当一个类的构造函数参数个数超过4个,而且这些参数有些是可选的参数;
2、类的属性之间有一定的依赖关系或者约束条件;
3、如果我们希望创建不可变对象,也就是说,不能在类中暴露 set() 方法。
Demo1:Builder 模式如何使用
public class ResourcePoolConfig { private String name; // 最大资源数 private int maxTotal; // 最大空闲资源数 private int maxIdle; // 最小空闲资源数 private int minIdle; private ResourcePoolConfig(Builder builder) { this.name = builder.name; this.maxTotal = builder.maxTotal; this.maxIdle = builder.maxIdle; this.minIdle = builder.minIdle; } //...省略getter方法... //我们将Builder类设计成了ResourcePoolConfig的内部类。 public static class Builder { private static final int DEFAULT_MAX_TOTAL = 8; private static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8; private static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0; private String name; private int maxTotal = DEFAULT_MAX_TOTAL; private int maxIdle = DEFAULT_MAX_IDLE; private int minIdle = DEFAULT_MIN_IDLE; public ResourcePoolConfig build() { // 校验逻辑放到这里来做,包括必填项校验、依赖关系校验、约束条件校验等 if (StringUtils.isBlank(name)) { throw new IllegalArgumentException("..."); } if (maxIdle > maxTotal) { throw new IllegalArgumentException("..."); } if (minIdle > maxTotal || minIdle > maxIdle) { throw new IllegalArgumentException("..."); } return new ResourcePoolConfig(this); } public Builder setName(String name) { if (StringUtils.isBlank(name)) { throw new IllegalArgumentException("..."); } this.name = name; return this; } public Builder setMaxTotal(int maxTotal) { if (maxTotal <= 0) { throw new IllegalArgumentException("..."); } this.maxTotal = maxTotal; return this; } public Builder setMaxIdle(int maxIdle) { if (maxIdle < 0) { throw new IllegalArgumentException("..."); } this.maxIdle = maxIdle; return this; } public Builder setMinIdle(int minIdle) { if (minIdle < 0) { throw new IllegalArgumentException("..."); } this.minIdle = minIdle; return this; } } } } // Builder 模式的使用 // 符合面向对象的封装原则 ResourcePoolConfig config = new ResourcePoolConfig.Builder() .setName("dbconnectionpool") .setMaxTotal(16) .setMaxIdle(10) .setMinIdle(12) .build();
Demo2 借助 Lombok 中的 @Builder 注解实现建造者模式
@Data @Builder @AllArgsConstructor @NoArgsConstructor public class ZcyStandardTransferLog implements Serializable { /** 自定义主键*/ private Long id; /** 迁移相关id spuId*/ private Long relatedId; /** 枚举值: */ private Integer type; /**枚举值:0 offLine 下架;1 freeze 冻结;2 delete 删除 3 上架 online*/ private Integer operateType; /** 日志详情*/ private String detail; /** 创建人id*/ private Long creatorId; /** 创建时间*/ private Date createdAt; }
创建了一个名为 ZcyStandardTransferLogBuilder 的静态内部类, 并且具有和实体类相同的属性(称为构建器).
1: 对于目标类中的所有的属性, 都会在构建器中创建对应的属性.
2: 创建一个无参的default构造方法.
3: 对于实体类中的每个参数, 都会对应创建类似于setter方法, 但是方法名是与该参数名是相同的, 并且返回值是构建器本身(便于链式调用).
4: 一个build方法, 调用此方法, 就会根据设置的值进行创建对象实例.
5: 同时也会生成一个toString() 方法.
6: 会创建一个builder()方法, 它的目的是用来创建构建器.
补充:builder中的常用注解
Demo3 建造者模式在JDK的应用和源码分析
java.lang.StringBuilder中的建造者模式,将append()逻辑放在抽象父类中,然后返回this
@Override public StringBuilder append(String str) { super.append(str); return this; } // StringBuilder 的父类 public AbstractStringBuilder append(String str) { if (str == null) return appendNull(); int len = str.length(); ensureCapacityInternal(count + len); str.getChars(0, len, value, count); count += len; return this; } // AbstractStringBuilder 的接口 // 因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者, 用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象 public interface Appendable { Appendable append(CharSequence csq) throws IOException; Appendable append(CharSequence csq, int start, int end) throws IOException; Appendable append(char c) throws IOException; } // StringBuilder 的使用 stringBuilder.append("属性项【").append(entry.getKey()).append("】长度不允许超出 (").append(entry.getValue()).append(")字符,");
工厂模式和 Builder 模式的区别?
- 工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象,工厂模式是用来创建不同但是相关类型的对象;
- Builder 模式是用来创建一种类型的复杂对象,通过设置不同的可选参数,“定制化”地创建不同的对象
8.4、原型设计模式的深拷贝和浅拷贝是什么,并写出深拷贝的两种方式的源码
概念:如果对象的创建成本比较大(复杂的RPC/IO计算),而同一个类的不同对象之间差别不大(大部分字段都相同),在这种情况下,我们可以利用对已有对象(原型)进行复制(或者叫拷贝)的方式,来创建新对象,以达到节省创建时间的目的。这种基于原型来创建对象的方式就叫作原型模式。
Java中:Java中Object类是所有类的根类, Object类提供了一个clone()方法,该方法可以
将一个Java对象复制一份,但是需要实现clone的Java类必须要实现一个接口Cloneable,
该接口表示该类能够复制且具有复制的能力。 (浅拷贝,不实用)
原型模式的实现方式–深拷贝和浅拷贝:浅拷贝只会复制对象中基本数据类型数据和引用对象的内存地址,不会递归地复制引用对象,以及引用对象的引用对象……而深拷贝得到的是一份完完全全独立的对象。所以,深拷贝比起浅拷贝来说,更加耗时,更加耗内存空间。
深拷贝实现方案:1、使用Spring的BeanUtils工具类(原理是Java的反射语法) 2、使用Json序列化工具(推荐)
Demo1:重写Object的clone方法实现深拷贝,使用序列化来实现深拷贝
public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{ public String name; //String 属性 public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型 public DeepProtoType() { super(); } //深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法 @Override protected Object clone() throws CloneNotSupportedException { Object deep = null; //这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆 deep = super.clone(); //对引用类型的属性,进行单独处理 DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep; deepProtoType.deepCloneableTarget = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone(); return deepProtoType; } //深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐) public Object deepClone() { //创建流对象 ByteArrayOutputStream bos = null; ObjectOutputStream oos = null; ByteArrayInputStream bis = null; ObjectInputStream ois = null; try { //序列化 bos = new ByteArrayOutputStream(); oos = new ObjectOutputStream(bos); oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出 //反序列化 bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); ois = new ObjectInputStream(bis); DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject(); return copyObj; } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); return null; } finally { //关闭流 try { bos.close(); oos.close(); bis.close(); ois.close(); } catch (Exception e2) { // TODO: handle exception System.out.println(e2.getMessage()); } } } } //深拷贝工具1 springframework BeanUtil 原理:反射 BeanUtils.copyProperties(source, target, "id", "updatedAt", "updatedId", "updatedName"); //深拷贝工具2 Dozer工具 List<AttachmentDTO> attachmentDtos = DozerBeanUtil.convertList(xxx.getAttachments(), attachmentDTO.class); //深拷贝工具3 AnyBeanCopy工具 原理:json序列化 推荐 Person personCopy = AnyBeanCopyUtils.convert(person, Person.class);
2、请使用UML类图画出原型模型核心角色? 原理结构图
1)原型类,声明一个克隆自己的接口
2) ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作
3) Client: 让一个原型对象克隆自己,从而创建一个新的对象(属性一样)
Action:原型设计模式和 Spring 原型区别在哪?面试题
区别 | Spring | GOF |
对象类型 | 根据Bean定义来创建对象 | 用原型实例指定创建对象类型 |
创建方式 | 根据Bean定义创建对象 | 通过拷贝原型创建对象 |
友好方式 | 非侵入式 | 侵入式 |
Demo2 Spring 框架哪些地方使用了原型模式,并对源码进行分析?
beans.xml
<bean id="id01" class="com.spring.bean.Monster" scope="prototype"/>
public void main (){ ApplicationContext applicationContext = newClassPathXmlApplicationContext("beans.xml"); //获取monster[通过id获取monster] Object bean = applicationContext.getBean("id01"); System.out.println("bean" + bean); } // 在源码的 doGetBean 方法里面进行了判断 else if (mbd.isPrototype()) { // It's a prototype -> create a new instance. Object prototypeInstance = null; try { beforePrototypeCreation(beanName); // 进入了原型模式的对象创建 prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args); } finally { afterPrototypeCreation(beanName); } bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd); }
原型模式使用踩坑
1、不要使用Common包里面的BeanUtils工具类
2、在日常开发中,注意对象里面的字段被修改的情况,使用深拷贝避免该问题。
创建型设计模式总结:
Action:使用双重锁校验的单例模式时,使用需要在成员变量前加上 volatile 关键字?
- 暂时在成员变量里加上 volatile,防止指令重排,确保没有问题。