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Java 之设计模式

ops 2025/8/12 17:03:19

1.单例模式

1. 饿汉式（Eager Initialization）

核心原理：类加载时立即创建实例，通过静态变量直接初始化。
代码示例：

public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {} // 私有构造public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}
}

特点：
- ✅ 线程安全：JVM 类加载机制保证唯一实例。
- ❌ 非延迟加载：实例在类加载时创建，若未被使用则浪费资源。
适用场景：实例小、启动时即需使用的场景（如配置管理器）

2. 懒汉式（Lazy Initialization）

(1) 基础版（线程不安全）

代码示例：

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton(); // 多线程下可能重复创建}return instance;}
}

问题：多线程并发时可能创建多个实例

3. 双重检查锁（Double-Checked Locking, DCL）

volatile在DCL中的两个核心作用：禁止指令重排序和保证内存可见性

核心优化：减少同步次数，兼顾性能与线程安全。
代码示例：

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

关键点：

✅ 延迟加载：实例在首次调用时创建。
✅ 高效同步：仅首次创建时加锁。
⚠️ 需 volatile：防止指令重排序导致未初始化对象被使用（JDK 1.5+ 生效）

4. 静态内部类（Static Inner Class）

原理：利用 JVM 类加载机制，内部类首次调用时才加载并初始化实例。
代码示例：

public class Singleton {private Singleton() {}private static class Holder {static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return Holder.INSTANCE;}
}

点：
- ✅ 线程安全：类加载过程由 JVM 保证同步。
- ✅ 延迟加载：无额外同步开销。
局限：无法通过参数初始化实例

2.生产者-消费者模式

生产者-消费者模式是一种经典的并发设计模式，用于解决生产者和消费者线程之间的资源协作问题。其核心是通过共享缓冲区（BlockingQueue）解耦生产与消费逻辑，平衡两者的处理速度差异。以下是该模式的实现方式、关键要点及最佳实践

1.核心实现方式

1. 基础版：wait()/notifyAll()

通过 synchronized块和 wait()/notifyAll()手动控制线程协作

public class Buffer {private Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();private int capacity = 10;public synchronized void produce(int value) throws InterruptedException {while (queue.size() == capacity) { // 缓冲区满时等待wait();}queue.offer(value);notifyAll(); // 唤醒所有等待线程}public synchronized int consume() throws InterruptedException {while (queue.isEmpty()) { // 缓冲区空时等待wait();}int value = queue.poll();notifyAll(); // 唤醒生产者return value;}
}

2.核心组件与原理

生产者
- 负责生成数据（如网络请求结果、传感器数据）并存入缓冲区。
- 当缓冲区满时，生产者线程自动阻塞（避免资源浪费）。
消费者
- 从缓冲区取出数据并处理（如更新 UI、保存到数据库）。
- 当缓冲区空时，消费者线程自动阻塞（避免空转）。
缓冲区
- 作为数据中转站，通常用线程安全队列实现（如 BlockingQueue）。
- 特性：容量限制、线程安全的存取操作（put()/take()）。
同步机制
- 确保生产者和消费者不会同时操作缓冲区导致数据竞争（如队列空/满时的阻塞唤醒）

3.Android 典型应用场景

异步任务管理
- 生产者：后台线程下载图片 → 消费者：主线程更新 UI。
- 示例：HandlerThread+ Handler实现任务队列（生产者投递任务，Looper消费任务）。
数据流处理
- 生产者：摄像头采集帧 → 消费者：子线程进行图像识别。
高并发请求控制
- 限制同时处理的网络请求数量（如线程池任务队列。
跨进程通信
- 通过 IntentService或 WorkManager实现后台任务生产与消费

3.工厂模式

1. 简单工厂模式（静态工厂）

核心：一个工厂类根据参数创建不同对象。
Android应用：
- BitmapFactory：通过decodeResource()、decodeFile()等方法，根据资源类型自动创建Bitmap，隐藏JPEG/PNG等格式的解码细节。
- 通知创建：统一工厂根据类型生成不同样式通知（如基础通知、大图通知）。

2. 工厂方法模式（子类决策）

核心：定义抽象工厂接口，由子类实现具体对象创建。
Android应用：
- LayoutInflater：
  - 系统通过onCreateView()抽象方法，让子类决定如何创建View。
  - 自定义场景：通过setFactory2()替换系统控件（如全局将TextView替换为AppCompatTextView），实现兼容性适配。
- RecyclerView：onCreateViewHolder()由子类决定创建哪种ViewHolder，解耦视图类型与适配器逻辑。

3. 抽象工厂模式（产品家族）

核心：创建一组相关对象（如整套UI组件）。
Android应用：
- Resources体系：根据设备配置（分辨率、语言）自动加载匹配的Drawable、字符串等资源，不同ResourcesImpl生产当前环境所需的资源家族。
- 主题切换：为深色/浅色模式提供配套的按钮、文本框等UI组件。