浅析Java设计模式编程中的单例模式和简单工厂模式

单例模式
动机
有时候只有一个类的实例是很重要的。比如，一个系统应该只有一个窗口管理实例。

单例模式是最简单设计模式：类负责实例化自己，确保只有一个实例，并且提供一个访问这个实例的入口。

目的
1. 确保只有一个实例被创建。
2. 提供访问这个实例的入口。

使用final确保被创建一次，private的构造函数确保不被实例化。public的getInstance方法确保外部能够访问。下面是饿汉模式：

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

  private Singleton() {} 

  public static Singleton getInstance() {
    return instance;
  }
}

懒汉模式：

public class SingletonDemo {
    private static volatile SingletonDemo instance = null; 

    private SingletonDemo() {    } 

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

适用场景和实例
1. Logger类，防止每次打印log的使用都创建一个Logger实例。
2. 控制类，一般整个系统都只有一个控制实例。

具体问题和实现
1. 线程安全，健壮的单例模式应该是线程安全的。
2. 懒汉模式使用了双重锁机制。
3. 饿汉模式使用静态变量，在程序加载时就实例化，保证了只有一个实例。
4. 抽象工厂和工厂方法通常被设计成单例模式，以保证只有一个工厂。
5. 使用序列化和反序列化时，会有多个实例被创建，使用readResolve函数避免这个情况，不过最好是不要使用序列化。

   public class Singleton implements Serializable {
... 

// This method is called immediately after an object of this class is deserialized.
// This method returns the singleton instance.
protected Object readResolve() {
  return getInstance();
}
}

关键点
1. 在多线程的程序中，要注意数据的同步。
2. 序列化时要使用readResolve方法返回实例，避免多个对象被创建。
3. 如果被多个类加载器加载时，会有多个实例被创建。

简单工厂模式
动机
简单工厂模式是抽象工厂和工厂方法的基础和初步实现。

目的
1. 不向客户透露对象实例化的细节。
2. 通过通用接口创建对象。

实现

实现非常简单：
1. Client需要Product时，不使用new来创建，而是提供 Product 描述给Factory，让 Factory 提供一个新的 Product 。
2. Factory实例化一个Product给Client。
3. Client使用抽象Product，而不关心Product的具体实现。

实例
1. 绘制形状的绘图程序。形状就是Product接口，三角形这些是Concrete Product，我们可以创建一个工厂，然后根据客户的描述创建对于的产品。不过添加新的形状时，我们需要修改工厂类。

具体问题和实现
1. 添加新产品时，需要修改工厂。

public class ProductFactory{
  public Product createProduct(String ProductID){
    if (id==ID1)
      return new OneProduct();
    if (id==ID2)
      return new AnotherProduct();
    ... // so on for the other Ids 

    return null; //if the id doesn't have any of the expected values
  }
  ...
}

一般我们通过if语句判断产品描述，并实例化不同的产品，有新的产品时，我们需要增加新的判断。通过抽象工厂模式可以解决这个问题。

总结
1. 当你确实需要工厂模式时才使用，不然只是增加程序的复杂度，比如多种对象有相似的基本类型时，可以考虑使用简单工厂模式来统一创建对象。
2. 简单工厂有比较多的判断分支语句，违反了开闭原则的对修改关闭的原则，所以，明智的做法是，对一些固定和简单程序使用简单工厂模式，对一些复杂和需要经常扩展的程序，使用抽象工厂模式或者工厂方法模式。