Java 之 设计模式

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​​

1. ​​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）。

2. ​​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）。

3. ​​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()）。

4. ​​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​​

1. ​​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）。

2. ​​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。

3. ​​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。

4. ​​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。

  4. ​​开源框架中的应用​​

• ​​Retrofit​​：Converter.Factory根据接口返回类型选择数据解析器（如GsonConverterFactory）。

• ​​Glide​​：ModelLoaderFactory根据数据类型（URL、File等）创建对应的资源加载器