Java 设计模式：单例、工厂与代理模式

在 Java 编程中，设计模式是解决常见问题的优秀方案。本文将深入剖析单例模式、工厂模式和代理模式。

一、单例模式

单例模式确保一个类只有一个实例。

1. 饿汉式

程序启动时就进行单例对象的初始化，无论是否被使用。线程安全但可能浪费资源。

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

    private Singleton() {}

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2);
    }
}

2. 懒汉式

延迟加载，单例对象在首次访问时才初始化，节省了资源。

public class Singleton2 {
    private static Singleton2 instance;

    private Singleton2() {}

    public static Singleton2 getSingleton() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

二、工厂模式

工厂模式定义一个创建对象的接口，使创建对象的过程和使用对象的过程分离。

• 创建工厂接口（抽象工程）

public interface UserFactory {
    User createUser(String name, int age);
}

• 实现具体工厂

public class AdminFactory implements UserFactory {
    @Override
    public User createUser(String name, int age) {
        return new AdminUser(name, age);
    }
}

public class NormalFactory implements UserFactory {
    @Override
    public User createUser(String name, int age) {
        return new NormalUser(name, age);
    }
}

• 使用方式

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 管理员
        UserFactory adminFactory = new AdminFactory();
        User admin = adminFactory.createUser("baby", 10);

        // 用户
        UserFactory normalFactory = new NormalFactory();
        User normal1 = normalFactory.createUser("lisy", 12);
        User normal2 = normalFactory.createUser("long", 14);
    }
}

在工厂方法模式中，每种用户类型都有自己的工厂类。要添加新的用户类型，只需创建新的工厂类，无需修改现有代码。代码不会重复，创建对象的过程封装到了工厂当中更加解耦。

三、代理模式

一个类代表另一个类的功能，通过代理对象来控制实际对象的访问，相当于中介。

• User 类

public abstract class User {
    protected String name;
    protected int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public abstract void menu();
}

• NormalUser 和 AdminUser 类的结构如下

public class AdminUser extends User {
    public AdminUser(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void menu() {
        System.out.println("管理员菜单");
    }

    public void addBook(String bookName) {
        System.out.println("普通用户" + name + "借阅了" + bookName);
    }
}

public class NormalUser extends User {
    public NormalUser(String name, int age) {
        super(name, age);
    }

    @Override
    public void menu() {
        System.out.println("普通用户的菜单");
    }

    public void borrowBook(String bookName) {
        System.out.println("普通用户" + name + "借阅了" + bookName);
    }
}

• 代理类结构

在该代理类中对 borrowBook、returnBook 方法提供了代理 ProxyUser 为不同类型的 User 提供代理。

public class ProxyUser {
    private User realUser;

    public ProxyUser(User user) {
        this.realUser = user;
    }

    public void menu() {
        this.realUser.menu();
    }

    public void borrowBook(String bookName) {
        System.out.println("检查用户权限");
        if (this.realUser instanceof NormalUser) {
            ((NormalUser) this.realUser).borrowBook(bookName);
        } else {
            System.out.println("没有权限借阅");
        }
    }

    public void addBook(String bookName) {
        System.out.println("检查用户权限");
        if (this.realUser instanceof AdminUser) {
            ((AdminUser) this.realUser).addBook(bookName);
        } else {
            System.out.println("没有权限上架");
        }
    }
}

public static void main(String[] args) {
    UserFactory adminFactory = new AdminFactory();
    User admin = adminFactory.createUser("baby", 10);
    UserFactory normalFactory = new NormalFactory();
    User normal1 = normalFactory.createUser("lisy", 12);

    // 代理模式
    ProxyUser proxyAdminUser = new ProxyUser(admin);
    proxyAdminUser.borrowBook("图书 1");

    ProxyUser proxyNormalUser = new ProxyUser(normal1);
    proxyNormalUser.addBook("图书 1");
    proxyNormalUser.borrowBook("图书 1");
    proxyNormalUser.borrowBook("图书 2");
}

总结

设计模式不是银弹，而是解决特定问题的优秀思路。在实际开发中，我们要根据具体场景选择合适的设计模式，让代码更加优雅、可维护。