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設計模式在JDK原始碼中的應用

2021-02-19 16:46:17 後端開發

目錄

一 工廠模式

二 Builder 模式

三 裝飾器模式

四 模板模式

五 單例模式


一 工廠模式

  • 工廠類都是以 Factory 作為后綴來命名,
  • 工廠類的功能主要就是創建物件,

是不是所有的工廠模式中都以 Factory 作為后綴來命名呢?

不是的,我們以 java.util.Calendar 為例,


public abstract class Calendar implements Serializable, Cloneable, Comparable<Calendar> {
  //...
  public static Calendar getInstance(TimeZone zone, Locale aLocale){
    return createCalendar(zone, aLocale);
  }

  private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,Locale aLocale) {
    CalendarProvider provider = LocaleProviderAdapter.getAdapter(
        CalendarProvider.class, aLocale).getCalendarProvider();
    if (provider != null) {
      try {
        return provider.getInstance(zone, aLocale);
      } 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;
        }
      }
    }
    if (cal == null) {
      if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
        cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
      } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja" && aLocale.getCountry() == "JP") {
        cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
      } else {
        cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
      }
    }
    return cal;
  }
  //...
}

上面代碼中的 getInstance() 方法就是 Calendar 類的工廠方法,該方法可以根據不同 TimeZone 和 Locale 創建不同的 Calendar 子類物件,

為什么 Calendar 類是工廠類,卻不以 Factory 作為后綴來命名呢?

因為 Calendar 不僅僅是一個工廠類,Calendar 類除了創建物件外,還有很多其他的功能,所以沒有用 Factory 作為后綴來命名,是不是感覺實際的應用更靈活,

二 Builder 模式

一般來說,Builder 模式有兩種實作方式:

  • 一種是單獨定義一個 Builder 類,
  • 一種是將 Builder 實作為原始類的內部類,

我們還是以 Calendar 來說明 Builder 模式的使用:


public abstract class Calendar implements Serializable, Cloneable, Comparable<Calendar> {
  //...
  public static class Builder {
    private static final int NFIELDS = FIELD_COUNT + 1;
    private static final int WEEK_YEAR = FIELD_COUNT;
    private long instant;
    private int[] fields;
    private int nextStamp;
    private int maxFieldIndex;
    private String type;
    private TimeZone zone;
    private boolean lenient = true;
    private Locale locale;
    private int firstDayOfWeek, minimalDaysInFirstWeek;

    public Builder() {}
    
    public Builder setInstant(long instant) {
        if (fields != null) {
            throw new IllegalStateException();
        }
        this.instant = instant;
        nextStamp = COMPUTED;
        return this;
    }
    //...省略n多set()方法
    
    public Calendar build() {
      if (locale == null) {
        locale = Locale.getDefault();
      }
      if (zone == null) {
        zone = TimeZone.getDefault();
      }
      Calendar cal;
      if (type == null) {
        type = locale.getUnicodeLocaleType("ca");
      }
      if (type == null) {
        if (locale.getCountry() == "TH" && locale.getLanguage() == "th") {
          type = "buddhist";
        } else {
          type = "gregory";
        }
      }
      switch (type) {
        case "gregory":
          cal = new GregorianCalendar(zone, locale, true);
          break;
        case "iso8601":
          GregorianCalendar gcal = new GregorianCalendar(zone, locale, true);
          // make gcal a proleptic Gregorian
          gcal.setGregorianChange(new Date(Long.MIN_VALUE));
          // and week definition to be compatible with ISO 8601
          setWeekDefinition(MONDAY, 4);
          cal = gcal;
          break;
        case "buddhist":
          cal = new BuddhistCalendar(zone, locale);
          cal.clear();
          break;
        case "japanese":
          cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, locale, true);
          break;
        default:
          throw new IllegalArgumentException("unknown calendar type: " + type);
      }
      cal.setLenient(lenient);
      if (firstDayOfWeek != 0) {
        cal.setFirstDayOfWeek(firstDayOfWeek);
        cal.setMinimalDaysInFirstWeek(minimalDaysInFirstWeek);
      }
      if (isInstantSet()) {
        cal.setTimeInMillis(instant);
        cal.complete();
        return cal;
      }

      if (fields != null) {
        boolean weekDate = isSet(WEEK_YEAR) && fields[WEEK_YEAR] > fields[YEAR];
        if (weekDate && !cal.isWeekDateSupported()) {
          throw new IllegalArgumentException("week date is unsupported by " + type);
        }
        for (int stamp = MINIMUM_USER_STAMP; stamp < nextStamp; stamp++) {
          for (int index = 0; index <= maxFieldIndex; index++) {
            if (fields[index] == stamp) {
              cal.set(index, fields[NFIELDS + index]);
              break;
             }
          }
        }

        if (weekDate) {
          int weekOfYear = isSet(WEEK_OF_YEAR) ? fields[NFIELDS + WEEK_OF_YEAR] : 1;
          int dayOfWeek = isSet(DAY_OF_WEEK) ? fields[NFIELDS + DAY_OF_WEEK] : cal.getFirstDayOfWeek();
          cal.setWeekDate(fields[NFIELDS + WEEK_YEAR], weekOfYear, dayOfWeek);
        }
        cal.complete();
      }
      return cal;
    }
  }
}

Calendar 類既然已經有了 getInstance() 工廠方法來創建 Calendar 類物件,為什么還要用 Builder 來創建 Calendar 類物件呢?

哈哈,其實 getInstance() 方法使用的是工廠模式,而工廠模式是用來創建不同但是相同型別的物件,

Builder 模式用來創建一種型別的復雜物件,通過設定不同的引數,定制化創建不同的物件,

三 裝飾器模式

裝飾器模式中的裝飾器類是對原始類功能的增強,Java IO 類別庫是裝飾器模式的非常經典的應用,下面以 Collections 類來說明,

Collections 類是集合容器的工具類,有很多靜態方法用來創建各種集合容器,


public class Collections {
  private Collections() {}
    
  public static <T> Collection<T> unmodifiableCollection(Collection<? extends T> c) {
    return new UnmodifiableCollection<>(c);
  }

  static class UnmodifiableCollection<E> implements Collection<E>,   Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1820017752578914078L;
    final Collection<? extends E> c;

    UnmodifiableCollection(Collection<? extends E> c) {
      if (c==null)
        throw new NullPointerException();
      this.c = c;
    }

    public int size()                   {return c.size();}
    public boolean isEmpty()            {return c.isEmpty();}
    public boolean contains(Object o)   {return c.contains(o);}
    public Object[] toArray()           {return c.toArray();}
    public <T> T[] toArray(T[] a)       {return c.toArray(a);}
    public String toString()            {return c.toString();}

    public Iterator<E> iterator() {
      return new Iterator<E>() {
        private final Iterator<? extends E> i = c.iterator();

        public boolean hasNext() {return i.hasNext();}
        public E next()          {return i.next();}
        public void remove() {
          throw new UnsupportedOperationException();
        }
        @Override
        public void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
          // Use backing collection version
          i.forEachRemaining(action);
        }
      };
    }

    public boolean add(E e) {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public boolean remove(Object o) {
       hrow new UnsupportedOperationException();
    }
    public boolean containsAll(Collection<?> coll) {
      return c.containsAll(coll);
    }
    public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public boolean removeAll(Collection<?> coll) {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public boolean retainAll(Collection<?> coll) {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    public void clear() {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }

    // Override default methods in Collection
    @Override
    public void forEach(Consumer<? super E> action) {
      c.forEach(action);
    }
    @Override
    public boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
      throw new UnsupportedOperationException();
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public Spliterator<E> spliterator() {
      return (Spliterator<E>)c.spliterator();
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public Stream<E> stream() {
      return (Stream<E>)c.stream();
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    @Override
    public Stream<E> parallelStream() {
      return (Stream<E>)c.parallelStream();
    }
  }
}

盡管 UnmodifiableCollection 類可以算是對 Collection 類的一種功能增強,但這點還不具備足夠的說服力來斷定 UnmodifiableCollection 就是 Collection 類的裝飾器類,

最關鍵的一點是,UnmodifiableCollection 的建構式接收一個 Collection 類物件,然后對其所有的函式進行了包裹(Wrap):重新實作(比如 add() 函式)或者簡單封裝(比如 stream() 函式),

而簡單的介面實作或者繼承,并不會如此來實作 UnmodifiableCollection 類,所以,從代碼實作的角度來說,UnmodifiableCollection 類是典型的裝飾器類,

四 模板模式

模板模式常用在框架的設計中,提供框架的擴展點,在不對框架進行大的修改的前提下,基于擴展點定制化框架的功能,我們以 Collections 類的 sort() 函式來說明,

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        List<User> users = new ArrayList<>();
        users.add(new User("Zhangsan", 19));
        users.add(new User("Lisi", 20));
        users.add(new User("Wangwu", 18));

        Collections.sort(users, new AgeAscComparator());
        print(users);

        Collections.sort(users, new NameAscComparator());
        print(users);
    }

    public static void print(List<User> students) {
        for (User s : students) {
            System.out.println(s.getName() + " " + s.getAge());
        }
    }

    public static class AgeAscComparator implements Comparator<User> {
        @Override
        public int compare(User u1, User u2) {
            return u1.getAge() - u2.getAge();
        }
    }

    public static class NameAscComparator implements Comparator<User> {
        @Override
        public int compare(User u1, User u2) {
            return u1.getName().compareTo(u2.getName());
        }
    }
}

為什么說 Collections.sort() 函式用到了模板模式?

Collections.sort() 實作了對集合的排序,為了實作擴展性,將“比較大小”這部分邏輯,委派給用戶來實作,我們可以把比較大小這部分邏輯看做整個排序邏輯的一部分,所以看做是模板模式,

五 單例模式

JDK 中 java.lang.Runtime 類就是一個單例類,每個 Java 應用在運行時會啟動一個 JVM 行程,每個 JVM 行程都只對應一個 Runtime 實體,用于查看 JVM 狀態以及控制 JVM 行為,

行程內唯一,所以比較適合設計為單例,在編程的時候,我們不能自己去實體化一個 Runtime 物件,只能通過 getRuntime() 靜態方法來獲得,


/**
 * Every Java application has a single instance of class
 * <code>Runtime</code> that allows the application to interface with
 * the environment in which the application is running. The current
 * runtime can be obtained from the <code>getRuntime</code> method.
 * <p>
 * An application cannot create its own instance of this class.
 *
 * @author  unascribed
 * @see     java.lang.Runtime#getRuntime()
 * @since   JDK1.0
 */
public class Runtime {
  private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

  public static Runtime getRuntime() {
    return currentRuntime;
  }
  
  /** Don't let anyone else instantiate this class */
  private Runtime() {}
  
  //....
  public void addShutdownHook(Thread hook) {
    SecurityManager sm = System.getSecurityManager();
    if (sm != null) {
       sm.checkPermission(new RuntimePermission("shutdownHooks"));
    }
    ApplicationShutdownHooks.add(hook);
  }
  //...
}

從上面代碼我們可以看出,它使用了最簡單的餓漢式的單例實作方式,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/261051.html

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