两万字盘点那些被玩烂了的设计模式 （上篇）

大家好，我是三友~~

之前有小伙伴私信我说看源码的时候感觉源码很难，不知道该怎么看，其实这有部分原因是因为没有弄懂一些源码实现的套路，也就是设计模式，所以本文我就总结了9种在源码中非常常见的设计模式，并列举了很多源码的实现例子，希望对你看源码和日常工作中有所帮助。

单例模式

单例模式是指一个类在一个进程中只有一个实例对象（但也不一定，比如Spring中的Bean的单例是指在一个容器中是单例的）

单例模式创建分为饿汉式和懒汉式，总共大概有8种写法。但是在开源项目中使用最多的主要有两种写法：

1、静态常量

静态常量方式属于饿汉式，以静态变量的方式声明对象。这种单例模式在Spring中使用的比较多，举个例子，在Spring中对于Bean的名称生成有个类AnnotationBeanNameGenerator就是单例的。

2、双重检查机制

除了上面一种，还有一种双重检查机制在开源项目中也使用的比较多，而且在面试中也比较喜欢问。双重检查机制方式属于懒汉式，代码如下：

public class Singleton {

    private volatile static Singleton INSTANCE;

    private Singleton(){
    }

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

}

之所以这种方式叫双重检查机制，主要是在创建对象的时候进行了两次INSTANCE == null的判断。

疑问讲解

这里解释一下双重检查机制的三个疑问：

• 外层判断null的作用
• 内层判断null的作用
• 变量使用volatile关键字修饰的作用

外层判断null的作用：其实就是为了减少进入同步代码块的次数，提高效率。你想一下，其实去了外层的判断其实是可以的，但是每次获取对象都需要进入同步代码块，实在是没有必要。

内层判断null的作用：防止多次创建对象。假设AB同时走到同步代码块，A先抢到锁，进入代码，创建了对象，释放锁，此时B进入代码块，如果没有判断null，那么就会直接再次创建对象，那么就不是单例的了，所以需要进行判断null，防止重复创建单例对象。

volatile关键字的作用：防止重排序。因为创建对象的过程不是原子，大概会分为三个步骤

• 第一步：分配内存空间给Singleton这个对象
• 第二步：初始化对象
• 第三步：将INSTANCE变量指向Singleton这个对象内存地址

假设没有使用volatile关键字发生了重排序，第二步和第三步执行过程被调换了，也就是先将INSTANCE变量指向Singleton这个对象内存地址，再初始化对象。这样在发生并发的情况下，另一个线程经过第一个if非空判断时，发现已经为不为空，就直接返回了这个对象，但是此时这个对象还未初始化，内部的属性可能都是空值，一旦被使用的话，就很有可能出现空指针这些问题。

双重检查机制在dubbo中的应用

在dubbo的spi机制中获取对象的时候有这样一段代码：

虽然这段代码跟上面的单例的写法有点不同，但是不难看出其实是使用了双重检查机制来创建对象，保证对象单例。

建造者模式

将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。

上面的意思看起来很绕，其实在实际开发中，其实建造者模式使用的还是比较多的，比如有时在创建一个pojo对象时，就可以使用建造者模式来创建：

PersonDTO personDTO = PersonDTO.builder()
        .name("三友的java日记")
        .age(18)
        .sex(1)
        .phone("188****9527")
        .build();

上面这段代码就是通过建造者模式构建了一个PersonDTO对象，所以建造者模式又被称为Budiler模式。

这种模式在创建对象的时候看起来比较优雅，当构造参数比较多的时候，适合使用建造者模式。

接下来就来看看建造者模式在开源项目中是如何运用的

1、在Spring中的运用

我们都知道，Spring在创建Bean之前，会将每个Bean的声明封装成对应的一个BeanDefinition，而BeanDefinition会封装很多属性，所以Spring为了更加优雅地创建BeanDefinition，就提供了BeanDefinitionBuilder这个建造者类。

2、在Guava中的运用

在项目中，如果我们需要使用本地缓存，会使用本地缓存的实现的框架来创建一个，比如在使用Guava来创建本地缓存时，就会这么写

Cache<String, String> cache = CacheBuilder.newBuilder()
         .expireAfterAccess(1, TimeUnit.MINUTES)
         .maximumSize(200)
         .build();

这其实也就是建造者模式。

建造者模式不仅在开源项目中有所使用，在JDK源码中也有使用到，比如StringBuilder类。

最后上面说的建造者模式其实算是在Java中一种简化的方式，如果想了解一下传统的建造者模式，可以看一下这篇文章

​​https://m.runoob.com/design-pattern/builder-pattern.html?ivk_sa=1024320u​​

工厂模式

工厂模式在开源项目中也使用的非常多，具体的实现大概可以细分为三种：

• 简单工厂模式
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

简单工厂模式

简单工厂模式，就跟名字一样，的确很简单。比如说，现在有个动物接口Animal，具体的实现有猫Cat、狗Dog等等，而每个具体的动物对象创建过程很复杂，有各种各样地步骤，此时就可以使用简单工厂来封装对象的创建过程，调用者不需要关心对象是如何具体创建的。

public class SimpleAnimalFactory {

    public Animal createAnimal(String animalType){
        if ("cat".equals(animalType)) {
            Cat cat = new Cat();
            //一系列复杂操作
            return cat;
        } else if ("dog".equals(animalType)) {
            Dog dog = new Dog();
            //一系列复杂操作
            return dog;
        } else {
            throw new RuntimeException("animalType=" + animalType + "无法创建对应对象");
        }
    }

}

当需要使用这些对象，调用者就可以直接通过简单工厂创建就行。

SimpleAnimalFactory animalFactory = new SimpleAnimalFactory();
Animal cat = animalFactory.createAnimal("cat");

需要注意的是，一般来说如果每个动物对象的创建只需要简单地new一下就行了，那么其实就无需使用工厂模式，工厂模式适合对象创建过程复杂的场景。

工厂方法模式

上面说的简单工厂模式看起来没啥问题，但是还是违反了七大设计原则的OCP原则，也就是开闭原则。所谓的开闭原则就是对修改关闭，对扩展开放。

什么叫对修改关闭？就是尽可能不修改的意思。就拿上面的例子来说，如果现在新增了一种动物兔子，那么createAnimal方法就得修改，增加一种类型的判断，那么就此时就出现了修改代码的行为，也就违反了对修改关闭的原则。

所以解决简单工厂模式违反开闭原则的问题，就可以使用工厂方法模式来解决。

/**
 * 工厂接口
 */
public interface AnimalFactory {
    Animal createAnimal();
}

/**
 * 小猫实现
 */
public class CatFactory implements AnimalFactory {
    @Override
    public Animal createAnimal(){
        Cat cat = new Cat();
        //一系列复杂操作
        return cat;
    }
}

/**
 * 小狗实现
 */
public class DogFactory implements AnimalFactory {
    @Override
    public Animal createAnimal(){
        Dog dog = new Dog();
        //一系列复杂操作
        return dog;
    }
}

这种方式就是工厂方法模式。他将动物工厂提取成一个接口AnimalFactory，具体每个动物都各自实现这个接口，每种动物都有各自的创建工厂，如果调用者需要创建动物，就可以通过各自的工厂来实现。

AnimalFactory animalFactory = new CatFactory();
Animal cat = animalFactory.createAnimal();

此时假设需要新增一个动物兔子，那么只需要实现AnimalFactory接口就行，对于原来的猫和狗的实现，其实代码是不需要修改的，遵守了对修改关闭的原则，同时由于是对扩展开放，实现接口就是扩展的意思，那么也就符合扩展开放的原则。

抽象工厂模式

工厂方法模式其实是创建一个产品的工厂，比如上面的例子中，AnimalFactory其实只创建动物这一个产品。而抽象工厂模式特点就是创建一系列产品，比如说，不同的动物吃的东西是不一样的，那么就可以加入食物这个产品，通过抽象工厂模式来实现。

public interface AnimalFactory {

    Animal createAnimal();

    Food createFood();

}

在动物工厂中，新增了创建食物的接口，小狗小猫的工厂去实现这个接口，创建狗粮和猫粮，这里就不去写了。

1、工厂模式在Mybatis的运用

在Mybatis中，当需要调用Mapper接口执行sql的时候，需要先获取到SqlSession，通过SqlSession再获取到Mapper接口的动态代理对象，而SqlSession的构造过程比较复杂，所以就提供了SqlSessionFactory工厂类来封装SqlSession的创建过程。

SqlSessionFactory及默认实现DefaultSqlSessionFactory

对于使用者来说，只需要通过SqlSessionFactory来获取到SqlSession，而无需关心SqlSession是如何创建的。

2、工厂模式在Spring中的运用

我们知道Spring中的Bean是通过BeanFactory创建的。

BeanFactory就是Bean生成的工厂。一个Spring Bean在生成过程中会经历复杂的一个生命周期，而这些生命周期对于使用者来说是无需关心的，所以就可以将Bean创建过程的逻辑给封装起来，提取出一个Bean的工厂。

策略模式

策略模式也比较常见，就比如说在Spring源码中就有很多地方都使用到了策略模式。

在讲策略模式是什么之前先来举个例子，这个例子我在之前的《写出漂亮代码的45个小技巧》文章提到过。

假设现在有一个需求，需要将消息推送到不同的平台。

最简单的做法其实就是使用if else来做判断就行了。

public void notifyMessage(User user, String content, int notifyType){
    if (notifyType == 0) {
        //调用短信通知的api发送短信
    } else if (notifyType == 1) {
        //调用app通知的api发送消息
    }
}

根据不同的平台类型进行判断，调用对应的api发送消息。

虽然这样能实现功能，但是跟上面的提到的简单工厂的问题是一样的，同样违反了开闭原则。当需要增加一种平台类型，比如邮件通知，那么就得修改notifyMessage的方法，再次进行else if的判断，然后调用发送邮件的邮件发送消息。

此时就可以使用策略模式来优化了。

首先设计一个策略接口：

public interface MessageNotifier {

    /**
     * 是否支持改类型的通知的方式
     *
     * @param notifyType 0:短信 1:app
     * @return
     */
    boolean support(int notifyType);

    /**
     * 通知
     *
     * @param user
     * @param content
     */
    void notify(User user, String content);

}

短信通知实现：

@Component
public class SMSMessageNotifier implements MessageNotifier {
    @Override
    public boolean support(int notifyType){
        return notifyType == 0;
    }

    @Override
    public void notify(User user, String content){
        //调用短信通知的api发送短信
    }
}

app通知实现：

public class AppMessageNotifier implements MessageNotifier {
    @Override
    public boolean support(int notifyType){
        return notifyType == 1;
    }

    @Override
    public void notify(User user, String content){
       //调用通知app通知的api
    }
}

最后notifyMessage的实现只需要要循环调用所有的MessageNotifier的support方法，一旦support方法返回true，说明当前MessageNotifier支持该类的消息发送，最后再调用notify发送消息就可以了。

@Resource
private List<MessageNotifier> messageNotifiers;

public void notifyMessage(User user, String content, int notifyType){
    for (MessageNotifier messageNotifier : messageNotifiers) {
        if (messageNotifier.support(notifyType)) {
            messageNotifier.notify(user, content);
        }
    }
}

那么如果现在需要支持通过邮件通知，只需要实现MessageNotifier接口，注入到Spring容器就行，其余的代码根本不需要有任何变动。

到这其实可以更好的理解策略模式了。就拿上面举的例子来说，短信通知，app通知等其实都是发送消息一种策略，而策略模式就是需要将这些策略进行封装，抽取共性，使这些策略之间相互替换。

策略模式在SpringMVC中的运用

1、对接口方法参数的处理

比如说，我们经常在写接口的时候，会使用到了@PathVariable、@RequestParam、@RequestBody等注解，一旦我们使用了注解，SpringMVC会处理注解，从请求中获取到参数，然后再调用接口传递过来，而这个过程，就使用到了策略模式。

对于这类参数的解析，SpringMVC提供了一个策略接口HandlerMethodArgumentResolver

这个接口的定义就跟我们上面定义的差不多，不同的参数处理只需要实现这个解决就行，比如上面提到的几个注解，都有对应的实现。

比如处理@RequestParam注解的RequestParamMethodArgumentResolver的实现。

当然还有其它很多的实现，如果想知道各种注解处理的过程，只需要找到对应的实现类就行了。

2、对接口返回值的处理

同样，SpringMVC对于返回值的处理也是基于策略模式来实现的。

HandlerMethodReturnValueHandler接口定义跟上面都是同一种套路。

比如说，常见的对于@ResponseBody注解处理的实现RequestResponseBodyMethodProcessor。

ResponseBody注解处理的实现RequestResponseBodyMethodProcessor

同样，HandlerMethodReturnValueHandler的实现也有很多，这里就不再举例了。

策略模式在Spring的运用远不止这两处，就比如我在​​《三万字盘点Spring/Boot的那些常用扩展点》​​文章提到过对于配置文件的加载PropertySourceLoader也是策略模式的运用。

模板方法模式

模板方法模式是指，在父类中定义一个操作中的框架，而操作步骤的具体实现交由子类做。其核心思想就是，对于功能实现的顺序步骤是一定的，但是具体每一步如何实现交由子类决定。

比如说，对于旅游来说，一般有以下几个步骤：

• 做攻略，选择目的地
• 收拾行李
• 乘坐交通工具去目的地
• 玩耍、拍照
• 乘坐交通工具去返回

但是对于去哪，收拾什么东西都，乘坐什么交通工具，都是由具体某个旅行来决定。

那么对于旅游这个过程使用模板方法模式翻译成代码如下：

public abstract class Travel {

    public void travel(){
        //做攻略
        makePlan();

        //收拾行李
        packUp();

        //去目的地
        toDestination();

        //玩耍、拍照
        play();

        //乘坐交通工具去返回
        backHome();
    }

    protected abstract void makePlan();

    protected abstract void packUp();

    protected abstract void toDestination();

    protected abstract void play();

    protected abstract void backHome();

}

对于某次旅行来说，只需要重写每个步骤该做的事就行，比如说这次可以选择去杭州西湖，下次可以去长城，但是对于旅行过程来说是不变了，对于调用者来说，只需要调用暴露的travel方法就行。

可能这说的还是比较抽象，我再举两个模板方法模式在源码中实现的例子。

模板方法模式在源码中的使用

1、模板方法模式在HashMap中的使用

HashMap我们都很熟悉，可以通过put方法存元素，并且在元素添加成功之后，会调用一下afterNodeInsertion方法。

而afterNodeInsertion其实是在HashMap中是空实现，什么事都没干。

这其实就是模板方法模式。HashMap定义了一个流程，那就是当元素成功添加之后会调用afterNodeInsertion，子类如果需要在元素添加之后做什么事，那么重写afterNodeInsertion就行。

正巧，JDK中的LinkedHashMap重写了这个方法。

而这段代码主要干的一件事就是可能会移除最老的元素，至于到底会不会移除，得看if是否成立。

添加元素移除最老的元素，基于这种特性其实可以实现LRU算法，比如Mybatis的LruCache就是基于LinkedHashMap实现的，有兴趣的可以扒扒源码，这里就不再展开讲了。

2、模板方法模式在Spring中的运用

我们都知道，在Spring中，ApplicationContext在使用之前需要调用一下refresh方法，而refresh方法就定义了整个容器刷新的执行流程代码。

refresh方法部分截图

在整个刷新过程有一个onRefresh方法

onRefresh方法

而onRefresh方法默认是没有做任何事，并且在注释上有清楚两个单词Template method，翻译过来就是模板方法的意思，所以onRefresh就是一个模板方法，并且方法内部的注释也表明了，这个方法是为了子类提供的。

在Web环境下，子类会重写这个方法，然后创建一个Web服务器。

3、模板方法模式在Mybatis中的使用

在Mybatis中，是使用Executor执行Sql的。

Executor

而Mybatis一级缓存就在Executor的抽象实现中BaseExecutor实现的。如图所示，红圈就是一级缓存

BaseExecutor

比如在查询的时候，如果一级缓存有，那么就处理缓存的数据，没有的话就调用queryFromDatabase从数据库查

queryFromDatabase会调用doQuery方法从数据库查数据，然后放入一级缓存中。

而doQuery是个抽象方法

所以doQuery其实就是一个模板方法，需要子类真正实现从数据库中查询数据，所以这里就使用了模板方法模式。

未完待续。。

文章转载自公众号：  三友的java日记