爪哇語言單態創立性模式介紹(上)

2019-11-18 12:16:33

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

　　什么是模式
　　一個圍棋下得好的人知道,好的"形"對于圍棋非常重要。形是棋子在棋盤上的幾何外形的抽象化。形就是模式(Pattern),也是人腦把握和熟悉外界的要害。而人腦對處理模式的能力也非常高超，人可以在幾百張面孔中一下子辨認出所熟悉的臉來,就是一個例子。
　　簡而言之,在我們處理大量問題時,在很多不同的問題中重復出現的一種性質,它使得我們可以使用一種方法來描述問題實質并用本質上相同,但細節永不會重復的方法去解決,這種性質就叫模式。模式化過程是把問題抽象化,在忽略掉不重要的細節后,發現問題的一般性本值,并找到普遍使用的方法去解決的過程。
　　發現模式是與研究模式同時發生的，發現一個新的模式很不輕易。一個好的模式必須滿足以下幾點：
　　1、它可以解決問題。模式不能僅僅反映問題，而必須對問題提出解決方案。
　　2、它所提出解決方案是正確的，而且不是很明顯的。
　　3、它必須是涉及軟件系統深層的結構的東西，不能僅是對已有的模塊的描述。
　　4、它必須滿足人的審美，簡潔美觀。
　　換言之，一個美妙的東西不一定就是模式，但是一個模式必須是一個美妙的東西。
　　軟件工程學的各個方面，諸如開發組織，軟件處理，項目配置治理，等等，都可以看到模式的影子。但至今得到了最好的研究的是設計模式和組織模式。在軟件編程中使用模式化方法, 是在編程對象化之后才開始得到重視的。軟件編程中模式化方法的研究,也是在九十年代才開始。
　　在面向對象的編程中使用模式化方法研究的開創性著作,是
　　Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software, E.Gamma, R. Helm, R. Johnson, and J. Vlissides,1995, Addison-Wesley.
　　這四位作者通常被稱為四人幫(Gang of Four, 或GoF)。（在這個詞出現以后，很多西方商業炒作利用這個路人皆知的詞賺錢，有一個八十年代的美國四人樂隊以此為隊名。在英國政界更曾有好幾個小幫派被稱為四人幫。在這里大家使用這個詞稱呼這四個聞名作者，帶有戲虐成分。）
　　由于爪哇語言的特點,使得模式在爪哇語言的實現有自己的特點。爪哇語言是現今最普及的純粹OOP的編程語言,使用爪哇語言編程的程序師平均的素質也相對比較高。這些程序師往往不滿足于只是實現程序功能要求,他們經常想要在代碼結構,編程風格,乃至解決問題的思考方式上不斷進取和自我完善。模式,就是在大量的實踐中總結和理論化之后的優選的代碼結構,編程風格, 及解決問題的思考方式。對模式的了解和把握,是爪哇程序師提高自身素質的一個很好的方向。
　　作者在學習和工作中把自己的體會總結下來,藉以與讀者交流提高。
　　作者在后面會使用簡單的UML(統一建模語言,Unified Modelling Languge)。由于市場上有很多介紹UML 的書,而作者在后面使用到的UML又極為簡單,因此只在此作一極為簡單的介紹,目的是讓沒有接觸過UML的讀者能看懂后面的講述。
　　　爪哇語言單態創立性模式介紹(上)（圖一）

　　圖1. UML的類圖舉例　
　　在圖1的類圖中可以看出,表示類的框分成四層:類名,變量清單,函數清單和屬性清單。變量名如是正體字，表明類是實的(Concrete,即可以實例化的類),變量名如是斜體字，表明類是抽象的。顯然,我們在圖中給出了一個實的類。
　　在圖1的類ClassUML中,一個變量或函數(方法)左面假如有一個加(+)號,表示它是公開的, 左面假如有一個減(-)號,表示它是私有的,左面假如有一個井(#)號,表示它是保護的。
　　一個屬性即由一個內部變量,一個賦值函數(mutator)和一個取值函數(accessor)組成的結構。
　　在類的方框的右上角里，通常還分兩行寫出類的父類和所實現的接口。在后面讀者會看到例子。
　　在類與類之間,會有線條指明它們之間的關系。在類與類之間可以發生推廣(與繼續相反),依靠,累積和關聯等關系。在后面讀者看到例子時作者會加以解釋。
　　package com.javapatterns.singleton.demos;
　　public class ClassUML {
　　　public ClassUML() {}
　　　PRivate void aPrivateFunction() {}
　　public void aPublicMethod() {}
　　　public int getAProperty(){ return aPrivateVar; }
　　　public void setAProperty(int aPrivateVar)
　　{ this.aPrivateVar = aPrivateVar; 　}
　　　static public void aStaticMethod() {}
　　　protected void aProtectedMethod() {}
　　　private int aPrivateVar;
　　　public int aPublicVar;
　　　protected int aProtectedVar;
　　}
　　代碼清單1. ClassUML類的源代碼。
　　什么是創立性模式
　　創立性模式(Creational Patterns)是類在實例化時使用的模式。當一些系統在創立對象時,需要動態地決定怎樣創立對象,創立哪些對象。創立性模式告訴我們怎樣構造和包裝這些動態的決定。創立性模式通常包括以下的模式
　　1、工廠函數模式
　　2、抽象工廠類模式
　　3、建設者模式
　　4、原始模型模式
　　5、單態模式
　　單態模式
　　一個單態類只可有一個實例。這樣的類常用來進行資源治理。
　　需要治理的資源包括軟件外部資源，譬如，每臺計算機可以有若干個打印機，但只能有一個打印處理器軟件。每臺計算機可以有若干傳真卡，但是只應該有一個傳真軟件治理傳真。每臺計算機可以有若干通訊端口，你的軟件應當集中治理這些通訊端口，以避免同時一個通訊端口被兩個請求同時調用。
　　需要治理的資源包括軟件內部資源，譬如，大多數的軟件都有一個(甚至多個)屬性（properties）文件存放系統配置。這樣的系統應當有一個對象來治理一個屬性文件。很多軟件都有數據庫，一般而言，整個軟件應當使用一個聯接通道，而不是任意在需要時就新打開一個聯接通道。
　　需要治理的軟件內部資源也包括譬如負責紀錄網站來訪人數的部件,記錄軟件系統內部事件、出錯信息的部件，或是進行系統表現監查的的部件,等等。這些部件都必須集中治理，不可政出多頭。
　　單態類的特性
　　綜合而言，
　　1、單態類只可有一個實例。
　　2、它必須自己創立自己這唯一的一個實例。
　　3、它必須給所有其它的類提供自己這一實例。
　　最后，單態類在理論和實踐上都并非限定只能有"一個"實例,而是很輕易推廣到任意有限個實例的情況。
　　單態模式的幾種實現
　　由于爪哇語言的特點,使得單態模式在爪哇語言的實現有自己的特點。這些特點主要表現在怎樣實例化上。
　　餓漢式單態類
　　餓漢式單態類是在爪哇語言里實現得最為簡便的單態類。
　　　爪哇語言單態創立性模式介紹(上)（圖二）

　　圖2.餓漢式單態類的UML類圖　
　　圖中的關系線表明,此類自已將自己實例化。
　　package com.javapatterns.singleton.demos;
　　public class EagerSingleton {
　　private EagerSingleton() { }
　　public static EagerSingleton getInstance() {
　　return m_instance;
　　}
　　private static final EagerSingleton m_instance = new EagerSingleton();
　　}
　　代碼清單2.餓漢式單態類。
　　值得指出的是,由于構造子是私有的,因此此類不能被繼續。
　　懶漢式單態類
　　懶漢式單態類在第一次被引用時將自己實例化。假如加載器是靜態的,那么在懶漢式單態類被加載時不會將自己實例化。
　　package com.javapatterns.singleton.demos;
　　public class LazySingleton {
　　private LazySingleton() { }
　　
　　public static LazySingleton getInstance()
　　{
　　　if (m_instance == null)
　　　{
　　file://More than one threads might be here!!!
　　synchronized(LazySingleton.class)
　　{
　　　if (m_instance == null)
　　　{
　　　　m_instance = new LazySingleton();
　　　}
　　}
　　　}
　　　return m_instance;
　　}
　　private static LazySingleton m_instance = null;
　　}　　　　　　　　　　　　　　　代碼清單3.懶漢式單態類。
　　爪哇語言單態創立性模式介紹(上)（圖三）

　　圖3.懶漢式單態類
　　圖中的關系線表明,此類自已將自己實例化。
　　讀者可能會注重到，在上面給出懶漢式單態類實現里,使用了在多線程編程中常要使用的，聞名的雙重檢查原則。對雙重檢查原則和多線程編程要點不十分熟悉的讀者，可以看看后面給出的問答題。
　　同樣,由于構造子是私有的,因此此類不能被繼續。
　　餓漢式單態類在自己被加載時就將自己實例化。既便加載器是靜態的,在餓漢式單態類被加載時仍會將自己實例化。單從資源利用效率角度來講,這是比懶漢式單態類稍差些。從速度和反應時間角度來講,則比懶漢式單態類稍好些。然而,懶漢式單態類在實例化時必須處理好在多個線程同時首次引用此類時,實例化函數內部要害段的訪問限制問題。非凡是當單態類作為資源控器,在實例化時必然涉及資源初始化,而資源初始化很有可能耗費時間。這意味著出現多線程同時首次引用此類的幾率變得較大。
　　餓漢式單態類可以在爪哇語言內實現,但不易在C++內實現,因為靜態初始化在C++里沒有固定的順序, 因而靜態的m_instance變量的初始化與類的加載順序沒有保證,可能會出問題。這就是為什么GoF在提出單態類的概念時,舉的例子是懶漢式的。他們的書影響之大,以致爪哇語言中單態類的例子也大多是懶漢式的。實際上，作者認為餓漢式單態類更符合爪哇語言本身的特點。

上一篇：爪哇語言單態創立性模式介紹(下)

下一篇：爪哇語言結構性模式之變壓器模式介紹(上)