Java 设计模式进阶：工厂模式与单例模式的线程安全实现
设计模式是软件工程中解决常见问题的经典解决方案。在Java编程语言中，设计模式被广泛应用，其中工厂模式和单例模式是两个非常基础且重要的模式。本文将围绕这两个模式，探讨其线程安全的实现方法。
工厂模式
工厂模式简介
工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的方法，而不直接实例化对象。工厂模式将对象的创建与对象的用户分离，使得用户只需要知道创建对象所需的参数，而不需要知道具体的创建过程。
工厂模式的实现
以下是一个简单的工厂模式实现，用于创建不同类型的交通工具：
java
// 抽象产品类
interface Vehicle {
void run();
}
// 具体产品类
class Car implements Vehicle {
public void run() {
System.out.println("Car is running on road.");
}
}
class Bicycle implements Vehicle {
public void run() {
System.out.println("Bicycle is running on road.");
}
}
// 工厂类
class VehicleFactory {
public static Vehicle createVehicle(String type) {
if ("car".equalsIgnoreCase(type)) {
return new Car();
} else if ("bicycle".equalsIgnoreCase(type)) {
return new Bicycle();
}
return null;
}
}
// 客户端代码
public class FactoryPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
Vehicle car = VehicleFactory.createVehicle("car");
car.run();
Vehicle bicycle = VehicleFactory.createVehicle("bicycle");
bicycle.run();
}
}
线程安全
在多线程环境中，如果多个线程同时调用`createVehicle`方法，可能会导致创建的对象不是预期的类型。为了确保线程安全，我们可以使用同步代码块或者锁来保证只有一个线程可以执行创建操作。
java
class VehicleFactory {
public static synchronized Vehicle createVehicle(String type) {
if ("car".equalsIgnoreCase(type)) {
return new Car();
} else if ("bicycle".equalsIgnoreCase(type)) {
return new Bicycle();
}
return null;
}
}
或者使用锁：
java
class VehicleFactory {
private final Object lock = new Object();
public static Vehicle createVehicle(String type) {
synchronized (lock) {
if ("car".equalsIgnoreCase(type)) {
return new Car();
} else if ("bicycle".equalsIgnoreCase(type)) {
return new Bicycle();
}
return null;
}
}
}
单例模式
单例模式简介
单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式在系统设计中用于减少对象实例的数量，从而减少系统资源的消耗。
单例模式的实现
以下是一个简单的单例模式实现：
java
class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
线程安全
在多线程环境中，如果多个线程同时访问`getInstance`方法，可能会创建多个实例。为了确保线程安全，我们可以使用双重检查锁定（double-checked locking）模式。
java
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;
}
}
使用`volatile`关键字可以防止指令重排序，确保在多线程环境下`instance`变量的可见性。
总结
本文介绍了工厂模式和单例模式的基本概念，并探讨了它们在多线程环境下的线程安全实现。通过使用同步代码块、锁和双重检查锁定等机制，我们可以确保这两个模式在并发环境下的正确性和稳定性。在实际开发中，合理运用设计模式可以提高代码的可维护性和可扩展性。
Comments NOTHING