關於JAVA你必須知道的那些事（四）：單例模式和多型
好吧，今天一定要把面向物件的最後一個特性：多型，給說完。不過我們先來聊一聊設計模式，因為它很重要。
設計模式
官方的解釋是，設計模式是：一套被反覆使用，多數人知曉的，經過分類編目，程式碼設計經驗的總結。說人話就是：軟體開發人員在軟體開發過程中面臨的一般問題的解決方案。
常見的設計模式可以參看這張圖片：
我們可以對其按照作用來進行分類:： 關注物件建立過程的：建立型模式； 類和物件組合：結構型模式； 物件之間的通訊過程：行為型模式；
單例模式
單例模式: 一個類有且僅有一個例項,並且自行例項化向整個系統提供，它的目的就是使得類的一個物件成為該類系統中的唯一例項。
要點：
- 某個類只能有一個例項;；
- 必須自行建立例項；
- 必須自行向整個系統提供這個例項；
實現： 1、只提供私有的構造方法； 2、只含有一個該類的靜態私有物件； 3、提供一個靜態的公有方法用於建立、獲取靜態私有物件。
對於1的理解：private是訪問限制能力最強的修飾符，只能在當前類內被使用。也就是說經過private修飾，該類的物件在類外無法通過new關鍵字直接例項化，這樣可以做到限制類例項化產生；
對於2的理解：1可以實現有且僅有一個例項，static修飾的靜態成員可以滿足該類有且僅有一個，所有的物件都共享這一個靜態成員；
對於3的理解：類似於封裝，必須向外部系統提供唯一的公有訪問方法。
在java中實現單例模式有2種方式：餓漢式和懶漢式。
餓漢式：在類中私有物件建立的過程中立刻進行例項化操作（言外之意，不管你用不用，我先把這個給做了）如此看來確實挺餓的；
懶漢式:：物件建立時並不立刻進行例項化操作，而是在靜態公有方法中進行例項化操作（言外之意，你不需要我就不做）如此看來確實挺懶的。
餓漢式
餓漢式：在類中私有物件建立的過程中立刻進行例項化操作（言外之意，不管你用不用，我先把這個給做了）：
package SingleExample; // 餓漢式：建立物件例項的時候直接初始化；（空間換時間） public class SingletonOne { //1、建立類中私有的構造方法 private SingletonOne() { }; //2、建立該型別的私有靜態例項 private static SingletonOne instance = new SingletonOne(); //3、建立公有的靜態方法，返回靜態例項物件 public static SingletonOne getinstance() { return instance; }; }
測試程式碼：
package SingleExample;
public class SingleOneTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
SingletonOne one =SingletonOne.getinstance();
SingletonOne two =SingletonOne.getinstance();
System.out.println(one==two); //輸出結果為true
}
}
懶漢式
懶漢式:：物件建立時並不立刻進行例項化操作，而是在靜態公有方法中進行例項化操作（言外之意，你不需要我就不做）：
package SingleExample;
//懶漢式：建立物件例項的時候並不初始化；（時間換空間）
public class SingletonTwo {
// 1、建立類中私有的構造方法
private SingletonTwo() {
};
// 2、建立靜態的該類例項物件
private static SingletonTwo instance = null;
// 3、建立公有的靜態方法，提供例項物件
public static SingletonTwo getinstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonTwo();
}
return instance;
};
}
相應的測試程式碼為：
package SingleExample;
public class SingleTwoTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
SingletonTwo one = SingletonTwo.getinstance();
SingletonTwo two = SingletonTwo.getinstance();
System.out.println(one == two); //輸出結果為true
}
}
單例模式兩種實現總結
餓漢式在類載入時就建立例項，第一次載入速度快； 懶漢式在第一次使用時才進行例項化，第一次載入速度慢；
餓漢式：空間換時間 懶漢式：時間換空間
餓漢式，類在載入時進行了物件的例項化建立，即使多個程序進行併發操作，訪問的例項也是唯一的，餓漢式執行緒安全。
懶漢式，第一次使用才會例項化，多個執行緒併發操作時，由於時間片的切換，可能導致執行緒風險。
但是懶漢式的執行緒危險是可以規避的，通過關鍵字Synchronized實現執行緒的鎖定，也可以通過靜態內部類和列舉保證操作時的執行緒唯一。
單例模式優缺點及使用場景
單例模式的優點： 1、在記憶體中只有一個物件,節省記憶體空間； 2、避免頻繁的建立銷燬物件, 提高效能； 3、避免對共享資源的多重佔用。
單例模式的缺點: 1、擴充套件比較困難； 2、如果例項化後的物件長期不利用,系統將預設為垃圾進行回收,造成物件狀態丟失。
使用場景: 1、建立物件時佔用資源過多,但同時又需要用到該類物件； 2、對系統內資源要求統一讀寫,如讀寫配置資訊； 3、當多個例項存在可能引起程式邏輯錯誤,如號碼生成器；
每一種設計模式都是針對場景，針對某種具體問題的，具體場景應當進行具體分析，選用合適的設計模式。
多型
終於開始進入多型的世界了，在這裡你將全面瞭解多型的特點及使用。
多型你可以理解為不同類的物件對同一訊息做出不同的響應。
一般而言，多型分為編譯時多型和執行時多型這兩種。
編譯時多型：也稱設計時多型，它是通過方法過載來實現的，編譯器在編譯狀態可以進行不同行為的區分。
而執行時多型，則必須要求程式執行時，動態決定呼叫哪個方法。
我們通常在Java中的多型指的就是執行時多型。
實現多型的必要條件: 滿足繼承；父類引用指向子類物件
向上轉型
所謂的向上轉型也指隱式轉型（自動轉型）。說通俗一點就是父類引用指向子類例項，它可以呼叫子類重寫父類的方法以及父類派生的方法，但是無法呼叫子類特有方法。
舉個例子，假如Dog這個類繼承了我們Animal這個類，我們不僅可以這樣：
Dog dog =new Dog();
Animal animal =new Animal();
你還可以這樣：
Animal dog2 =new Dog();
這就是將一個子類物件轉型為一個父類物件，這個很好理解，對吧。
接下來我們來說一下，向下轉型，顧名思義就是和向上轉型相反的操作了，是的，你很聰明。
向下轉型
向下轉型也稱強制型別轉換。它是子類引用指向父類例項，我們在之前就用過了，還記得我們在重寫Object類的equals方法時，就將父類Object強制轉換，然後才呼叫子類特有的方法。
向下轉型並不是可以隨便轉換的，需要滿足一定的轉換條件。我們可以通過instanceof這個運算子來判斷是否能進行強制型別轉換。
通過上面的圖片，我們可以很清楚的知道instanceof的作用就是判斷左邊物件是否是右邊這個類的例項，如果是就返true，否則就返回false。
因此，我們在進行向下轉型的時候，可以用instanceof來判斷一個物件是否滿足某個類的例項特徵。滿足，我們才進行型別轉換，否則強制轉換會報錯。
總結一下： 向上轉型: 父類引用指向子類物件。即小變大。
向下轉型: 子類引用指向父類物件。即大變小。
需要注意的是：父類中static修飾的方法允許被子類使用，但是不允許被子類重寫，所以向上轉型之後，只能呼叫到父類原有的靜態方法。如果此時要用子類中的，只能通過向下轉型來實現。
抽象類
某個父類只是知道其子類應該包含怎樣的方法，但無法準確知道這些子類如何實現這些方法，這樣我們的抽象類就派上用場了。
抽象類可以避免子類設計的隨意性，還可以避免父類無意義的例項化。
你只需知道，修飾抽象類要用abstract這個關鍵詞，抽象類不可以直接被例項化。
抽象方法
我們前面說過，父類只是規定子類擁有該項能力，但在父類中具體實現它是沒有任何意義的，因此該方法應設定為抽象方法。
public abstract void test();
你記住，抽象方法是不允許有方法體的，也就是不能有花括號。而且此時子類必須實現父類的抽象方法，如果你不實現，那麼這個類就必須被設定為抽象類（不設定就會報錯），然後由繼承它的類去具體實現相應的方法。簡單來說就是一句話：抽象方法中不允許包含方法體，子類需要重寫父類的抽象方法。
一般抽象類適用於這種情況：1、父類中的實現沒有意義；2、提醒子類必須要去自己實現自己的這個方法。
通常子類變多了之後，你新建一個類只要繼承了抽象的父類，IDE會自動提醒你實現父類中的抽象方法的，你不實現就會報錯。
抽象類和抽象方法的使用
你可以使用abstract關鍵詞來定義抽象類，抽象類不能被直接例項化，你可以通過向上轉型完成物件例項，只能被繼承。
abstract關鍵詞定義抽象方法 ，你不需要具體實現也不能具體實現，也就是花括號不能有。
需要注意的是：抽象類可以沒有抽象方法，但包含抽象方法的類一定是抽象類。
我們前面說過，當一個類繼承抽象類，必須實現類中的抽象方法。如果不重寫，則必須將該子類也變為抽象類，由其子類來實現，否則會報錯。
注意：static final private 不可以和abstract同時出現（因為抽象方法是要在子類中進行重寫的，而private只能在當前類被訪問，final方法不允許被子類重寫，static靜態不允許被子類重寫。）