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设计模式之不变模式(Immutable Pattern)分析

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主要介绍编写不变类的主意事项:

归纳一下设计不变类的 5 条规则:

1. 不提供任何修改对象的方法。

2. 保证没有任何一个方法会被覆盖。

3. 所有的域都是 final 的。

4. 所有的域都是 private 的。

5. 如果不变类内部包括可变的子对象,保证它绝对不会被其他代码获取引用。

 

实例:

/**
* @author Peter Wei
*
*/
public class User {

private String name;

public String getName() {
return name;
}

public void setName(String name) {
this.name = name;
}

}

/**
* 弱不变模式
*
* @author Peter Wei
*
*/
public class WeakImmutable {

// 属性私有,满足条件2
private int state;
// 属性私有,满足条件2
private User user;

private Integer age;

public WeakImmutable(int state, User user, Integer age) {
this.state = state;
this.user = user;
this.age = age;
}

public int getState() {
return this.state;
}

public User getUser() {
return this.user;
}

public Integer getAge() {
return this.age;
}

public void setState() {
// 对象没有任何方法修改对象的状态,满足条件1
// do nothing.
}

public static void main(String[] args) {
int state = 0;
User u = new User();
Integer age = 100;
u.setName("yes");
WeakImmutable weak = new WeakImmutable(state, u, age);
System.out.println("原始值:" + weak.getState() + ","
+ weak.getUser().getName() + "," + weak.getAge());
// 修改引用后
state = 5;
// User由于是可变对象引用,所以有影响
u.setName("no");
age = 200;
System.out.println("修改引用后:" + weak.getState() + ","
+ weak.getUser().getName() + "," + weak.getAge());
}
}结果:可以看到user的名字会改变。
原始值:0,yes,100
修改引用后:0,no,100

我们再引伸一个不可变类的例子:
在时间截止时,我们需要一一检查队列成员是不是vip,如果是可以去USA.假设是多线程环境,并且users数组是多线程共享,那么另外的线程通过users去修改users[n],这时就会把users[n]绕过时间检查而去USA.

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. /**
  2. * 不变模式之clone
  3. *
  4. * @author Peter Wei
  5. *
  6. */
  7. publicclass WeakImmutableClone {
  8. publicstaticvoid main(String[] args) {
  9. User[] users = new User[3];
  10. users[0] = new User();
  11. users[0].setName("peterwei");
  12. users[1] = new User();
  13. users[1].setName("Tomssssss");
  14. users[2] = new User();
  15. users[2].setName("peterwei88");
  16. time4Check();
  17. /*
  18. * 时间到,我们需要一一检查队列成员是不是vip,如果是可以去USA.假设是多线程环境,并且users数组是多线程共享,
  19. * 那么另外的线程通过users去修改users[n],这时就会把users[n]绕过时间检查而去USA.
  20. */
  21. goUSA(users);
  22. }
  23. publicstaticvoid goUSA(User[] users) {
  24. // User[] tmp = new User[users.length];
  25. // System.arraycopy(users, 0, tmp, 0, users.length);
  26. for (User u : users) {
  27. if (checkVip(u)) {
  28. System.out.println("You can go!");
  29. } else {
  30. System.out.println("go away!");
  31. }
  32. }
  33. }
  34. publicstaticboolean checkVip(User user) {
  35. if (user.getName().startsWith("peterwei")) {
  36. returntrue;
  37. }
  38. returnfalse;
  39. }
  40. publicstaticvoid time4Check() {
  41. // 假设时间期限到,要检查上万人以上的队列。
  42. }
  43. }
/**
 * 不变模式之clone
 * 
 * @author Peter Wei
 * 
 */
public class WeakImmutableClone {

	public static void main(String[] args) {

		User[] users = new User[3];
		users[0] = new User();
		users[0].setName("peterwei");
		users[1] = new User();
		users[1].setName("Tomssssss");
		users[2] = new User();
		users[2].setName("peterwei88");

		time4Check();
		/*
		 * 时间到,我们需要一一检查队列成员是不是vip,如果是可以去USA.假设是多线程环境,并且users数组是多线程共享,
		 * 那么另外的线程通过users去修改users[n],这时就会把users[n]绕过时间检查而去USA.
		 */

		goUSA(users);

	}

	public static void goUSA(User[] users) {

		// User[] tmp = new User[users.length];
		// System.arraycopy(users, 0, tmp, 0, users.length);

		for (User u : users) {
			if (checkVip(u)) {
				System.out.println("You can go!");
			} else {
				System.out.println("go away!");
			}

		}
	}

	public static boolean checkVip(User user) {
		if (user.getName().startsWith("peterwei")) {
			return true;
		}
		return false;
	}

	public static void time4Check() {
		// 假设时间期限到,要检查上万人以上的队列。
	}
}


解决方法:
在事务处理及数据大批量入库的多线程环境中,应该也会有类似的问题。所以对于这样的传入参数及上例中的不变对象引用可变对象,我们可以将其在相关构造函数及方法中复制为本地变量(数组),及使用它的深度clone,阻止相关数据与外部线程的联系。

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. publicstaticvoid goUSA(User[] users) {
  2. User[] tmp = new User[users.length];
  3. System.arraycopy(users, 0, tmp, 0, users.length);
  4. for (User u : tmp) {
  5. if (checkVip(u)) {
  6. System.out.println("You can go!");
  7. } else {
  8. System.out.println("go away!");
  9. }
  10. }
  11. }
	public static void goUSA(User[] users) {

		User[] tmp = new User[users.length];
		System.arraycopy(users, 0, tmp, 0, users.length);

		for (User u : tmp) {
			if (checkVip(u)) {
				System.out.println("You can go!");
			} else {
				System.out.println("go away!");
			}

		}
	}


强不变模式:

一个类的实例的状态不会改变,同时它的子类的实例也具有不可变化的状态。这样的类符合强不变模式。要实现强不变模式,一个类必须首先满足弱不变模式所要求的所有条件,并且还要满足下面条件之一:
第一,所考虑的类所有的方法都应当是final,这样这个类的子类不能够置换掉此类的方法。
第二,这个类本身就是final的,那么这个类就不可能会有子类,从而也就不可能有被子类修改的问题。

不变模式在Java中的应用
如String类

Java代码 复制代码 收藏代码
  1. String a = "123" ;
  2. String a1 = "123" ;
  3. String a2 = "123" ;
  4. String a3 = "1234" ;
		String a = "123" ;
		String a1 = "123" ;
		String a2 = "123" ;
		String a3 = "1234" ;


java虚拟机只会创建一个字符串实例,a,a1,a2对象共享一个值。遇到不同的字符串,java虚拟机会再创建一个String对象,如a3。如果程序所处理的字串有频繁的内容变化,就不宜使用String类型,而应当使用StringBuffer类型,如果需要对字串做大量的循环查询,也不宜使用String类型,应当考虑使用byte或char数组.

 

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