在Java编程中，设计模式是一种解决常见问题的模板，它为软件开发提供了可重用的解决方案。本篇文章将深入探讨两种常见的设计模式：单例模式和简单工厂模式。
单例模式是一种限制类实例化的模式，确保在整个应用程序中只有一个实例存在。其核心动机是控制共享资源的访问，例如日志记录器或者数据库连接池。单例模式分为两种常见实现方式：饿汉模式和懒汉模式。
饿汉模式是在类加载时就创建单例实例，这种方式线程安全且性能较好，但可能导致不必要的资源浪费。示例代码如下：
```java
public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
```
而懒汉模式则是在首次调用`getInstance`时才创建实例，这种实现方式延迟了初始化，但在多线程环境下需要使用同步机制来保证线程安全，如双重检查锁定（DCL）：
```java
public class SingletonDemo {
private static volatile SingletonDemo instance = null;
private SingletonDemo() {}
public static SingletonDemo getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (SingletonDemo.class) {
if (instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
}
```
需要注意的是，如果涉及到序列化和反序列化，单例模式可能会产生多个实例，因此需要重写`readResolve`方法来防止这种情况：
```java
public class Singleton implements Serializable {
// ...
protected Object readResolve() {
return getInstance();
}
}
```
接下来，我们来看简单工厂模式。它的主要目的是提供一个中心化的方法来创建对象，隐藏了对象创建的复杂性，使得客户端代码无需关注具体的类实现。例如，一个简单的形状绘制程序，可以通过工厂方法根据用户需求创建不同形状的对象：
```java
public class ShapeFactory {
public Shape createShape(String shapeType) {
if ("Circle".equals(shapeType)) {
return new Circle();
} else if ("Rectangle".equals(shapeType)) {
return new Rectangle();
}
// ...
}
}
```
然而，简单工厂模式的缺点在于扩展性较差，当需要添加新的形状时，需要修改工厂类。为了解决这个问题，可以考虑使用更灵活的工厂方法模式或抽象工厂模式。
总结来说，单例模式和简单工厂模式在Java编程中扮演着重要角色。单例模式用于控制共享资源的唯一性，保证线程安全，并优化资源利用；而简单工厂模式则简化了对象创建过程，隔离了客户端与具体实现之间的耦合。理解并恰当运用这两种设计模式，可以提升代码的可读性和可维护性，对团队协作尤其有利。在实际开发中，应根据项目需求和场景选择合适的模式，以实现高效、可扩展的代码架构。
