设计模式

一、创建型模式

1. 单例模式

1.1请手写一个单例

#encoding=utf8
import threading
import time
#这里使用方法__new__来实现单例模式
class Singleton(object):#抽象单例
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if not hasattr(cls, '_instance'):
            orig = super(Singleton, cls)
            cls._instance = orig.__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance
#总线
class Bus(Singleton):
    lock = threading.RLock()
    def sendData(self,data):
        self.lock.acquire()
        time.sleep(3)
        print "Sending Signal Data...",data
        self.lock.release()
#线程对象，为更加说明单例的含义，这里将Bus对象实例化写在了run里
class VisitEntity(threading.Thread):
    my_bus=""
    name=""
    def getName(self):
        return self.name
    def setName(self, name):
        self.name=name
    def run(self):
        self.my_bus=Bus()
        self.my_bus.sendData(self.name)

if  __name__=="__main__":
    for i in range(3):
        print "Entity %d begin to run..."%i
        my_entity=VisitEntity()
        my_entity.setName("Entity_"+str(i))
        my_entity.start()

1.2单例模式的优点和应用？

单例模式的优点：
1、由于单例模式要求在全局内只有一个实例，因而可以节省比较多的内存空间；
2、全局只有一个接入点，可以更好地进行数据同步控制，避免多重占用；
3、单例可长驻内存，减少系统开销。
单例模式的应用举例：
1、生成全局惟一的序列号；
2、访问全局复用的惟一资源，如磁盘、总线等；
3、单个对象占用的资源过多，如数据库等；
4、系统全局统一管理，如Windows下的Task Manager；
5、网站计数器。
6、数据库配置，数据库连接池
7、应用程序的日志应用

1.3单例模式的缺点

1、单例模式的扩展是比较困难的；
2、赋于了单例以太多的职责，某种程度上违反单一职责原则（六大原则后面会讲到）;
3、单例模式是并发协作软件模块中需要最先完成的，因而其不利于测试；
4、单例模式在某种情况下会导致“资源瓶颈”。

2. 工厂类相关模式

2.1工厂模式、简单工厂模式、抽象工厂模式

工厂模式的定义如下：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。其通用类图如下。其产品类定义产品的公共属性和接口，工厂类定义产品实例化的“方式”。

import random

class PetShop(object):
    def __init__(self,animal_factory=None):
        #  pet 宠物  factory 工厂
        self.pet_factory = animal_factory

    def show_pet(self):
        pet = self.pet_factory.get_pet()
        print("this is a lovely", pet)
        print("it says",pet.speak())
        print("it eats",self.pet_factory.get_food())

class Dog:
    def speak(self):
        return "Dog"

    def __str__(self):
        return "this is Dog"

class Cat:
    def speak(self):
        return "Cat"

    def __str__(self):
        return "this is Cat"

class CatFactory:
    def get_pet(self):
        return Cat()

    def get_food(self):
        return "cat food"

class DogFactory:
    def get_pet(self):
        return Dog()

    def get_food(self):
        return "dog food"

def get_factory():
    return random.choice([DogFactory,CatFactory])

if __name__ == '__main__':
    shop = PetShop() # pet_factory 默认为None，后面延迟加载

    shop.pet_factory = get_factory()()  #  延迟加载，随机选择一个工厂然后实例出来一个对象给商店
    shop.show_pet()

2.2工厂模式的优点和应用

工厂模式、抽象工厂模式的优点：
1、工厂模式巨有非常好的封装性，代码结构清晰；在抽象工厂模式中，其结构还可以随着需要进行更深或者更浅的抽象层级调整，非常灵活；
2、屏蔽产品类，使产品的被使用业务场景和产品的功能细节可以分而开发进行，是比较典型的解耦框架。
工厂模式、抽象工厂模式的使用场景：
1、当系统实例要求比较灵活和可扩展时，可以考虑工厂模式或者抽象工厂模式实现。比如，
在通信系统中，高层通信协议会很多样化，同时，上层协议依赖于下层协议，那么就可以对应建立对应层级的抽象工厂，根据不同的“产品需求”去生产定制的实例。

2.3工厂模式的不足

1、工厂模式相对于直接生成实例过程要复杂一些，所以，在小项目中，可以不使用工厂模式；
2、抽象工厂模式中，产品类的扩展比较麻烦。毕竟，每一个工厂对应每一类产品，产品扩展，就意味着相应的抽象工厂也要扩展。

3、建造者模式

3.1建造者模式

建造者模式的定义如下：将一个复杂对象的构建与它的表示分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
建造者模式的作用，就是将“构建”和“表示”分离，以达到解耦的作用。在上面订单的构建过程中，如果将order直接通过参数定义好（其构建与表示没有分离），同时在多处进行订单生成，此时需要修改订单内容，则需要一处处去修改，业务风险也就提高了不少。
在建造者模式中，还可以加一个Director类，用以安排已有模块的构造步骤。对于在建造者中有比较严格的顺序要求时，该类会有比较大的用处。

class orderDirector():
    order_builder=""
    def __init__(self,order_builder):
        self.order_builder=order_builder
    def createOrder(self,burger,snack,beverage):
        self.order_builder.addBurger(burger)
        self.order_builder.addSnack(snack)
        self.order_builder.addBeverage(beverage)
        return self.order_builder.build()

3.2建造者模式的优点和使用场景

优点：
1、封装性好，用户可以不知道对象的内部构造和细节，就可以直接建造对象；
2、系统扩展容易；
3、建造者模式易于使用，非常灵活。在构造性的场景中很容易实现“流水线”；
4、便于控制细节。
使用场景：
1、目标对象由组件构成的场景中，很适合建造者模式。例如，在一款赛车游戏中，车辆生成时，需要根据级别、环境等，选择轮胎、悬挂、骨架等部件，构造一辆“赛车”；
2、在具体的场景中，对象内部接口需要根据不同的参数而调用顺序有所不同时，可以使用建造者模式。例如：一个植物养殖器系统，对于某些不同的植物，浇水、施加肥料的顺序要求可能会不同，因而可以在Director中维护一个类似于队列的结构，在实例化时作为参数代入到具体建造者中。

3.3建造者模式的缺点

1、“加工工艺”对用户不透明。（封装的两面性）

4、原型模式

4.1原型模式

原型模式定义如下：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过复制这些原型创建新的对象。
需要注意一点的是，进行clone操作后，新对象的构造函数没有被二次执行，新对象的内容是从内存里直接拷贝的。

from copy import copy, deepcopy
class simpleLayer:
    background=[0,0,0,0]
    content="blank"
    def getContent(self):
        return self.content
    def getBackgroud(self):
        return self.background
    def paint(self,painting):
        self.content=painting
    def setParent(self,p):
        self.background[3]=p
    def fillBackground(self,back):
        self.background=back
    def clone(self):
        return copy(self)
    def deep_clone(self):
        return deepcopy(self)
if  __name__=="__main__":
    dog_layer=simpleLayer()
    dog_layer.paint("Dog")
    dog_layer.fillBackground([0,0,255,0])
    print "Background:",dog_layer.getBackgroud()
    print "Painting:",dog_layer.getContent()
    another_dog_layer=dog_layer.clone()
    print "Background:", another_dog_layer.getBackgroud()
    print "Painting:", another_dog_layer.getContent()

4.2原型模式的优点和使用场景