從 Java 類庫看設計模式（二）：Command、Factory 與 Singleton 模式實戰

前言

本文介紹三大經典模式在 JDK/JAXP 中的應用：**Command**（回調物件化）、**Abstract Factory/Factory Method**（面向介面建構）、**Singleton**（唯一實例控制）。

Command 模式：Swing Action 的物件化回調

背景

C/C++ 使用函數指標實作回調，Java 無指標，以 **Command 物件** 封裝請求：

• Command 介面定義 execute()。
• Invoker 持有 Command 參考，呼叫 execute()。
• Receiver 執行實際邏輯（Command 可委派或自行處理）。

JDK 代理事件模型

DocumentListener 等監聽器即 Command：註冊後，事件發生時呼叫對應方法（insertUpdate、removeUpdate）。

Swing Action：Command 的豐富擴充

• 繼承 ActionListener，本身即事件監聽器。
• 額外提供：**文字/圖示描述**、**啟用/停用狀態**、**多元件共享**（按鈕、選單、快捷鍵共用同一 Action 實例）。
• 更像「領域物件」而非單純回調函數。

應用範例：任務排程器

interface Task { void taskPerform(); }
class BackupTask implements Task { ... }
class ScanDiskTask implements Task { ... }

class TaskEntry {
    Task task; long interval, lastDone;
    // getter/setter
}

class TaskSchedule extends Thread {
    List tasks = new ArrayList<>();
    void addTask(TaskEntry e) { tasks.add(e); }
    void schedulePerform() {
        sleep(minInterval);
        for (TaskEntry e : tasks) {
            if (due) { e.getTask().taskPerform(); e.setLastDone(now); }
        }
    }
}

排程器不知任務細節，僅觸發 Task 介面，實現解耦。

Abstract Factory 與 Factory Method：JAXP 解析器工廠

核心原則：面向介面編程

透過工廠建立符合介面規範的物件，實現**多型替換**（切換解析器無需改程式碼）。

JAXP DOM 解析器建立流程

// Factory Method：靜態方法依環境變數決定具體工廠子類
DocumentBuilderFactory dbf = DocumentBuilderFactory.newInstance();
// Abstract Factory：工廠建立一族相關物件
DocumentBuilder db = dbf.newDocumentBuilder();
Document doc = db.parse(new File("data.xml"));

• Factory Method：newInstance() 依 javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory 系統屬性建立具體工廠（如 Xerces、Crimson）。
• Abstract Factory：DocumentBuilderFactory 介面建立 DocumentBuilder、Document、Node 等**相關物件族**。

Singleton 模式：唯一實例的安全實作

簡單版

public final class Math { // 所有方法 static，建構子 private
    private Math() {}
    public static double sin(double a) { ... }
}

標準版（支援繼承、延遲初始化、執行緒安全）

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    protected Singleton() {} // 允許子類建構
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
    // 防止 clone 破壞單例
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        throw new CloneNotSupportedException();
    }
}

• volatile + 雙重檢查鎖定（DCL）確保執行緒安全與效能。
• protected 建構子允許子類化，private 則禁止。
• 覆寫 clone() 拋出異常防止複製。
• JDK 1.2+ 修正 GC 導致類卸載問題，無需額外強參考。

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