概览LeetCode Hot
2.16 最长有效括号2.17 搜索旋转排序数组2.18 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置2.19 组合总和2.20 接雨水 设计模式
工厂模式单例模式建造者模式 总结
概览LeetCode Hot：最长有效括号、搜索旋转排序数组、在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置、组合总和、接雨水
设计模式：工厂模式、单例模式、建造者模式
给你一个只包含 ‘(’ 和 ‘)’ 的字符串，找出最长有效（格式正确且连续）括号子串的长度。
示例 1： 输入：s = "(()" 输出：2 解释：最长有效括号子串是 "()"
//栈、遍历一次
class Solution {
public int longestValidParentheses(String s) {
int maxans = 0;
Deque stack = new linkedList();
stack.push(-1);
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (s.charAt(i) == '(') {
stack.push(i);
} else {
stack.pop();
if (stack.isEmpty()) {
stack.push(i);
} else {
maxans = Math.max(maxans, i - stack.peek());
}
}
}
return maxans;
}
}
//正逆向结合，两次遍历，空间O(1)
class Solution {
public int longestValidParentheses(String s) {
int left = 0, right = 0, maxlength = 0;
for (int i = 0; i < s.length(); i++) {
if (s.charAt(i) == '(') {
left++;
} else {
right++;
}
if (left == right) {
maxlength = Math.max(maxlength, 2 * right);
} else if (right > left) {
left = right = 0;
}
}
left = right = 0;
for (int i = s.length() - 1; i >= 0; i--) {
if (s.charAt(i) == '(') {
left++;
} else {
right++;
}
if (left == right) {
maxlength = Math.max(maxlength, 2 * left);
} else if (left > right) {
left = right = 0;
}
}
return maxlength;
}
}
2.17 搜索旋转排序数组
整数数组 nums 按升序排列，数组中的值 互不相同 。
在传递给函数之前，nums 在预先未知的某个下标 k（0 <= k < nums.length）上进行了 旋转，使数组变为 [nums[k], nums[k+1], …, nums[n-1], nums[0], nums[1], …, nums[k-1]]（下标 从 0 开始 计数）。例如， [0,1,2,4,5,6,7] 在下标 3 处经旋转后可能变为 [4,5,6,7,0,1,2] 。
给你 旋转后 的数组 nums 和一个整数 target ，如果 nums 中存在这个目标值 target ，则返回它的下标，否则返回 -1 。
示例 1： 输入：nums = [4,5,6,7,0,1,2], target = 0 输出：4
//二分法
class Solution {
public int search(int[] nums, int target) {
int n = nums.length;
if (n == 0) {
return -1;
}
if (n == 1) {
return nums[0] == target ? 0 : -1;
}
int l = 0, r = n - 1;
while (l <= r) {
int mid = (l + r) / 2;
if (nums[mid] == target) {
return mid;
}
if (nums[0] <= nums[mid]) {
if (nums[0] <= target && target < nums[mid]) {
r = mid - 1;
} else {
l = mid + 1;
}
} else {
if (nums[mid] < target && target <= nums[n - 1]) {
l = mid + 1;
} else {
r = mid - 1;
}
}
}
return -1;
}
}
2.18 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置
给定一个按照升序排列的整数数组 nums，和一个目标值 target。找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。
如果数组中不存在目标值 target，返回 [-1, -1]。
示例 1： 输入：nums = [5,7,7,8,8,10], target = 8 输出：[3,4]
//二分法
class Solution {
public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
int leftIdx = binarySearch(nums, target, true);
int rightIdx = binarySearch(nums, target, false) - 1;
if (leftIdx <= rightIdx && rightIdx < nums.length && nums[leftIdx] == target && nums[rightIdx] == target) {
return new int[]{leftIdx, rightIdx};
}
return new int[]{-1, -1};
}
public int binarySearch(int[] nums, int target, boolean lower) {
int left = 0, right = nums.length - 1, ans = nums.length;
while (left <= right) {
int mid = (left + right) / 2;
if (nums[mid] > target || (lower && nums[mid] >= target)) {
right = mid - 1;
ans = mid;
} else {
left = mid + 1;
}
}
return ans;
}
}
2.19 组合总和
给你一个 无重复元素 的整数数组 candidates 和一个目标整数 target ，找出 candidates 中可以使数字和为目标数 target 的 所有 不同组合 ，并以列表形式返回。你可以按 任意顺序 返回这些组合。
candidates 中的 同一个 数字可以 无限制重复被选取 。如果至少一个数字的被选数量不同，则两种组合是不同的。
对于给定的输入，保证和为 target 的不同组合数少于 150 个。
示例 1： 输入：candidates = [2,3,6,7], target = 7 输出：[[2,2,3],[7]] 解释： 2 和 3 可以形成一组候选，2 + 2 + 3 = 7 。注意 2 可以使用多次。 7 也是一个候选， 7 = 7 。 仅有这两种组合。
//回溯法
class Solution {
List> res = new ArrayList<>(); //记录答案
List path = new ArrayList<>(); //记录路径
public List> combinationSum(int[] candidates, int target) {
dfs(candidates,0, target);
return res;
}
public void dfs(int[] candidates, int start, int target) {
if(target < 0) return ;
if(target == 0){
res.add(new ArrayList(path));
return ;
}
for(int i = start; i < candidates.length; i++){
if( candidates[i] <= target) {
path.add(candidates[i]);
dfs(candidates,i,target - candidates[i]); // 因为可以重复使用，所以还是i
path.remove(path.size()-1); //回溯，恢复现场
}
}
}
}
2.20 接雨水
给定 n 个非负整数表示每个宽度为 1 的柱子的高度图，计算按此排列的柱子，下雨之后能接多少雨水。
示例 1： 输入：height = [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1] 输出：6 解释：上面是由数组 [0,1,0,2,1,0,1,3,2,1,2,1] 表示的高度图，在这种情况下，可以接 6 个单位的雨水（蓝色部分表示雨水）。
//双指针
public int trap(int[] height) {
//left：从左往右处理的当前下标,right：从右往左处理的当前下标
int left = 0, right = height.length - 1;
int ans = 0;
//left_max：左边的最大值，它是从左往右遍历找到的,right_max：右边的最大值，它是从右往左遍历找到的
int left_max = 0, right_max = 0;
while (left < right) {
if (height[left] < height[right]) {
if (height[left] >= left_max) {
left_max = height[left];
} else {
ans += (left_max - height[left]);
}
++left;
} else {
if (height[right] >= right_max) {
right_max = height[right];
} else {
ans += (right_max - height[right]);
}
--right;
}
}
return ans;
}
设计模式
工厂模式创建型模式
工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。
在工厂方法模式中，工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象，这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成，即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。
使用场景：
你不想直接new这个类的对象，怕以后这个类改变的时候你需要回来改代码，而此时依赖这个类的地方已经到处都是了。
这个类的对象构建过程非常复杂，你不愿意将这么复杂的构建过程一遍又一遍的写在需要用到此对象的地方。
这个类的对象在构建过程中依赖了很多其他的类，而你无法在调用的地方提供。
角色：
●Product：抽象产品，工厂方法模式所创建的对象的超类，也就是所有产品类的共同父类或共同拥有的接口。在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象类实现。
●ConcreteProduct：具体产品，这个角色实现了抽象产品（Product）所声明的接口，工厂方法模式所创建的每一个对象都是某个具体产品的实例。
●Factory：抽象工厂，担任这个角色的是工厂方法模式的核心，任何在模式中创建对象的工厂类必须实现这个接口。在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象类实现。
●ConcreteFactory：具体工厂，担任这个角色的是实现了抽象工厂接口的具体Java类。具体工厂角色含有与业务密切相关的逻辑，并且受到使用者的调用以创建具体产品对象。
实现：
需要生产灯泡和灯管
抽象的产品接口: ILight
public interface ILight {
void TurnOn();
void TurnOff();
}
具体的产品类：BulbLight
public class BulbLight implements ILight {
public void TurnOn() {
Console.WriteLine("BulbLight turns on.");
}
public void TurnOff() {
Console.WriteLine("BulbLight turns off.");
}
}
具体的产品类：TubeLight
public class TubeLight implements ILight {
public void TurnOn() {
Console.WriteLine("TubeLight turns on.");
}
public void TurnOff() {
Console.WriteLine("TubeLight turns off.");
}
}
抽象的工厂类
public interface ICreator {
ILight CreateLight();
}
具体的工厂类**:BulbCreator**
public class BulbCreator implements ICreator {
public ILight CreateLight() {
return new BulbLight();
}
}
具体的工厂类**:TubeCreator**
public class TubeCreator implements ICreator {
public ILight CreateLight() {
return new TubeLight();
}
}
客户端调用
static void Main(string[] args) {
//先给我来个灯泡
ICreator creator = new BulbCreator();
ILight light = creator.CreateLight();
light.TurnOn();
light.TurnOff();
//再来个灯管看看
creator = new TubeCreator();
light = creator.CreateLight();
light.TurnOn();
light.TurnOff();
}
优缺点:
优点
①在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
②基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
③使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合**“开闭原则”**，这点比简单工厂模式更优秀。
缺点
①在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。
②由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。
单例模式**1.**定义
作为对象的创建模式，单例模式确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。这个类称为单例类。
**2.**特点
单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
**3.**创建单例模式的方式
①懒汉式，线程不安全
这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
②懒汉式，线程安全
这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。(使用不太频繁)
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
③双重检验锁
双重检验锁模式（double checked locking pattern），是一种使用同步块加锁的方法。程序员称其为双重检查锁，因为会有两次检查 instance == null，一次是在同步块外，一次是在同步块内。为什么在同步块内还要再检验一次？因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton; //使用volatile，禁止指令重排序优化
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
④饿汉式
饿汉式其实是一种比较形象的称谓。既然饿，那么在创建对象实例的时候就比较着急，饿了嘛，于是在装载类的时候就创建对象实例。
这种方法非常简单，因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的。
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
缺点是它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 **getInstance()**方法。
⑤静态内部类
这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题。由于静态单例对象没有作为Singleton的成员变量直接实例化，因此类加载时不会实例化Singleton，第一次调用 getInstance()时将加载内部类SingletonHolder，在该内部类中定义了一个static类型的变量INSTANCE ，此时会首先初始化这个成员变量，由Java虚拟机来保证其线程安全性，确保该成员变量只能初始化一次。由于getInstance()方法没有任何线程锁定，因此其性能不会造成任何影响。
由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 JDK 版本
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
⑥枚举 Enum
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
总结
一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现，上文中第一种方式线程不安全，排除。
一般情况下直接使用饿汉式，如果明确要求要懒加载（lazy initialization）倾向于使用静态内部类。如果涉及到反序列化创建对象时会试着使用枚举的方式来实现单例。
建造者模式造者模式(Builder Pattern)：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。
建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。建造者模式属于对象创建型模式。根据中文翻译的不同，建造者模式又可以称为生成器模式。
使用场景：当一个类的构造函数参数个数超过4个，而且这些参数有些是可选的参数，考虑使用构造者模式。
实现：
public class Computer {
private final String cpu;//必须
private final String ram;//必须
private final int usbCount;//可选
private final String keyboard;//可选
private final String display;//可选
private Computer(Builder builder){
this.cpu=builder.cpu;
this.ram=builder.ram;
this.usbCount=builder.usbCount;
this.keyboard=builder.keyboard;
this.display=builder.display;
}
public static class Builder{
private String cpu;//必须
private String ram;//必须
private int usbCount;//可选
private String keyboard;//可选
private String display;//可选
public Builder(String cup,String ram){
this.cpu=cup;
this.ram=ram;
}
public Builder setUsbCount(int usbCount) {
this.usbCount = usbCount;
return this;
}
public Builder setKeyboard(String keyboard) {
this.keyboard = keyboard;
return this;
}
public Builder setDisplay(String display) {
this.display = display;
return this;
}
public Computer build(){
return new Computer(this);
}
}
//省略getter方法
}
使用：
Computer computer=new Computer.Builder("因特尔","三星")
.setDisplay("三星24寸")
.setKeyboard("罗技")
.setUsbCount(2)
.build();
Android中使用：alertDialog
总结1.首先非常感谢@shusheng007大神的设计模式系列文章，讲解浅显易懂，举例清晰明了。
博文地址：https://blog.csdn.net/ShuSheng0007/article/details/115980889
2.设计模式是编程经验总结出来的模板，需要多实践和拥有一定经验后回头理解，这里只是简单举例理解，可以查看更多博文加深理解。
