Java设计模式---(创建型模式)工厂、单例、建造者、原型

前言

创建型模式(4种)：用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。

一、工厂模式（Factory）

1.1 工厂方法模式（Factory Method）

1.1.1 普通工厂方法模式

普通工厂方法模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。首先看下关系图：

举一个发送邮件和短信的例子，首先，创建二者的共同接口：

public interface Sender {public void Send();
}

其次，创建实现类：

public class MailSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is mailsender!");}
}

public class SmsSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is sms sender!");}
}

最后，建工厂类：

public class SendFactory {public Sender produce(String type) {if ("mail".equals(type)) {return new MailSender();} else if ("sms".equals(type)) {return new SmsSender();} else {System.out.println("请输入正确的类型!");return null;}}
}

测试下：

public class FactoryTest {public static void main(String[] args) {SendFactory factory = new SendFactory();Sender sender = factory.produce("sms");sender.Send();}
}

输出：this is sms sender!

1.1.2 多个工厂方法模式

多个工厂方法模式，是对普通工厂方法模式的改进，在普通工厂方法模式中，如果传递的字符串出错，则不能正确创建对象，而多个工厂方法模式是提供多个工厂方法，分别创建对象。关系图：

将上面的代码做下修改，改动下SendFactory类就行，如下：

public class SendFactory {public Sender produceMail(){return new MailSender();}public Sender produceSms(){return new SmsSender();}
}

测试类如下：

public class FactoryTest {public static void main(String[] args) {SendFactory factory = new SendFactory();Sender sender = factory.produceMail();sender.Send();}
}

输出：this is mailsender!

1.1.3 静态工厂方法模式

静态工厂方法模式，将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的，不需要创建实例，直接调用即可。

public class SendFactory {public static Sender produceMail(){return new MailSender();}public static Sender produceSms(){return new SmsSender();}
}

public class FactoryTest {public static void main(String[] args) {	Sender sender = SendFactory.produceMail();sender.Send();}
}

输出：this is mailsender!

工厂模式适合：凡是出现了大量的产品需要创建，并且具有共同的接口时，可以通过工厂方法模式进行创建。
在以上的三种模式中，第一种如果传入的字符串有误，不能正确创建对象；
第三种相对于第二种，不需要实例化工厂类；
所以，大多数情况下，我们会选用第三种——静态工厂方法模式。

1.2 抽象工厂模式（Abstract Factory）

工厂方法模式的问题是类的创建依赖工厂类，也就是说，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违背了闭包原则，所以，从设计角度考虑，有一定的问题，如何解决？就用到抽象工厂模式，创建多个工厂类，这样一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。因为抽象工厂不太好理解，先看看图，然后就和代码，就比较容易理解。

public interface Sender {public void Send();
}

两个实现类：

public class MailSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is mailsender!");}
}

public class SmsSender implements Sender {@Overridepublic void Send() {System.out.println("this is sms sender!");}
}

两个工厂类：

public class SendMailFactory implements Provider {@Overridepublic Sender produce(){return new MailSender();}
}

public class SendSmsFactory implements Provider{@Overridepublic Sender produce() {return new SmsSender();}
}

再提供一个接口：

public interface Provider {public Sender produce();
}

测试类：

public class Test {public static void main(String[] args) {Provider provider = new SendMailFactory();Sender sender = provider.produce();sender.Send();}
}

其实这个模式的好处就是，如果你现在想增加一个功能：发及时信息，则只需做一个实现类，实现Sender接口，同时做一个工厂类，实现Provider接口，就OK了，无需去改动现成的代码。这样做，拓展性较好！

二、单例模式（Singleton）

保证被创建一次，节省系统开销

• ​饿汉式：上来不管有没有对象，都要直接创建一个新的对象。
• 懒汉式：首先判断有没有创建对象，如果创建对象了就使用原来创建的对象，没有创建的话新创建一个对象。

单例模式重点在于在整个系统上共享一些创建时较耗资源的对象。整个应用中只维护一个特定类实例，它被所有组件共同使用。Java.lang.Runtime是单例模式的经典例子。

public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (instance) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}

使用内部类来维护单例的实现，JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，一个完美的单例模式

public class Singleton {/* 私有构造方法，防止被实例化 */private Singleton() {}/* 此处使用一个内部类来维护单例 */private static class SingletonFactory {private static Singleton instance = new Singleton();}/* 获取实例 */public static Singleton getInstance() {return SingletonFactory.instance;}/* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */public Object readResolve() {return getInstance();}
}

三、建造者模式（Builder）

工厂类模式提供的是创建单个类的模式，而建造者模式则是将各种产品集中起来进行管理，用来创建复合对象，所谓复合对象就是指某个类具有不同的属性，其实建造者模式就是前面抽象工厂模式和最后的Test结合起来得到的。

还和前面一样，一个Sender接口，两个实现类MailSender和SmsSender。最后，建造者类如下：

public class Builder {private List<Sender> list = new ArrayList<Sender>();public void produceMailSender(int count){for(int i=0; i<count; i++){list.add(new MailSender());}}public void produceSmsSender(int count){for(int i=0; i<count; i++){list.add(new SmsSender());}}
}

测试类：

public class Test {public static void main(String[] args) {Builder builder = new Builder();builder.produceMailSender(10);}
}

建造者模式将很多功能集成到一个类里，这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工程模式的区别就是：

• 工厂模式关注的是创建单个产品，
• 而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。
  因此，是选择工厂模式还是建造者模式，依实际情况而定。

四、原型模式（Prototype）

原型模式虽然是创建型的模式，但是与工程模式没有关系，该模式的思想就是将一个对象作为原型，对其进行复制、克隆，产生一个和原对象类似的新对象。在Java中，复制对象是通过clone()实现的，先创建一个原型类：

public class Prototype implements Cloneable {public Object clone() throws CloneNotSupportedException {Prototype proto = (Prototype) super.clone();return proto;}
}

一个原型类，只需要实现Cloneable接口，覆写clone方法，此处clone方法可以改成任意的名称，因为Cloneable接口是个空接口，你可以任意定义实现类的方法名，如cloneA或者cloneB，因为此处的重点是super.clone()这句话，super.clone()调用的是Object的clone()方法。

将结合对象的浅复制和深复制来说一下，首先需要了解对象深、浅复制的概念：

• 浅复制：将一个对象复制后，基本数据类型的变量都会重新创建，而引用类型，指向的还是原对象所指向的。
• 深复制：将一个对象复制后，不论是基本数据类型还有引用类型，都是重新创建的。简单来说，就是深复制进行了完全彻底的复制，而浅复制不彻底。

写一个深浅复制的例子：

public class Prototype implements Cloneable, Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;private String string;private SerializableObject obj;/* 浅复制 */public Object clone() throws CloneNotSupportedException {Prototype proto = (Prototype) super.clone();return proto;}/* 深复制 */public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {/* 写入当前对象的二进制流 */ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);oos.writeObject(this);/* 读出二进制流产生的新对象 */ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);return ois.readObject();}public String getString() {return string;}public void setString(String string) {this.string = string;}public SerializableObject getObj() {return obj;}public void setObj(SerializableObject obj) {this.obj = obj;}}class SerializableObject implements Serializable {private static final long serialVersionUID = 1L;
}

深复制，需要采用流的形式读入当前对象的二进制输入，再写出二进制数据对应的对象。