设计模式入门（二）——创建者模式

深藏阁楼爱情的钟 2022-05-12 16:36 159阅读 0赞

### **2.1 工厂方法模式（Factory Method）** ###

工厂方法模式分为三种：

**1、普通工厂模式**，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：

![70][]

举例如下：（我们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：

//发送邮件
    public class MailSender implements Sender {  
        @Override  
        public void Send() {  
            System.out.println("this is mailsender!");  
        }  
    }

//发送短信
    public class SmsSender implements Sender {  
      
        @Override  
        public 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;  
            }  
        }  
    }

我们来测试下：

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!

**2、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：

![70 1][]

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!

**3、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!

总体来说，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（用常量或反射处理更好 ），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（如果我们传入类的字节码对象，通过反射创建可以减少代码量）。

### **2.2 抽象工厂模式（Abstract Factory）** ###

工厂方法模式有一个问题就是，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，我们先看看图，然后就和代码，就比较容易理解。

![70 2][]

请看例子：

public interface Sender {  
        public void Send();  
    }

两个实现类：

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

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

两个工厂类：

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

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

在提供一个接口：

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！

### **2.3 单例模式（Singleton）** ###

单例对象（Singleton）是一种常用的设计模式。在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处：

1、某些类创建比较频繁，对于一些大型的对象，这是一笔很大的系统开销。

2、省去了new操作符，降低了系统内存的使用频率，减轻GC压力。

3、有些类如交易所的核心交易引擎，控制着交易流程，如果该类可以创建多个的话，系统完全乱了。（比如一个军队出现了多个司令员同时指挥，肯定会乱成一团），所以只有使用单例模式，才能保证核心交易服务器独立控制整个流程。

首先我们写一个简单的单例类：

public class Singleton {  
      
        /* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */  
        private static Singleton instance = null;  
      
        /* 私有构造方法，防止被实例化 */  
        private Singleton() {  
        }  
      
        /* 静态工程方法，创建实例 */  
        public static Singleton getInstance() {  
            if (instance == null) {  
                instance = new Singleton();  
            }  
            return 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 instance;  
        }  
    }

这个类可以满足基本要求，但是，像这样毫无线程安全保护的类，如果我们把它放入多线程的环境下，肯定就会出现问题了，如何解决？我们首先会想到对getInstance方法加synchronized关键字，如下：

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

但是，synchronized关键字锁住的是这个对象，这样的用法，在性能上会有所下降，因为每次调用getInstance()，都要对对象上锁，事实上，只有在第一次创建对象的时候需要加锁，之后就不需要了，所以，这个地方需要改进。我们改成下面这个：

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

似乎解决了之前提到的问题，将synchronized关键字加在了内部，也就是说当调用的时候是不需要加锁的，只有在instance为null，并创建对象的时候才需要加锁，性能有一定的提升。但是，这样的情况，还是有可能有问题的，看下面的情况：在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了，我们以A、B两个线程为例：

a）A、B线程同时进入了第一个if判断

b）A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();

c）由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。

d）B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e）此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

所以程序还是有可能发生错误，其实程序在运行过程是很复杂的，从这点我们就可以看出，尤其是在写多线程环境下的程序更有难度，有挑战性。我们对该程序做进一步优化：

private static class SingletonFactory{           
            private static Singleton instance = new Singleton();           
        }           
        public static Singleton getInstance(){           
            return SingletonFactory.instance;           
        }

实际情况是，单例模式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，这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了低性能问题。这样我们暂时总结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();  
        }  
    }

其实说它完美，也不一定，如果在构造函数中抛出异常，实例将永远得不到创建，也会出错。所以说，十分完美的东西是没有的，我们只能根据实际情况，选择最适合自己应用场景的实现方法。也有人这样实现：因为我们只需要在创建类的时候进行同步，所以只要将创建和getInstance()分开，单独为创建加synchronized关键字，也是可以的：

public class SingletonTest {  
      
        private static SingletonTest instance = null;  
      
        private SingletonTest() {  
        }  
      
        private static synchronized void syncInit() {  
            if (instance == null) {  
                instance = new SingletonTest();  
            }  
        }  
      
        public static SingletonTest getInstance() {  
            if (instance == null) {  
                syncInit();  
            }  
            return instance;  
        }  
    }

考虑性能的话，整个程序只需创建一次实例，所以性能也不会有什么影响。

**补充：****采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新**

public class SingletonTest {  
      
        private static SingletonTest instance = null;  
        private Vector properties = null;  
      
        public Vector getProperties() {  
            return properties;  
        }  
      
        private SingletonTest() {  
        }  
      
        private static synchronized void syncInit() {  
            if (instance == null) {  
                instance = new SingletonTest();  
            }  
        }  
      
        public static SingletonTest getInstance() {  
            if (instance == null) {  
                syncInit();  
            }  
            return instance;  
        }  
      
        public void updateProperties() {  
            SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
            properties = shadow.getProperties();  
        }  
    }

通过单例模式的学习告诉我们：

1、单例模式理解起来简单，但是具体实现起来还是有一定的难度。

2、synchronized关键字锁定的是对象，在用的时候，一定要在恰当的地方使用（注意需要使用锁的对象和过程，可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁）。

那么，采用类的静态方法，实现单例模式的效果，也是可行的，此处二者有什么不同？

首先，静态类不能实现接口。（从类的角度说是可以的，但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许有static修饰的方法，所以即使实现了也是非静态的）

其次，单例可以被延迟初始化，静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载，是因为有些类比较庞大，所以延迟加载有助于提升性能。

再次，单例类可以被继承，他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static，无法被覆写。

最后一点，单例类比较灵活，毕竟从实现上只是一个普通的Java类，只要满足单例的基本需求，你可以在里面随心所欲的实现一些其它功能，但是静态类不行。从上面这些概括中，基本可以看出二者的区别，但是，从另一方面讲，我们上面最后实现的那个单例模式，内部就是用一个静态类来实现的，所以，二者有很大的关联，只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合，才能造就出完美的解决方案，就像HashMap采用数组+链表来实现一样，其实生活中很多事情都是这样，单用不同的方法来处理问题，总是有优点也有缺点，最完美的方法是，结合各个方法的优点，才能最好的解决问题！

### **2.4 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。我们看一下代码：

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);  
        }  
    }

从这点看出，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复合对象，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。

### **2.5 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，从名字即可看出，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。本小结会通过对象的复制，进行讲解。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;  
        }  
    }

很简单，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，而在Object类中，clone()是native的，具体怎么实现，我会在另一篇文章中，关于解读Java中本地方法的调用，此处不再深究。在这儿，我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。

此处，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;  
    }

要实现深复制，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。

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