软件设计的创建型模式
创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象？”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。这样可以降低系统的耦合度，使用者不需要关注对象的创建细节，对象的创建由相关的工厂来完成。就像我们去商场购买商品时，不需要知道商品是怎么生产出来一样，因为它们由专门的厂商生产。
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创建型模式
创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象？”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。这样可以降低系统的耦合度，使用者不需要关注对象的创建细节，对象的创建由相关的工厂来完成。就像我们去商场购买商品时，不需要知道商品是怎么生产出来一样，因为它们由专门的厂商生产。
创建型模式分为以下几种。
单例（Singleton）模式：某个类只能生成一个实例，该类提供了一个全局访问点供外部获取该实例，其拓展是有限多例模式。
原型（Prototype）模式：将一个对象作为原型，通过对其进行复制而克隆出多个和原型类似的新实例。
工厂方法（FactoryMethod）模式：定义一个用于创建产品的接口，由子类决定生产什么产品。
抽象工厂（AbstractFactory）模式：提供一个创建产品族的接口，其每个子类可以生产一系列相关的产品。
建造者（Builder）模式：将一个复杂对象分解成多个相对简单的部分，然后根据不同需要分别创建它们，最后构建成该复杂对象。
单例模式
单例（Singleton）模式的定义：指一个类只有一个实例，且该类能自行创建这个实例的一种模式。例如，Windows 中只能打开一个任务管理器，这样可以避免因打开多个任务管理器窗口而造成内存资源的浪费，或出现各个窗口显示内容的不一致等错误。
单例模式有 3 个特点：
单例类只有一个实例对象；
该单例对象必须由单例类自行创建；
单例类对外提供一个访问该单例的全局访问点；
单例模式的结构
单例模式的主要角色如下。
单例类：包含一个实例且能自行创建这个实例的类。
访问类：使用单例的类。
单例模式的实现
Singleton 模式通常有两种实现形式。 第 1 种：懒汉式单例 该模式的特点是类加载时没有生成单例，只有当第一次调用 getlnstance 方法时才去创建这个单例。代码如下：
public class LazySingleton
{
private static volatile LazySingleton instance=null; //保证 instance 在所有线程中同步
private LazySingleton(){} //private 避免类在外部被实例化
public static synchronized LazySingleton getInstance()
{
//getInstance 方法前加同步
if(instance==null)
{
instance=new LazySingleton();
}
return instance;
}
}注意：如果编写的是多线程程序，则不要删除上例代码中的关键字 volatile 和 synchronized，否则将存在线程非安全的问题。如果不删除这两个关键字就能保证线程安全，但是每次访问时都要同步，会影响性能，且消耗更多的资源，这是懒汉式单例的缺点。
第 2 种：饿汉式单例 该模式的特点是类一旦加载就创建一个单例，保证在调用 getInstance 方法之前单例已经存在了。
public class HungrySingleton
{
private static final HungrySingleton instance=new HungrySingleton();
private HungrySingleton(){}
public static HungrySingleton getInstance()
{
return instance;
}
}饿汉式单例在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以是线程安全的，可以直接用于多线程而不会出现问题。
单例模式的应用场景
前面分析了单例模式的结构与特点，以下是它通常适用的场景的特点。
在应用场景中，某类只要求生成一个对象的时候，如一个班中的班长、每个人的身份证号等。
当对象需要被共享的场合。由于单例模式只允许创建一个对象，共享该对象可以节省内存，并加快对象访问速度。如 Web 中的配置对象、数据库的连接池等。
当某类需要频繁实例化，而创建的对象又频繁被销毁的时候，如多线程的线程池、网络连接池等。
原型模式
原型（Prototype）模式的定义如下：用一个已经创建的实例作为原型，通过复制该原型对象来创建一个和原型相同或相似的新对象。在这里，原型实例指定了要创建的对象的种类。用这种方式创建对象非常高效，根本无须知道对象创建的细节。例如，Windows 操作系统的安装通常较耗时，如果复制就快了很多。
原型模式的结构与实现
由于 Java 提供了对象的 clone() 方法，所以用 Java 实现原型模式很简单。
模式的结构
原型模式包含以下主要角色。
抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的接口。
具体原型类：实现抽象原型类的 clone() 方法，它是可被复制的对象。
访问类：使用具体原型类中的 clone() 方法来复制新的对象。
模式的实现
原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆，Java 中的 Object 类提供了浅克隆的 clone() 方法，具体原型类只要实现 Cloneable 接口就可实现对象的浅克隆，这里的 Cloneable 接口就是抽象原型类。其代码如下：
//具体原型类
class Realizetype implements Cloneable
{
Realizetype()
{
System.out.println("具体原型创建成功！");
}
public Object clone() throws CloneNotSupportedException
{
System.out.println("具体原型复制成功！");
return (Realizetype)super.clone();
}
}
//原型模式的测试类
public class PrototypeTest
{
public static void main(String[] args)throws CloneNotSupportedException
{
Realizetype obj1=new Realizetype();
Realizetype obj2=(Realizetype)obj1.clone();
System.out.println("obj1==obj2?"+(obj1==obj2));
}
}工厂方法模式
工厂方法（FactoryMethod）模式的定义：定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。
我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于 GoF 的 23 种经典设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”。
本节介绍的“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。
工厂方法模式的主要优点有：
用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；
其缺点是：每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。
工厂方法模式的结构与实现
工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。
模式的结构
工厂方法模式的主要角色如下。
抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。
模式的实现
package FactoryMethod;
public class AbstractFactoryTest
{
public static void main(String[] args)
{
try
{
Product a;
AbstractFactory af;
af=(AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
a=af.newProduct();
a.show();
}
catch(Exception e)
{
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
//抽象产品：提供了产品的接口
interface Product
{
public void show();
}
//具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct1 implements Product
{
public void show()
{
System.out.println("具体产品1显示...");
}
}
//具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct2 implements Product
{
public void show()
{
System.out.println("具体产品2显示...");
}
}
//抽象工厂：提供了厂品的生成方法
interface AbstractFactory
{
public Product newProduct();
}
//具体工厂1：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory
{
public Product newProduct()
{
System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
return new ConcreteProduct1();
}
}
//具体工厂2：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory
{
public Product newProduct()
{
System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
return new ConcreteProduct2();
}
}
package FactoryMethod;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
class ReadXML1
{
//该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
public static Object getObject()
{
try
{
//创建文档对象
DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();
Document doc;
doc=builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));
//获取包含类名的文本节点
NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");
Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
String cName="FactoryMethod."+classNode.getNodeValue();
//System.out.println("新类名："+cName);
//通过类名生成实例对象并将其返回
Class<?> c=Class.forName(cName);
Object obj=c.newInstance();
return obj;
}
catch(Exception e)
{
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}工厂方法模式的应用实例
用工厂方法模式设计畜牧场。
分析：有很多种类的畜牧场，如养马场用于养马，养牛场用于养牛，所以该实例用工厂方法模式比较适合。
对养马场和养牛场等具体工厂类，只要定义一个生成动物的方法 newAnimal() 即可。由于要显示马类和牛类等具体产品类的图像，所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabd 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。
模式的应用场景
工厂方法模式通常适用于以下场景。
客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。
抽象工厂模式
抽象工厂（AbstractFactory）模式的定义：是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。
抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。
使用抽象工厂模式一般要满足以下条件。
系统中有多个产品族，每个具体工厂创建同一族但属于不同等级结构的产品。
系统一次只可能消费其中某一族产品，即同族的产品一起使用。
抽象工厂模式除了具有工厂方法模式的优点外，其他主要优点如下。
可以在类的内部对产品族中相关联的多等级产品共同管理，而不必专门引入多个新的类来进行管理。
当增加一个新的产品族时不需要修改原代码，满足开闭原则。
其缺点是：当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。
模式的结构与实现
抽象工厂模式同工厂方法模式一样，也是由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等 4 个要素构成，但抽象工厂中方法个数不同，抽象产品的个数也不同。现在我们来分析其基本结构和实现方法。
模式的结构
抽象工厂模式的主要角色如下。
抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法 newProduct()，可以创建多个不同等级的产品。
具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它 同具体工厂之间是多对一的关系。
模式的结构
抽象工厂模式的结构同工厂方法模式的结构相似，不同的是其产品的种类不止一个，所以创建产品的方法也不止一个。
(1) 抽象工厂：提供了产品的生成方法。
interface AbstractFactory
{
public Product1 newProduct1();
public Product2 newProduct2();
}(2) 具体工厂：实现了产品的生成方法。
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory
{
public Product1 newProduct1()
{
System.out.println("具体工厂 1 生成-->具体产品 11...");
return new ConcreteProduct11();
}
public Product2 newProduct2()
{
System.out.println("具体工厂 1 生成-->具体产品 21...");
return new ConcreteProduct21();
}
}模式的应用实例
用抽象工厂模式设计农场类。
分析：农场中除了像畜牧场一样可以养动物，还可以培养植物，如养马、养牛、种菜、种水果等，所以本实例比前面介绍的畜牧场类复杂，必须用抽象工厂模式来实现。
本例用抽象工厂模式来设计两个农场，一个是韶关农场用于养牛和种菜，一个是上饶农场用于养马和种水果，可以在以上两个农场中定义一个生成动物的方法 newAnimal() 和一个培养植物的方法 newPlant()。
对马类、牛类、蔬菜类和水果类等具体产品类，由于要显示它们的图像（点此下载图片），所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabel 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。
客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的数据来决定养什么动物和培养什么植物
建造者模式
建造者（Builder）模式的定义：指将一个复杂对象的构造与它的表示分离，使同样的构建过程可以创建不同的表示，这样的设计模式被称为建造者模式。它是将一个复杂的对象分解为多个简单的对象，然后一步一步构建而成。它将变与不变相分离，即产品的组成部分是不变的，但每一部分是可以灵活选择的。
该模式的主要优点如下：
各个具体的建造者相互独立，有利于系统的扩展。
客户端不必知道产品内部组成的细节，便于控制细节风险。
其缺点如下：
产品的组成部分必须相同，这限制了其使用范围。
如果产品的内部变化复杂，该模式会增加很多的建造者类。
建造者（Builder）模式和工厂模式的关注点不同：建造者模式注重零部件的组装过程，而工厂方法模式更注重零部件的创建过程，但两者可以结合使用。
模式的结构与实现
建造者（Builder）模式由产品、抽象建造者、具体建造者、指挥者等 4 个要素构成，现在我们来分析其基本结构和实现方法。
模式的结构
建造者（Builder）模式的主要角色如下。
产品角色（Product）：它是包含多个组成部件的复杂对象，由具体建造者来创建其各个滅部件。
抽象建造者（Builder）：它是一个包含创建产品各个子部件的抽象方法的接口，通常还包含一个返回复杂产品的方法 getResult()。
具体建造者(Concrete Builder）：实现 Builder 接口，完成复杂产品的各个部件的具体创建方法。
指挥者（Director）：它调用建造者对象中的部件构造与装配方法完成复杂对象的创建，在指挥者中不涉及具体产品的信息。
模式的实现
(1) 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象。
class Product
{
private String partA;
private String partB;
private String partC;
public void setPartA(String partA)
{
this.partA=partA;
}
public void setPartB(String partB)
{
this.partB=partB;
}
public void setPartC(String partC)
{
this.partC=partC;
}
public void show()
{
//显示产品的特性
}
}(2) 抽象建造者：包含创建产品各个子部件的抽象方法。
abstract class Builder
{
//创建产品对象
protected Product product=new Product();
public abstract void buildPartA();
public abstract void buildPartB();
public abstract void buildPartC();
//返回产品对象
public Product getResult()
{
return product;
}
}(3) 具体建造者：实现了抽象建造者接口。
public class ConcreteBuilder extends Builder
{
public void buildPartA()
{
product.setPartA("建造 PartA");
}
public void buildPartB()
{
product.setPartA("建造 PartB");
}
public void buildPartC()
{
product.setPartA("建造 PartC");
}
}(4) 指挥者：调用建造者中的方法完成复杂对象的创建。
class Director
{
private Builder builder;
public Director(Builder builder)
{
this.builder=builder;
}
//产品构建与组装方法
public Product construct()
{
builder.buildPartA();
builder.buildPartB();
builder.buildPartC();
return builder.getResult();
}
}(5) 客户类。
public class Client
{
public static void main(String[] args)
{
Builder builder=new ConcreteBuilder();
Director director=new Director(builder);
Product product=director.construct();
product.show();
}
}模式的应用实例
用建造者（Builder）模式描述客厅装修。
分析：客厅装修是一个复杂的过程，它包含墙体的装修、电视机的选择、沙发的购买与布局等。客户把装修要求告诉项目经理，项目经理指挥装修工人一步步装修，最后完成整个客厅的装修与布局，所以本实例用建造者模式实现比较适合。
这里客厅是产品，包括墙、电视和沙发等组成部分。具体装修工人是具体建造者，他们负责装修与墙、电视和沙发的布局。项目经理是指挥者，他负责指挥装修工人进行装修。
另外，客厅类中提供了 show() 方法，可以将装修效果图显示出来（点此下载装修效果图的图片）。客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的装修方案数据（点此下载 XML 文件），调用项目经理进行装修。
模式的应用场景
建造者（Builder）模式创建的是复杂对象，其产品的各个部分经常面临着剧烈的变化，但将它们组合在一起的算法却相对稳定，所以它通常在以下场合使用。
创建的对象较复杂，由多个部件构成，各部件面临着复杂的变化，但构件间的建造顺序是稳定的。
创建复杂对象的算法独立于该对象的组成部分以及它们的装配方式，即产品的构建过程和最终的表示是独立的。