设计模式2——创建者模式

标签：Singleton 创建者 对象 模式 class static new 设计模式 public

​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。

创建型模式分为：

• 单例模式；
• 工厂方法模式；
• 抽象工程模式；
• 原型模式；
• 建造者模式。

4.1、单例设计模式

单例模式（Singleton pattern）是Java中最简单的设计模式之一，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。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

4.1.1、单例模式的结构

单例模式的主要有以下角色：

• 单例类：只能创建一个实例的类；
• 访问类：使用单例类。

4.1.2、单例模式的实现

单例设计模式分类有两种：

• 饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建；
• 懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建。

1、饿汉式——方式1（静态变量方式）

package com.designModel.principles.demo6;

/**
 * 饿汉式：静态成员变量
 */
public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2、在本类中创建本类对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 3、提供一个公共的访问方式，让外界获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

/**********************************************************************/
package com.designModel.principles.demo6;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建Singleton类的对象
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        // 判断获取到的两个是否是同一个对象
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

结果：
true

2、饿汉式——方式2（静态代码块）

package com.designModel.principles.demo6_2;

/**
 * 饿汉式：静态代码块
 */
public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2、声明该类的成员变量
    private static Singleton instance;

    // 3、在静态代码块中进行赋值
    static {
        instance = new Singleton();
    }

    // 4、对外提供获取该类对象的方法
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

/*************************************************************************/
package com.designModel.principles.demo6_2;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建Singleton类的对象
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        // 判断获取到的两个是否是同一个对象
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

结果：
true

3、懒汉式——方式1（线程不安全）

package com.designModel.principles.demo7_1;

/**
 * 懒汉式：线程不安全
 */
public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2、声明Singleton类型的变量instance
    private static Singleton instance; // 只是声明了该类型的变量，并没有进行赋值

    // 3、对外提供访问方式
    public static Singleton getInstance() {
        // 判断instance是否为null，如果为null，说明还没有创建Singleton类的对象
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

/********************************************************************************/
package com.designModel.principles.demo7_1;

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
        Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        // 判断两次获取到的Singleton对象是否是同一个对象
        System.out.println(instance1 == instance2);
    }
}

结果：
true

从上面代码我们可以看出该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并没有进行对象的赋值操作，那么什么时候赋值的呢？当调用getInstance()方法获取Singleton类的对象的时候才创建Singleton类的对象，这样就实现了懒加载的效果，但是，如果是多线程环境，会出现线程安全问题。

4、懒汉式——方式2（线程安全）

package com.designModel.principles.demo7_2;

/**
 * 懒汉式：线程安全
 */
public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2、声明Singleton类型的变量instance
    private static Singleton instance; // 只是声明了该类型的变量，并没有进行赋值

    // 3、对外提供访问方式
    public synchronized static Singleton getInstance() {
        // 判断instance是否为null，如果为null，说明还没有创建Singleton类的对象
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

5、懒汉式——方式3（双重检查锁）

再来讨论一下懒汉模式中加锁的问题，对于getInstance()方法来说，绝大部分的操作都是读操作，读操作是线程安全的，所以我们没必要让每个线程必需持有锁才能调用该方法，我们需要调整枷锁的时机。由此也产生了一种新的实现模式：双重检查锁模式。

package com.designModel.principles.demo8;

public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}
    
    // 2、在成员变量位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;
    
    // 3、对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次判断，如果instance的值不为null，那么不需要抢占锁，直接返回对象
        if (instance == null) {
            // 第二次判断
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁模式是一种非常好的单例实现模式，解决了单例、性能、线程安全问题，上面的双重检查锁看上去完美无缺，其实是存在问题，在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用volatile关键字，volatile关键字可以保证可见性和有序性。

package com.designModel.principles.demo8;

public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2、在成员变量位置创建该类的对象
    private static volatile Singleton instance;

    // 3、对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次判断，如果instance的值不为null，那么不需要抢占锁，直接返回对象
        if (instance == null) {
            // 第二次判断
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

6、懒汉式——方式4（静态内部类方式）

静态内部类单例模式中实例由内部类创建，由于JVM在加载外部类的过程中，是不会加载静态内部类的，只有内部类的属性/方法被调用时才会被加载，并初始化其静态属性。静态属性由于被static修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序。

/**
 * 懒汉式：静态内部类方式
 */
public class Singleton {
    // 1、私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2、定义一个静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        // 在内部类中声明并初始化外部类的对象
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 3、提供公共的访问方式
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

说明：第一次加载Singleton类时不会去初始化INSTANCE，只有第一次调用getInstance()，虚拟机加载SingletonHolder并初始化INSTANCE，这样不仅能确保线程安全，也能保证Singleton类的唯一性。

静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是开源项目中比较常用的一种单例模式。在没有加任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费。

7、枚举方式

枚举类实现单例模式是极力推荐的单例实现模式，因为枚举类型是线程安全的，并且只会装载一次，设计者充分地利用了枚举的这个特性来实现单例模式，枚举的写法非常简单，而且枚举类型是所有单例实现中唯一一种不会被破坏的单例实现模式。

/**
 * 枚举实现方式
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

注意：枚举方式属于饿汉式方式。

4.1.3、存在的问题——破坏单例模式

1、问题演示

破坏单例模式：使上面定义的单例类（Singleton）可以创建多个对象，枚举方式除外。有两种方式，分别是序列化和反射。

（1）、序列化和反序列化

public class Singleton implements Serializable {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 定义一个静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        // 在内部类中声明并初始化外部类的对象
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 提供公共的访问方式
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

/**************************************************************************************/
/**
 * 使用反射破坏单例模式
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        writeObjectToFile();
        readObjectFromFile();
        readObjectFromFile();
    }

    // 从文件中读取数据（对象）
    public static void readObjectFromFile() throws IOException, ClassNotFoundException {
        // 1、创建对象输入流对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("E:\\a.txt"));
        // 2、读取对象
        Singleton INSTANCE = (Singleton) ois.readObject();
        System.out.println(INSTANCE);
        // 3、释放资源
        ois.close();

    }

    // 向文件中写数据（对象）
    public static void writeObjectToFile() throws IOException {
        // 1、获取Singleton对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        // 2、创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("E:\\a.txt"));
        // 3、写对象
        oos.writeObject(instance);
        // 4、释放资源
        oos.close();
    }
}

结果：
com.singleton.demo6.Singleton@5b6f7412
com.singleton.demo6.Singleton@27973e9b

（2）、反射破坏单例模式

/**
 * 使用反射破坏单例模式
 */
public class Client2 {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        // 1、获取Singleton的字节码对象
        Class<Singleton> clazz = Singleton.class;
        // 2、获取无参构造方法对象
        Constructor<Singleton> cons = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 3、取消访问检查
        cons.setAccessible(true);
        // 4、使用反射方式创建Singleton对象
        Singleton singleton1 = cons.newInstance();
        Singleton singleton2 = cons.newInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 如果返回的是false，说明破坏了单例模式
    }
}

结果：
false

2、问题的解决

（1）、序列化、反序列化方式破坏单例模式的解决方法

在Singleton类中添加readResolve()方法，在反序列化时被反射调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新new出来的对象。

public class Singleton implements Serializable {
    // 私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

    // 下面是为了解决序列化反序列化破解单例模式
    // 当进行反序列化时，会自动调用该方法，将该方法的返回值直接返回
    public Object readResolve() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

/*************************************************************************************/
public class Client1 {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        writeObjectToFile();
        readObjectFromFile();
        readObjectFromFile();
    }

    // 从文件中读取数据（对象）
    public static void readObjectFromFile() throws IOException, ClassNotFoundException {
        // 1、创建对象输入流对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("E:\\a.txt"));
        // 2、读取对象
        Singleton INSTANCE = (Singleton) ois.readObject();
        System.out.println(INSTANCE);
        // 3、释放资源
        ois.close();

    }

    // 向文件中写数据（对象）
    public static void writeObjectToFile() throws IOException {
        // 1、获取Singleton对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        // 2、创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("E:\\a.txt"));
        // 3、写对象
        oos.writeObject(instance);
        // 4、释放资源
        oos.close();
    }
}

结果;
com.design_pattern.singleton.demo6_2.Singleton@3764951d
com.design_pattern.singleton.demo6_2.Singleton@3764951d

(2)、反射方式破解单例模式的解决方法

public class Singleton1 {
    // 私有构造方法
    private Singleton1() {
        /**
         * 反射破解单例模式需要添加的代码
         */
        if (INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("111");
        }
        INSTANCE = this;
    }

    private static volatile Singleton1 INSTANCE;

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton1 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton1.class) {
                INSTANCE = new Singleton1();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

/********************************************************************************/
public class Singleton2 {
    private static boolean flag = false;
    // 私有构造方法
    private Singleton2() {
        synchronized (Singleton2.class) {
            // 判断flag是否是true，如果是true，说明这是非第一次访问，直接抛出一个异常；如果是false，说明是第一次创建对象
            if (flag) {
                throw new RuntimeException("不能创建多个对象");
            }
            // 将flag的值设置为true
            flag = true;
        }
    }

    // 静态内部类
    private static class SingletonHandler {
        private static final Singleton2 INSTANCE = new Singleton2();
    }

    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton2 getInstance() {
        return SingletonHandler.INSTANCE;
    }
}

/**********************************************************************************/
public class Client2 {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            test1();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        try {
            test2();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 测试单例模式1
    public static void test1() throws InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException, NoSuchMethodException {
        // 1、获取Singleton的字节码对象
        Class<Singleton1> clazz = Singleton1.class;
        // 2、获取无参构造方法对象
        Constructor<Singleton1> cons = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 3、取消访问检查
        cons.setAccessible(true);
        // 4、使用反射方式创建Singleton对象
        Singleton1 singleton1 = cons.newInstance();
        Singleton1 singleton2 = cons.newInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 如果返回的是false，说明破坏了单例模式
    }

    // 测试单例模式2
    public static void test2() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        // 1、获取Singleton的字节码对象
        Class<Singleton2> clazz = Singleton2.class;
        // 2、获取无参构造方法对象
        Constructor<Singleton2> cons = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 3、取消访问检查
        cons.setAccessible(true);
        // 4、使用反射方式创建Singleton对象
        Singleton2 singleton1 = cons.newInstance();
        Singleton2 singleton2 = cons.newInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton2); // 如果返回的是false，说明破坏了单例模式
    }
}

结果：
java.lang.reflect.InvocationTargetException
	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
	at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
	at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
	at com.design_pattern.singleton.demo6_2.Client2.test1(Client2.java:30)
	at com.design_pattern.singleton.demo6_2.Client2.main(Client2.java:9)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 111
	at com.design_pattern.singleton.demo6_2.Singleton1.<init>(Singleton1.java:10)
	... 6 more
java.lang.reflect.InvocationTargetException
	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
	at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
	at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
	at com.design_pattern.singleton.demo6_2.Client2.test2(Client2.java:44)
	at com.design_pattern.singleton.demo6_2.Client2.main(Client2.java:14)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 不能创建多个对象
	at com.design_pattern.singleton.demo6_2.Singleton2.<init>(Singleton2.java:12)
	... 6 more

4.2、工厂方法模式

4.2.1、概述

需求：设计一个咖啡店点餐系统。

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡（AmericanCoffee）和拿铁咖啡（LatteCoffee）），再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

/**
 * 咖啡类
 */
public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

/*************************************************************************************/
/**
 * 美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

/*************************************************************************************/
/**
 * 拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

/*************************************************************************************/
public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        // 声明Coffee类型的变量，根据不同的类型创建不同的子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("American".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("Latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addMilk();
        return coffee;
    }
}

/*************************************************************************************/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建咖啡店类
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        // 2、点咖啡
        Coffee coffee1 = coffeeStore.orderCoffee("American");
        System.out.println(coffee1.getName());
        Coffee coffee2 = coffeeStore.orderCoffee("Latte");
        System.out.println(coffee2.getName());
    }
}

结果：
加奶
加奶
美式咖啡
加奶
加奶
拿铁咖啡

在Java中，万物皆对象，这些对象需要创建，如果创建的时候直接new对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

4.2.2、简单工厂模式

简单工厂模式不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。

1、结构

简单工厂包含如下角色：

• 抽象产品：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：实现或者继承抽象产品的子类。
• 具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来创建产品。

2、实现

/**
 * 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡
 */
public class SimpleCoffeeFactory {
    public Coffee createCoffee(String type) {
        // 声明Coffee类型的变量，根据不同的类型创建不同的子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("American".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("Latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        return coffee;
    }
}

/***********************************************************************************/
public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        SimpleCoffeeFactory simpleCoffeeFactory = new SimpleCoffeeFactory();
        // 调用生产咖啡的方法
        Coffee coffee = simpleCoffeeFactory.createCoffee(type);
        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addMilk();
        return coffee;
    }
}

/***********************************************************************************/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建咖啡店类
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        // 2、点咖啡
        Coffee coffee1 = coffeeStore.orderCoffee("American");
        System.out.println(coffee1.getName());
        Coffee coffee2 = coffeeStore.orderCoffee("Latte");
        System.out.println(coffee2.getName());
    }
}

工厂（Factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可，这样也就解除了Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

后期如果再添加新种类的咖啡，我们势必要修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

3、优缺点

优点：封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：增加新产品时还是要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

4、扩展

静态工厂：在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下：

/**
 * 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡
 */
public class SimpleCoffeeFactory {
    public static Coffee createCoffee(String type) {
        // 声明Coffee类型的变量，根据不同的类型创建不同的子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("American".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("Latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        return coffee;
    }
}

4.2.3、工厂方法模式

针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美地解决，完全遵循开闭原则。

1、概念

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象，工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

2、结构

工厂方法模式的主要角色：

• 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。
• 具体产品（ConcretProduct）：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。

3、实现

public interface CoffeeFactory {
    /**
     * 创建咖啡对象的方法
     * @return
     */
    Coffee createCoffee();
}

/***********************************************************************************/
/**
 * 美式咖啡工厂对象，专门用来生产美式咖啡
 */
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

/***********************************************************************************/
/**
 * 专门生产拿铁咖啡的工厂
 */
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

/***********************************************************************************/
public class CoffeeStore {
    private CoffeeFactory factory;
    public void setFactory(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }

    /**
     * 点咖啡功能
     * @return
     */
    public Coffee orderCoffee() {
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

/***********************************************************************************/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1、创建咖啡店类
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        // 2、点咖啡
        coffeeStore.setFactory(new AmericanCoffeeFactory());
        Coffee coffee1 = coffeeStore.orderCoffee();
        System.out.println(coffee1.getName());
        coffeeStore.setFactory(new LatteCoffeeFactory());
        Coffee coffee2 = coffeeStore.orderCoffee();
        System.out.println(coffee2.getName());
    }
}

 

4、优缺点

• 优点：用户只需要知道具体工厂的名称就可得到新产品，无需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具体工厂类，无需对原工厂进行任何修改，满足开闭原则。
• 缺点：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。

4.2.4、抽象工厂模式

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如：畜牧场只养动物，电视机厂只生产电视机等。

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品成为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

1、概念

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，且访问类无需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。

2、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，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（Concrete Product）：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。

3、实现

/**
 * 咖啡类
 */
public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 甜品抽象类
 */
public abstract class Dessert {
    public abstract String getName();
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 抹茶慕斯类
 */
public class MochaMousse extends Dessert {
    @Override
    public String getName() {
        return "抹茶慕斯";
    }
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 提拉米苏类
 */
public class Tiramisu extends Dessert{
    @Override
    public String getName() {
        return "提拉米苏";
    }
}

/*******************************************************************************/
public interface Factory {
    /**
     * 生产咖啡的功能
     */
    Coffee createCoffee();

    /**
     * 生产甜品的功能
     */
    Dessert createDessert();
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 美式工厂，生产美式咖啡和抹茶慕斯
 */
public class AmericanFactory implements Factory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new MochaMousse();
    }
}

/*******************************************************************************/
/**
 * 意大利工厂，生产拿铁咖啡和提拉米苏
 */
public class ItalyFactory implements Factory{
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

/*******************************************************************************/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建意大利风味甜品工厂对象
        ItalyFactory italyFactory = new ItalyFactory();
        // 获取对应的拿铁咖啡和提拉米苏甜品
        Coffee coffee = italyFactory.createCoffee();
        Dessert dessert = italyFactory.createDessert();
        System.out.println(coffee.getName());
        dessert.getName();
    }
}

结果:
拿铁咖啡
提拉米苏

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

4、优缺点

优点：当一个产品族中的多个对象被设计在一起工作时，它能保证客户端始终同一个产品族中的对象；

缺点：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。

5、使用场景

• 当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等；
• 系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢某一个品牌的衣服和鞋；
• 系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

4.2.5、模式扩展

简单工厂 + 配置文件解除耦合。

可以通过工厂模式 + 配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。在工厂类中加载配置文件的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

步骤：

1. 定义配置文件：

   american=com.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee
   latte=com.pattern.factory.config_factory.LatteCoffee

   
2. 改进工厂类：

   public class CoffeeFactory {
       // 加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建该类的对象并存储
       // 1、定义容器对象存储咖啡对象
       private static HashMap<String, Coffee> map = new HashMap<>();
       // 2、加载配置文件，只需要加载一次
       static {
           try {
               // 2.1、创建Properties对象
               Properties properties = new Properties();
               // 2.2、调用properties对象中的Load方法进行配置文件的加载
               InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
               properties.load(is);
               // 从properties集合中获取全类名并创建对象
               Set<Object> keys = properties.keySet();
               for (Object key : keys) {
                   String className = properties.getProperty((String) key);
                   // 通过反射技术创建对象
                   Class<?> clazz = Class.forName(className);
                   Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();
                   // 将名称和对象存储到容器中
                   map.put((String)key, coffee);
               }
           } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
               e.printStackTrace();
           } catch (InstantiationException e) {
               e.printStackTrace();
           } catch (IllegalAccessException e) {
               e.printStackTrace();
           }
       }
   
       /**
        * 根据名称获取对象
        * @param name
        * @return
        */
       public static Coffee createCoffee(String name) {
           return map.get(name);
       }
   }
   
   /******************************************************************************/
   public class Client {
       public static void main(String[] args) {
           Coffee coffee1 = CoffeeFactory.createCoffee("american");
           System.out.println(coffee1.getName());
           Coffee coffee2 = CoffeeFactory.createCoffee("latte");
           System.out.println(coffee2.getName());
       }
   }
   
   结果：
   美式咖啡
   拿铁咖啡

   

4.2.6、JDK源码解析-Collection.iterator()方法

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("0");
        list.add("1");
        list.add("2");

        // 获取迭代器对象
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        // 使用迭代器遍历
        while(iterator.hasNext()) {
            String elem = iterator.next();
            System.out.println(elem);
        }
    }
}

上面的代码使用迭代器遍历集合，获取集合中的元素。而单列集合获取迭代器的方法就使用到了工厂方法模式。类图结构如下：

Colletction接口是抽象工厂类，ArrayList是具体的工厂类；Iterator接口是抽象商品类，ArrayList类中的Iter内部类是具体的商品类，在具体的工厂中iterator()方法创建具体的商品类的对象。

另：

• DateFormat类中的getInstance()方法使用的是工厂模式；
• Calendar类中的getInstance()方法使用的是工厂模式。

4.3、原型模式

4.3.1、概述

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对象相同的新对象。

4.3.2、结构

原型模式包含如下角色：

• 抽象原型类：规定了具体原型对象必须实现的clone()方法；
• 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。

接口类图如下：

4.3.3、实现

原型模式的克隆分为浅克隆和深克隆。

• 浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来的对象完全相同，对于非基本类型属性，仍指向原有属性所指向的对象的内存地址。
• 深克隆：创建一个新对象，属性中引用的其他对象也会被克隆，不再指向原有对象地址。

Java中的Object类中提供了clone()方法来实现浅克隆，Cloneable接口是上面的类图中的抽象原型类，而实现了Cloneable接口的子实现类就是具体的原型类。代码如下：

// 具体的原型类
class Realizetype implements Cloneable {
    public Realizetype() {
        System.out.println("具体的原型对象创建完成！");
    }

    @Override
    protected Realizetype clone() throws CloneNotSupportedException {
        System.out.println("具体原型复制成功！");
        return (Realizetype) super.clone();
    }
}

// 测试访问类
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
        // 创建一个原型类对象
        Realizetype r1 = new Realizetype();
        // 调用Realizetype类中的clone()方法进行对象的克隆
        Realizetype r2 = r1.clone();

        System.out.println("原型对象和克隆出来的是否是同一个对象？" + (r1 == r2));
    }
}

// 结果
具体的原型对象创建完成！
具体原型复制成功！
原型对象和克隆出来的是否是同一个对象？false

4.3.4、案例

用原型模式生成“三好学生”奖状。

同一学校的“三好学生”奖状除了获奖人姓名不同，其他都相同，可以使用原型模式复制多个“三好学生”奖状出来，然后再修改奖状上的名字即可。

类图如下：

 

4.5、建造者模式

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​

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