设计模式——创建型设计模式

创建型设计模式

争对对象/类创建时的优化

工厂方法模式(了解)

通过定义顶层抽象工厂类，通过继承的方式，针对于每一个产品都提供一个工厂类用于创建。

情况：只适用于简单对象，当我们需要生产许多个产品族的时候，这种模式就有点乏力了

创建对象不再使用传统的new，而是创建一个工厂类，作为all实体类创建对象的一个封装类。(避免了更改类名、构造方法时，需要修改大量的代码)

简单工厂模式：(不灵活，不建议)

不符合开闭原则。如果输入没有提前写好的水果则就需要再添加每个类里的代码

//水果抽象类
public abstract class Fruit {   private final String name;public Fruit(String name){this.name = name;}@Overridepublic String toString() {return name+"@"+hashCode();   //打印一下当前水果名称，还有对象的hashCode}
}//水果实体类
public class Apple extends Fruit{   //苹果，继承自水果public Apple() {super("苹果");}
}
public class Orange extends Fruit{  //橘子，也是继承自水果public Orange() {super("橘子");}
}//水果工厂
public class FruitFactory {/*** 这里就直接来一个静态方法根据指定类型进行创建* @param type 水果类型* @return 对应的水果对象*/public static Fruit getFruit(String type) {switch (type) {case "苹果":return new Apple();case "橘子":return new Orange();default:return null;}}
}//主方法
public class Main {public static void main(String[] args) {Fruit fruit = FruitFactory.getFruit("橘子");   //直接问工厂要，而不是我们自己去创建System.out.println(fruit);}
}

工厂方法模式：通过范型灵活实现

如果新增了水果类型，直接创建一个新的工厂类就行，不需要修改之前已经编写好的内容。

缺点：一种水果就有一种新的工厂类，太多工厂类了

//水果抽象类
public abstract class Fruit {   private final String name;public Fruit(String name){this.name = name;}@Overridepublic String toString() {return name+"@"+hashCode();   //打印一下当前水果名称，还有对象的hashCode}
}//水果工厂
public abstract class FruitFactory<T extends Fruit> {   //将水果工厂抽象为抽象类，添加泛型T由子类指定水果类型public abstract T getFruit();  //不同的水果工厂，通过此方法生产不同的水果
}//Apple工厂
public class AppleFactory extends FruitFactory<Apple> {  //苹果工厂，直接返回Apple，一步到位@Overridepublic Apple getFruit() {return new Apple();}
}//主方法
public class Main {public static void main(String[] args) {test(new AppleFactory()::getFruit);   //比如我们现在要吃一个苹果，那么就直接通过苹果工厂来获取苹果}//此方法模拟吃掉一个水果private static void test(Supplier<Fruit> supplier){System.out.println(supplier.get()+" 被吃掉了，真好吃。");}
}

抽象工厂模式

情况：适用于有一系列产品的公司。

缺点：容易违背开闭原则。一旦增加了一种产品，此时就必须去修改抽象工厂的接口，这样就涉及到抽象工厂类的以及所有子类的改变

举例：

实际上这些产品都是成族出现的，比如小米的产品线上有小米12，小米平板等，华为的产品线上也有华为手机、华为平板，但是如果按照我们之前工厂方法模式来进行设计，那就需要单独设计9个工厂来生产上面这些产品，显然这样就比较浪费时间的。

我们就可以使用抽象工厂模式，我们可以将多个产品，都放在一个工厂中进行生成，按不同的产品族进行划分，比如小米，那么我就可以安排一个小米工厂，而这个工厂里面就可以生产整条产品线上的内容，包括小米手机、小米平板、小米路由等。

//工厂抽象类
public abstract class AbstractFactory {public abstract Phone getPhone();public abstract Table getTable();public abstract Router getRouter();
}//工厂实现类
public class AbstractFactoryImpl extends AbstractFactory{@Overridepublic Phone getPhone() {return new ProductPhone();}@Overridepublic Table getTable() {return new ProductTable();}@Overridepublic Router getRouter() {return new ProductRouter();}
}//产品抽象类
public abstract class AbRouter{public abstract Router getRouter();
}
...//产品实体类
public class Router extends AbRouter{@Overridepublic Router getRouter(){return new Router();}
}

建造者模式

当构造对象时参数较多，可以通过建造者模式使用链式方法创建对象，保证参数填写正确。

可以去看看StringBuilder的源码，有很多的框架都为我们提供了形如XXXBuilder的类型，我们一般也是使用这些类来创建我们需要的对象。

建造者模式创建对象其实和StringBuilder一样：实际上我们是通过建造者来不断配置参数或是内容，当我们配置完所有内容后，最后再进行对象的构建。

public static void main(String[] args) {StringBuilder builder = new StringBuilder();   //创建一个StringBuilder来逐步构建一个字符串builder.append(666);   //拼接一个数字builder.append("老铁");   //拼接一个字符串builder.insert(2, '?');  //在第三个位置插入一个字符System.out.println(builder.toString());   //差不多成形了，最后转换为字符串
}

举例：

//实体类的编写
public class Student {int id;int age;int grade;String name;String college;String profession;List<String> awards;//一律使用建造者来创建，不对外直接开放private Student(int id, int age, int grade, String name, String college, String profession, List<String> awards) {this.id = id;this.age = age;this.grade = grade;this.name = name;this.college = college;this.profession = profession;this.awards = awards;}public static StudentBuilder builder(){   //通过builder方法直接获取建造者return new StudentBuilder();}public static class StudentBuilder{   //这里就直接创建一个内部类//Builder也需要将所有的参数都进行暂时保存，所以Student怎么定义的这里就怎么定义int id;int age;int grade;String name;String college;String profession;List<String> awards;public StudentBuilder id(int id){    //直接调用建造者对应的方法，为对应的属性赋值this.id = id;return this;   //为了支持链式调用，这里直接返回建造者本身，下同}public StudentBuilder age(int age){this.age = age;return this;}...public StudentBuilder awards(String... awards){this.awards = Arrays.asList(awards);return this;}public Student build(){    //最后我们只需要调用建造者提供的build方法即可根据我们的配置返回一个对象return new Student(id, age, grade, name, college, profession, awards);}}
}

//主方法
public static void main(String[] args) {Student student = Student.builder()   //获取建造者.id(1)    //逐步配置各个参数.age(18).grade(3).name("小明").awards("ICPC-ACM 区域赛 金牌", "LPL 2022春季赛 冠军").build();   //最后直接建造我们想要的对象
}

单例模式

单例模式：在计算机进程中，同一个类始终只会有一个对象来进行操作。

多例模式：在计算机进程中，对一个实体类创建一次对象就是对当个对象操作，若是创建多个对象则是分别对对应的对象操作。

单例模式的三种写法：

饿汉式单例(不建议)

在最开始就创建了对象(太饥渴了，一开始就需要对象)

public class Singleton {private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();   //用于引用全局唯一的单例对象，在一开始就创建好private Singleton() {}   //禁用了构造方法Singleton()来创建对象。不允许随便new，需要对象直接找getInstancepublic static Singleton getInstance(){   //获取全局唯一的单例对象return INSTANCE;}
}

加锁的懒汉式单例(不建议，没有第三种方法好)

懒汉：在要用的时候才创建对象。但又得防多线程就上了锁

public class Singleton {private static volatile Singleton INSTANCE;   //在一开始先不进行对象创建。volatile关键字是多线程的时候，这个变量更改了，别的线程可以立马检测到private Singleton() {}   //禁用了构造方法Singleton()来创建对象。不允许随便new，需要对象直接找getInstancepublic static Singleton getInstance(){if(INSTANCE == null) {   //这层判断是便于第一次外访问时不用在走锁synchronized (Singleton.class) {   //加锁是为了防止多线程创建了多个对象if(INSTANCE == null) INSTANCE = new Singleton();  //由于加了锁，所以当一个进程进来创建了对象，其他线程需要再判断一次有没有人已经创建了这个类对象，有就不创建了。内层还要进行一次检查，双重检查锁定}}return INSTANCE;
}
}

静态内部类的半懒、半饿式单例(建议)

静态内部类该开始不会加载，需要的时候才会加载，由于这个类一加载就会创建对象。

所以实现了懒汉的资源不滥用，饿汉的防止多线程

public class Singleton {private Singleton() {}//禁用了构造方法Singleton()来创建对象。不允许随便new，需要对象直接找getInstanceprivate static class Holder {   //由静态内部类持有单例对象，但是根据类加载特性，我们仅使用Singleton类时，不会对静态内部类进行初始化。一旦类初始化之后值将不会改变，有点饿汉式的味道。private final static Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance(){   //只有真正使用内部类时，才会进行类初始化return Holder.INSTANCE;   //直接获取内部类中的}
}

原型模式

定义：用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。(说白了就是复制)

浅拷贝：①对于类中基本数据类型，会直接复制值给拷贝对象；②对于引用类型(对象类型)，只会复制对象的地址，而实际上指向的还是原来的那个对象，拷贝个基莫。

public static void main(String[] args) {int a = 10;int b = a;  //基本类型浅拷贝System.out.println(a == b);    //trueObject o = new Object();Object k = o;    //引用类型浅拷贝，拷贝的仅仅是对上面对象的引用System.out.println(o == k);   //true
}

深拷贝：无论是基本类型还是引用类型，深拷贝会将引用类型的所有内容，全部拷贝为一个新的对象，包括对象内部的所有成员变量，也会进行拷贝。

使用Cloneable接口提供的拷贝机制，来实现原型模式：操作完会发现Object的clone默认还是浅复制

protected class Student implements Cloneable{   //注意需要实现Cloneable接口...//Cloneable中的方法，下面代码复制Object的clone源码    @Overridepublic Object clone() throws CloneNotSupportedException {   //提升clone方法的访问权限return super.clone();}
}//主方法
public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {Student student0 = new Student();Student student1 = (Student) student0.clone();System.out.println(student0);System.out.println(student1);//两个结果不同，就是地址不同Student student0 = new Student("小明");Student student1 = (Student) student0.clone();System.out.println(student0.getName() == student1.getName());//true
}

深拷贝：在student实现接口Cloneable后重写clone方法

@Override
public Object clone() throws CloneNotSupportedException {   //这里我们改进一下，针对成员变量也进行拷贝Student student = (Student) super.clone();student.name = new String(name);return student;   //成员拷贝完成后，再返回
}