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[TOC] 創(chuàng)建型模式包括工廠模式、建造者模式和單例模式。其中工廠模式又分為： * 簡單工廠模式（又稱 靜態(tài)工廠方法模式） * 工廠方法模式（又稱 工廠模式、虛擬構(gòu)造器模式、多態(tài)工廠模式） * 抽象工廠模式（又稱 Kit 模式） # 1 簡單工廠模式 ## 1.1 模式定義 簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）：又稱為靜態(tài)工廠方法（Static Factory Method）模式，它屬于類創(chuàng)建型模式。在簡單工廠模式中，可以根據(jù)參數(shù)的不同返回不同類的實例。簡單工廠模式專門定義一個類來負責(zé)創(chuàng)建其他類的實例，被創(chuàng)建的實例通常都具有共同的父類。 ## 1.2 模式結(jié)構(gòu) 簡單工廠模式包含如下角色： * Factory：工廠角色 負責(zé)實現(xiàn)創(chuàng)建所有實例的內(nèi)部邏輯 * Product：抽象產(chǎn)品角色 是所創(chuàng)建的所有對象的父類，負責(zé)描述所有實例所共有的公共接口 * ConcreteProduct：具體產(chǎn)品角色 具體產(chǎn)品角色是創(chuàng)建目標(biāo)，所有創(chuàng)建的對象都充當(dāng)這個角色的某個具體類的實例。 ## 1.3 代碼示例 ```java public static final Fruit getFruit(String name) { if (name.equals("apple")) { return new Apple(); } else if (name.equals("banana")) { return new Banana(); } else if (name.equals("grape")) { return new Grape(); } else { return null; } } ``` ## 1.4 總結(jié) * 創(chuàng)建型模式對類的實例化過程進行了抽象，能夠?qū)ο蟮膭?chuàng)建與對象的使用過程分離。 * 簡單工廠模式的要點在于：當(dāng)你需要什么，只需要傳入一個正確的參數(shù)，就可以獲取你所需要的對象，而無須知道其創(chuàng)建細節(jié)。 * 簡單工廠模式最大的優(yōu)點在于實現(xiàn)對象的創(chuàng)建和對象的使用分離，將對象的創(chuàng)建交給專門的工廠類負責(zé)，但是其最大的缺點在于工廠類不夠靈活，增加新的具體產(chǎn)品需要修改工廠類的判斷邏輯代碼，而且產(chǎn)品較多時，工廠方法代碼將會非常復(fù)雜。 * 簡單工廠模式適用情況包括：工廠類負責(zé)創(chuàng)建的對象比較少；客戶端只知道傳入工廠類的參數(shù)，對于如何創(chuàng)建對象不關(guān)心。 # 2 工廠方法模式 ## 2.1 模式定義 工廠方法模式（Factory Method Pattern）又稱為工廠模式，也叫虛擬構(gòu)造器（Virtual Constructor）模式或者多態(tài)工廠（Polymorphic Factory）模式，屬于類創(chuàng)建型模式。在工廠方法模式中，工廠父類負責(zé)定義創(chuàng)建產(chǎn)品對象的公共接口，而工廠子類則負責(zé)生成具體的產(chǎn)品對象，這樣做的目的是將產(chǎn)品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應(yīng)該實例化哪一個具體產(chǎn)品類。 ## 2.2 模式結(jié)構(gòu) 工廠方法模式包含如下角色： * Product：抽象產(chǎn)品 定義產(chǎn)品的接口，產(chǎn)品對象的共同父類或者接口 * ConcreteProduct：具體產(chǎn)品 實現(xiàn)抽象產(chǎn)品接口 * Factory：抽象工廠 聲明工廠方法 * ConcreteFactory：具體工廠 抽象工廠類的子類，實現(xiàn)抽象工廠定義的工廠方法 ## 2.3 代碼示例 ```java interface FruitFactory { Fruit createFruit(); } public class AppleFactory implements FruitFactory { @Override public Fruit createFruit() { return new Apple(); } } public class BananaFactory implements FruitFactory { @Override public Fruit createFruit() { return new Banana(); } } public class GrapeFactory implements FruitFactory { @Override public Fruit createFruit() { return new Grape(); } } ``` ## 2.4 總結(jié) * 工廠方法模式包含四個角色：抽象產(chǎn)品是定義產(chǎn)品的接口，是工廠方法模式所創(chuàng)建對象的超類型，即產(chǎn)品對象的共同父類或接口；具體產(chǎn)品實現(xiàn)了抽象產(chǎn)品接口，某種類型的具體產(chǎn)品由專門的具體工廠創(chuàng)建，它們之間往往一一對應(yīng)；抽象工廠中聲明了工廠方法，用于返回一個產(chǎn)品，它是工廠方法模式的核心，任何在模式中創(chuàng)建對象的工廠類都必須實現(xiàn)該接口；具體工廠是抽象工廠類的子類，實現(xiàn)了抽象工廠中定義的工廠方法，并可由客戶調(diào)用，返回一個具體產(chǎn)品類的實例。 * 工廠方法模式是簡單工廠模式的進一步抽象和推廣。由于使用了面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性，工廠方法模式保持了簡單工廠模式的優(yōu)點，而且克服了它的缺點。在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體創(chuàng)建工作交給子類去做。這個核心類僅僅負責(zé)給出具體工廠必須實現(xiàn)的接口，而不負責(zé)產(chǎn)品類被實例化這種細節(jié)，這使得工廠方法模式可以允許系統(tǒng)在不修改工廠角色的情況下引進新產(chǎn)品。 * 工廠方法模式的主要優(yōu)點是增加新的產(chǎn)品類時無須修改現(xiàn)有系統(tǒng)，并封裝了產(chǎn)品對象的創(chuàng)建細節(jié)，系統(tǒng)具有良好的靈活性和可擴展性；其缺點在于增加新產(chǎn)品的同時需要增加新的工廠，導(dǎo)致系統(tǒng)類的個數(shù)成對增加，在一定程度上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。 * 工廠方法模式適用情況包括：一個類不知道它所需要的對象的類；一個類通過其子類來指定創(chuàng)建哪個對象；將創(chuàng)建對象的任務(wù)委托給多個工廠子類中的某一個，客戶端在使用時可以無須關(guān)心是哪一個工廠子類創(chuàng)建產(chǎn)品子類，需要時再動態(tài)指定。 # 3 抽象工廠模式 ## 3.1 模式定義 抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）：提供一個創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對象的接口，而無須指定它們具體的類。抽象工廠模式又稱為 Kit 模式，屬于對象創(chuàng)建型模式。 ## 3.2 模式結(jié)構(gòu) 抽象工廠模式包含如下角色： * AbstractFactory：抽象工廠 用于聲明生成抽象產(chǎn)品的方法 * ConcreteFactory：具體工廠 實現(xiàn)了抽象工廠聲明的生成抽象產(chǎn)品的方法，生成一組具體產(chǎn)品，這些產(chǎn)品構(gòu)成了一個產(chǎn)品族，每一個產(chǎn)品都位于某個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)中 * AbstractProduct：抽象產(chǎn)品 為每種產(chǎn)品聲明接口，在抽象產(chǎn)品中定義了產(chǎn)品的抽象業(yè)務(wù)方法 * Product：具體產(chǎn)品 定義具體工廠生產(chǎn)的具體產(chǎn)品對象，實現(xiàn)抽象產(chǎn)品接口中定義的業(yè)務(wù)方法。 ## 3.3 代碼示例 ```java // 抽象工廠 public interface ComputerCompany { Keyboard createKeyboard(); Mouse createMouse(); } // 具體工廠 public class AppleCompany implements ComputerCompany { @Override public Keyboard createKeyboard() { return new AppleKeyboard(); } @Override public Mouse createMouse() { return new AppleMouse(); } } public class DellCompany implements ComputerCompany { @Override public Keyboard createKeyboard() { return new DellKeyboard(); } @Override public Mouse createMouse() { return new DellMouse(); } } // 抽象產(chǎn)品 public abstract Keyboard { public abstract void print(); } public abstract Mouse { public abstract void scroll(); } // 具體產(chǎn)品 public class AppleKeyboard extends Keyboard { @Override public void print() { } } public class DellKeyboard extends Keyboard { @Override public void print() { } } public class AppleMouse extends Mouse { @Override public void scroll() { } } public class DellMouse extends Mouse { @Override public void scroll() { } } ``` ## 3.4 總結(jié) * Keyboard 和 AppleKeyboard、Dellkeyboard 的關(guān)系為父類、子類的關(guān)系，它們在一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)中。AppleKeyboard 和 AppleMouse 則屬于同一個產(chǎn)品族。 * 抽象工廠模式與工廠方法模式最大的區(qū)別在于，工廠方法模式針對的是一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)，而抽象工廠模式則需要面對多個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)。 * 抽象工廠模式的主要優(yōu)點是隔離了具體類的生成，使得客戶并不需要知道什么被創(chuàng)建，而且每次可以通過具體工廠類創(chuàng)建一個產(chǎn)品族中的多個對象，增加或者替換產(chǎn)品族比較方便，增加新的具體工廠和產(chǎn)品族很方便； * 主要缺點在于增加新的產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，需要修改抽象工廠和所有的具體工廠類，對“開閉原則”的支持呈現(xiàn)傾斜性。 * 抽象工廠模式適用情況包括：一個系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)依賴于產(chǎn)品類實例如何被創(chuàng)建、組合和表達的細節(jié)；系統(tǒng)中有多于一個的產(chǎn)品族，而每次只使用其中某一產(chǎn)品族；屬于同一個產(chǎn)品族的產(chǎn)品將在一起使用；系統(tǒng)提供一個產(chǎn)品類的庫，所有的產(chǎn)品以同樣的接口出現(xiàn)，從而使客戶端不依賴于具體實現(xiàn)。 # 4 工廠模式的退化 當(dāng)抽象工廠模式中每一個具體工廠類只創(chuàng)建一個產(chǎn)品對象，也就是只存在一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)時，抽象工廠模式退化成工廠方法模式； 當(dāng)工廠方法模式中抽象工廠與具體工廠合并，提供一個統(tǒng)一的工廠來創(chuàng)建產(chǎn)品對象，并將創(chuàng)建對象的工廠方法設(shè)計為靜態(tài)方法時，工廠方法模式退化成簡單工廠模式。 # 5 建造者模式 ## 5.1 模式定義 造者模式（Builder Pattern）：將一個復(fù)雜對象的構(gòu)建與它的表示分離，使得同樣的構(gòu)建過程可以創(chuàng)建不同的表示。 建造者模式是一步一步創(chuàng)建一個復(fù)雜的對象，它允許用戶只通過指定復(fù)雜對象的類型和內(nèi)容就可以構(gòu)建它們，用戶不需要知道內(nèi)部的具體構(gòu)建細節(jié)。建造者模式屬于對象創(chuàng)建型模式。根據(jù)中文翻譯的不同，建造者模式又可以稱為生成器模式。 ## 5.2 模式結(jié)構(gòu) * Product：產(chǎn)品角色 被構(gòu)建的復(fù)雜對象，包含多個組成部件 * Builder：抽象建造者 為創(chuàng)建一個產(chǎn)品對象的各個部件指定抽象接口 * ConcreteBuilder：具體建造者 實現(xiàn)了抽象建造者接口，實現(xiàn)各個部件的構(gòu)造和裝配方法，定義并明確它所創(chuàng)建的復(fù)雜對象，也可以提供一個方法返回創(chuàng)建好的復(fù)雜產(chǎn)品對象 * Director：指揮者 負責(zé)安排復(fù)雜對象的建造次序，指揮者與抽象建造者之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以在其 construct() 建造方法中調(diào)用建造者對象的部件構(gòu)造與裝配方法，完成復(fù)雜對象的建造 ## 5.3 代碼示例 ```java // 產(chǎn)品角色 public class Phone { private String mBrand; private String mOS; private String mMemory; // getter and setter ... } // 抽象建造者 public abstract class PhoneBuilder { protected Phone mPhone = new Phone(); public abstract void buildBrand(); public abstract void buildOS(); public abstract void buildMemory(); public Phone createPhone() { return mPhone; } } // 具體建造者 public class ApplePhoneBuilder extends PhoneBuilder { @Override public void buildBrand() { mPhone.setBrand("Apple"); } @Override public void buildOS() { mPhone.setOS("iOS"); } @Override public void buildMemory() { mPhone.setMemory("1G"); } } public class NexusPhoneBuilder extends PhoneBuilder { @Override public void buildBrand() { mPhone.setBrand("Nexus"); } @Override public void buildOS() { mPhone.setOS("Android"); } @Override public void buildMemory() { mPhone.setMemory("3G"); } } // 指揮者 public class PhoneDirector { private PhoneBuilder mPhoneBuilder; public void setPhoneBuilder(PhoneBuilder phoneBuilder) { mPhoneBuilder = phoneBuilder; } public Phone construct() { mPhoneBuilder.buildBrand(); mPhoneBuilder.buildMemory(); mPhoneBuilder.buildOS(); return mPhoneBuilder.createPhone(); } } // 使用 ApplePhoneBuilder applePhoneBuilder = new ApplePhoneBuilder(); NexusPhoneBuilder nexusPhoneBuilder = new NexusPhoneBuilder(); PhoneDirector director = new PhoneDirector(); director.setPhoneBuilder(applePhoneBuilder); Phone iPhone = director.construct(); director.setPhoneBuilder(nexusPhoneBuilder); Phone Nexus = director.construct(); ``` ## 5.4 總結(jié) * 在建造者模式的結(jié)構(gòu)中引入了一個指揮者類，該類的作用主要有兩個：一方面它隔離了客戶與生產(chǎn)過程；另一方面它負責(zé)控制產(chǎn)品的生成過程。指揮者針對抽象建造者編程，客戶端只需要知道具體建造者的類型，即可通過指揮者類調(diào)用建造者的相關(guān)方法，返回一個完整的產(chǎn)品對象。 * 建造者模式的主要優(yōu)點在于客戶端不必知道產(chǎn)品內(nèi)部組成的細節(jié)，將產(chǎn)品本身與產(chǎn)品的創(chuàng)建過程解耦，使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對象，每一個具體建造者都相對獨立，而與其他的具體建造者無關(guān)，因此可以很方便地替換具體建造者或增加新的具體建造者，符合“開閉原則”，還可以更加精細地控制產(chǎn)品的創(chuàng)建過程； * 其主要缺點在于由于建造者模式所創(chuàng)建的產(chǎn)品一般具有較多的共同點，其組成部分相似，因此其使用范圍受到一定的限制，如果產(chǎn)品的內(nèi)部變化復(fù)雜，可能會導(dǎo)致需要定義很多具體建造者類來實現(xiàn)這種變化，導(dǎo)致系統(tǒng)變得很龐大。 * 建造者模式適用情況包括：需要生成的產(chǎn)品對象有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些產(chǎn)品對象通常包含多個成員屬性；需要生成的產(chǎn)品對象的屬性相互依賴，需要指定其生成順序；對象的創(chuàng)建過程獨立于創(chuàng)建該對象的類；隔離復(fù)雜對象的創(chuàng)建和使用，并使得相同的創(chuàng)建過程可以創(chuàng)建不同類型的產(chǎn)品。 # 6 單例模式 ## 6.1 模式定義 單例模式（Singleton Pattern）：單例模式確保某一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例，這個類稱為單例類，它提供全局訪問的方法。 單例模式的要點有三個：一是某個類只能有一個實例；二是它必須自行創(chuàng)建這個實例；三是它必須自行向整個系統(tǒng)提供這個實例。單例模式是一種對象創(chuàng)建型模式。單例模式又名單件模式或單態(tài)模式。 ## 6.2 模式結(jié)構(gòu) * Singleton：單例 在單例類的內(nèi)部實現(xiàn)只生成一個實例，同時它提供一個靜態(tài)的工廠方法，讓客戶可以使用它的唯一實例；為了防止在外部對其實例化，將其構(gòu)造函數(shù)設(shè)計為私有。 ## 6.3 代碼示例 ```java public class Singleton { private static volatile Singleton sInstance; public static synchronized Singleton getInstance() { if (sInstance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (sInstance == null) { sInstance = new Singleton(); } } } return sInstance; } private Singleton() {} } ``` ## 6.4 總結(jié) * 單例模式的目的是保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。單例類擁有一個私有構(gòu)造函數(shù)，確保用戶無法通過 new 關(guān)鍵字直接實例化它。除此之外，該模式中包含一個靜態(tài)私有成員變量與靜態(tài)公有的工廠方法。該工廠方法負責(zé)檢驗實例的存在性并實例化自己，然后存儲在靜態(tài)成員變量中，以確保只有一個實例被創(chuàng)建。 * 單例模式的主要優(yōu)點在于提供了對唯一實例的受控訪問并可以節(jié)約系統(tǒng)資源；其主要缺點在于因為缺少抽象層而難以擴展，且單例類職責(zé)過重。 * 單例模式適用情況包括：系統(tǒng)只需要一個實例對象；客戶調(diào)用類的單個實例只允許使用一個公共訪問點。 ## 6.5 幾種單例模式的寫法 1、懶漢式（線程不安全） ```java public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } ``` 懶漢式寫法使用了懶加載模式，也就是在使用類實例（調(diào)用getInstance方法）時，才會進行初始化。但卻存在一個問題，當(dāng)多個線程并行調(diào)用getInstance方法時就會產(chǎn)生多個實例。 2、懶漢式（線程安全） ```java public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton (){} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } ``` 上面的寫法解決了多個線程并行調(diào)用創(chuàng)建多個實例的問題，但是并不高效。因為每次只能有一個線程調(diào)用getInstance方法使用實例，但實際上只有第一次調(diào)用創(chuàng)建時需要加鎖，后面并不需要加鎖。 3、雙重校驗鎖 ```java public class Singleton { // 聲明成 volatile private volatile static Singleton instance; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (instance == null) { synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 是一種使用同步塊加鎖的方法，首先在同步塊外檢查一次，如果instance!=null直接返回實例；如果instance==null就進入同步塊內(nèi)，再次檢查instance是否為空，因為可能會有多個線程一起進入同步塊外部的if，為空則創(chuàng)建實例。 但是由于`instance = new Singleton();`并非是一個原子操作，創(chuàng)建實例的過程如下： a、給instance分配內(nèi)存區(qū)域 b、調(diào)用Singleton的構(gòu)造函數(shù)來初始化成員變量 c、將instance指向分配的內(nèi)存空間 但在JVM的及時編譯器中存在指令重排序的優(yōu)化，步驟b和c的執(zhí)行順序并不能保證，可能為a-b-c的順序，也可能a-c-b的順序執(zhí)行。如果是a-c-b的執(zhí)行順序的話，在c執(zhí)行完成后，b執(zhí)行前，假設(shè)其他線程拿到instance實例后會發(fā)現(xiàn)并未初始化而報錯。 我們在這里將instance變量聲明為volatile的，volatile關(guān)鍵字有兩個作用：一是保證內(nèi)存可見性（線程之間），二是禁止指令重排優(yōu)化。此處主要是用到volatile的第二個特性，在volatile變量的賦值操作后會有一個內(nèi)存屏障，讀操作不會被重排到內(nèi)存屏障前。也就是讀操作一定會在對volatile變量的寫操作執(zhí)行完成后才會進行。 注：Java5以前的volatile依然無法禁止指令重排優(yōu)化。 4、餓漢式 ```java public class Singleton{ //類加載時就初始化 private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return instance; } } ``` 這種寫法在類第一次加載到內(nèi)存中時就會進行初始化實例，是線程安全的。但是某些場景下無法使用，比如需要先調(diào)用類的某個方法設(shè)置參數(shù)給類，然后根據(jù)參數(shù)再創(chuàng)建實例。 5、靜態(tài)內(nèi)部類寫法 ```java public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } } ``` SingletonHolder是私有的，除了getInstance沒有方法可以訪問它，因此是懶加載；同時JVM本身的機制保證了線程安全問題；讀取實例的時候不會進行同步，沒有性能上的缺陷；也不依賴JDK版本。 6、枚舉Enum ```java public enum EasySingleton{ INSTANCE; } ``` 可以通過EasySingleton.INSTANCE直接來訪問實例 ## 參考文章 [如何正確地寫出單例模式](http://wuchong.me/blog/2014/08/28/how-to-correctly-write-singleton-pattern/) [volatile關(guān)鍵字及其作用](https://blog.csdn.net/u010255818/article/details/65633033)