设计模式第二天|设计模式创建型:工厂模式、抽象工厂模式、单例模式、建造者模式

文章目录

• 设计模式的分类
• 工厂模式
• • 简单工厂
  • • 定义
    • 核心
    • 俗话说
    • 优点
    • 缺点
    • 具体实现
  • [工厂模式（Spring IOC控制反转）](#工厂模式（Spring IOC控制反转）)
  • • 定义
    • 核心
    • **组成**
    • **俗话说**
    • **实现思路**
    • **具体实现**
    • **使用场景**
• 抽象工厂模式
• • **前提概念**
  • **定义**
  • **缺点**
  • **具体实现**
• 单例模式
• • **定义**
  • **俗话说**
  • **特点**
  • **作用**
  • **分类**
  • **原理**
• 建造者模式
• • 定义
  • **优点**
  • **缺点**
  • **角色组成**
  • 应用场景
  • 代码实现
  • 总结

设计模式的分类

总的来说设计模式分为三大类

1. 创建型模式（五种）：工厂方法模式，抽象工厂模式，单例模式，建造者模式，原型模式。
2. 结构型模式（七种）：适配器模式，装饰器模式，代理模式，外观模式，桥接模式，组合模式，享元模式。
3. 行为型模式（十一种）：策略模式，模板方法模式，观察者模式，迭代子模式，责任链模式，命令模式，备忘录模式，状态模式，访问者模式，中介者模式，解释器模式。

这篇我们主要讲一下创建型模式。

由于我是java开发者，我会根据设计模式在java中的应用来说说。

工厂模式

简单工厂

定义

简单工厂模式其实并不算是一种设计模式，更多的时候是一种编程习惯。简单工厂的实现思路是，定义一个工厂类，根据传入的参数不同返回不同的实例，被创建的实例具有共同的父类或接口。

核心

为工厂类传入不同的type可以new不同的形状，返回结果为Shape 类型，这个就是简单工厂核心的地方了。

俗话说

现在有一个车间(工厂),由于需求比较少,所以一个车间可以生产不同的但是相像产品(具体对象),这些对象都是从一个模子里刻出来的(抽象对象)

优点

实现了对象创建和使用的职责分离，客户端不需知道所创建的具体产品类的类名以及创建过程，只需知道具体产品类所对应的参数即可，通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。

缺点

在于不符合"开闭原则"，每次添加新产品就需要修改工厂类。在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展维护，并且工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。

具体实现

class ShapeFactory {
          public static Shape getShape(String type) {
              Shape shape = null;
              if (type.equalsIgnoreCase("circle")) {
                  shape = new CircleShape();
              } else if (type.equalsIgnoreCase("rect")) {
                  shape = new RectShape();
              } else if (type.equalsIgnoreCase("triangle")) {
                  shape = new TriangleShape();
              }
              return shape;
          }
   }

工厂模式（Spring IOC控制反转）

工厂模式的作用就是创建对象

定义

工厂方法模式是简单工厂的仅一步深化， 在工厂方法模式中，我们不再提供一个统一的工厂类来创建所有的对象，而是针对不同的对象提供不同的工厂。

核心

也就是说每个对象都有一个与之对应的工厂。

组成

1. AbstractFactory（抽象工厂）：声明了一组用于创建对象的方法，注意是一组。
2. ConcreteFactory（具体工厂）：它实现了在抽象工厂中声明的创建对象的方法，生成一组具体对象。
3. AbstractProduct（抽象产品）：它为每种对象声明接口，在其中声明了对象所具有的业务方法。
4. ConcreteProduct（具体产品）：它定义具体工厂生产的具体对象。

俗话说

有好多车间,由于需求比较多,所以需要不同的车间来生产不同的商品,这些车间(具体工厂)生产的产品(具体对象)都是单一的,提高效率,这些车间都是一个车间模子(抽象工厂)里刻出来的,产品也是一个模子(抽象对象)里刻出来的.

实现思路

工厂方法的实现思路是，定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。

具体实现

就是将对象的具体创建交给工厂

1. 产品类

//抽象产品
abstract class BMW {
	public BMW(){}
}
//具体产品
public class BMW320 extends BMW {
	public BMW320() {
		System.out.println("制造-->BMW320");
	}
}
//具体产品
public class BMW523 extends BMW{
	public BMW523(){
		System.out.println("制造-->BMW523");
	}
}

2. 工厂类

//抽象工厂
interface FactoryBMW {
	BMW createBMW();
}
//具体工厂
public class FactoryBMW320 implements FactoryBMW{
 
	@Override
	public BMW320 createBMW() {
		return new BMW320();
	}
}
//具体工厂
public class FactoryBMW523 implements FactoryBMW {
	@Override
	public BMW523 createBMW() {
		return new BMW523();
	}
}

3. 客户类(创建对象)

public class Customer {
	public static void main(String[] args) {
		FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320();
		BMW320 bmw320 = factoryBMW320.createBMW();
 
		FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523();
		BMW523 bmw523 = factoryBMW523.createBMW();
	}
}

使用场景

1. 客户端不需要知道它所创建的对象的类
2. 客户端可以通过子类来指定创建对应的对象。

抽象工厂模式

前提概念

1. 产品等级结构

产品等级结构指的是产品的继承结构，例如一个空调抽象类，它有海尔空调、格力空调、美的空调等一系列的子类，那么这个空调抽象类和他的子类就构成了一个产品等级结构。

2. 产品族

产品族是指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。比如，海尔工厂生产海尔空调、海尔冰箱，那么海尔空调则位于空调产品族中。

3. 实体图
   

定义

**抽象工厂模式主要用于创建相关对象的家族。**当一个产品族中需要被设计在一起工作时，通过抽象工厂模式，能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象

并且通过隔离具体类的生成，使得客户端不需要明确指定具体生成类；所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的公共接口，因此只需要改变具体工厂的实例，就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。

缺点

在于添加新的行为时比较麻烦，如果需要添加一个新产品族对象时，需要更改接口及其下所有子类，这必然会带来很大的麻烦。

具体实现

1. 产品类

//发动机以及型号  
public interface Engine {}  
 
public class EngineA implements Engine{  
    public EngineA(){  
        System.out.println("制造-->EngineA");  
    }  
}  
public class EngineB implements Engine{  
    public EngineB(){  
        System.out.println("制造-->EngineB");  
    }  
}  
 
 
//空调以及型号  
public interface Aircondition {} 
 
public class AirconditionA implements Aircondition{  
    public AirconditionA(){  
        System.out.println("制造-->AirconditionA");  
    }  
}  
public class AirconditionB implements Aircondition{  
    public AirconditionB(){  
        System.out.println("制造-->AirconditionB");  
    }  
} 

2. 工厂类

//创建工厂的接口  
public interface AbstractFactory {  
    //制造发动机
    public Engine createEngine();
    //制造空调 
    public Aircondition createAircondition(); 
}  
 
//为宝马320系列生产配件  
public class FactoryBMW320 implements AbstractFactory{ 
    //发动机
    @Override  
    public Engine createEngine() {  
        //在这里新建一个对象
        return new EngineA();  
    }  
    //空调
    @Override  
    public Aircondition createAircondition() { 
        //在这里新建一个对象
        return new AirconditionA();  
    }  
}  
//为宝马523系列胜场配件
public class FactoryBMW523 implements AbstractFactory {
    //发动机
    @Override  
    public Engine createEngine() {   
        //在这里新建一个对象
        return new EngineB();  
    }  
    //空调
    @Override  
    public Aircondition createAircondition() {  
        //在这里新建一个对象
        return new AirconditionB();  
    }  
} 

3. 客户类

public class Customer {  
    public static void main(String[] args){  
        //生产宝马320系列配件
        //创建具体工厂对象
        FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320();  		//通过具体工厂对象创建同一族产品
        factoryBMW320.createEngine();
        factoryBMW320.createAircondition();
          
        //生产宝马523系列配件  
        FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523();  
        factoryBMW523.createEngine();
        factoryBMW523.createAircondition();
    }  
}

1. 产品->工厂->客户使用

单例模式

定义

单例模式确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

俗话说

类似与你的心脏，在你的身体里有且只有一个，无论怎么变化，它都是同一个对象。

特点

1. 单例类只能有一个实例
2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例
3. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例

作用

单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

分类

1. 懒汉式（懒得自己动，靠别人调用）

在第一次调用的时候实例化自己

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    //静态工厂方法(当第一次调用getInstance() 方法的时候自动创建对象)
    public static Singleton getInstance() {
         if (single == null) {  
             single = new Singleton();
         }  
        return single;
    }
}

2. 饿汉式（饿得不行了，类刚加载的时候就自己实例化）

在类初始化时，已经自行实例化

public class Singleton1 {
    private Singleton1() {}
    //类初始化的时候就实例化对象，而不是调用方法才实例化
    private static final Singleton1 single = new Singleton1();
    //静态工厂方法 
    public static Singleton1 getInstance() {
        return single;
    }
}

3. 线程安全的单例模式（进阶版：加了个线程同步）

在懒汉式单例模式基础上加上线程同步

原理

代码对静态方法 getInstance()进行同步，以确保多线程环境下只创建一个实例。如果getInstance()方法未被同步，并且线程A和线程B同时调用此方法，则执行if (instance == null)语句时都为真，那么线程A和线程B都会创建一个对象，在内存中就会出现两个对象，这样就违反了单例模式。而使用synchronized关键字进行同步后，则不会出现此种情况。

public class Singleton {                         
         private static Singleton instance = null;     
         // 私有构造方法，保证外界无法直接实例化。     
         private Singleton() {}                                   
        // 通过公有的静态方法获取对象实例     
        synchronized public static Singleton getInstace() {         
                  if (instance == null) {                                 
                  instance = new Singleton();         }                
                  return instance;     }                                               
}

建造者模式

建造者模式是一种创建型设计模式，也叫生成器模式。

定义

封装一个复杂对象构造过程，并允许按步骤构造。

就是将复杂对象的创建过程拆分成多个简单对象的创建过程，并将这些简单对象组合起来构建出复杂对象。

建造者模式是一种对象创建型模式，它将构建复杂对象的过程和表示进行分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

优点

1. 灵活：可以分步骤地构建复杂对象，使得构建过程更加灵活。
2. 解耦：可以隔离复杂对象的创建和使用，客户端不必关心对象的创建细节。
3. 易扩展：增加新的具体建造者很方便，可以扩展构建器功能，符合开闭原则。

缺点

1. 增加工作量：需要额外的代码来创建和管理具体建造者类，增加了程序员的工作量。

2. 效率低：相比于其他创建型模式，在运行时效率较低，特别是对象太复杂时。

角色组成

1. 产品类（Product）：表示被创建的复杂对象。它通常包含多个部分或者组成，并由具体的建造者逐步构建而成。
2. 抽象建造者类（Builder）：定义了建造复杂对象所需要的各个部分的创建方法。它通常包括多个构建方法和一个返回产品的方法。
3. 具体建造者类（ConcreteBuilder）：实现Builder接口，并提供各个部分或者组成的构建方法。
4. 指挥者类（Director）：负责控制建造者的构建顺序，指挥建造者如何构建复杂对象。

应用场景

1. 生活场景

• 盒饭套餐：顾客可以选择不同的菜，服务员按照顾客的要求，将这些菜组合起来，最终构建出一个完整的套餐。
• 盖房子：需要分多个阶段进行，比如准备材料、打地基、盖围墙...。建造者模式可以将房屋的建造分解成多个步骤，每个步骤对应一个具体的建造者，最终由包工头（指导者）来调用不同的建造者，完成整个房子的建造。

2. java场景

• StringBuilder：能够动态地构建字符串。
• Stream API：将集合类转为stream流，通过一系列的中间操作和终止操作来生成最终结果。
• Lombok的@Builder注解：一个注解就可以生成建造者模式的代码。

代码实现

肯德徳都吃过吧，里面有很多的套餐。假设套餐主要由汉堡、薯条和饮料三种组成，每个组件都有不同种类和大小，并且每个套餐的组合方式也不同。下面以肯德徳套餐为例，解释建造者模式。

1. 产品类：Meal

/**
 * 1.产品类（Product）
 */
@Data
public class Meal {
 
    //汉堡包
    private String burger;
 
    //薯条
    private String fries;
 
    //饮料
    private String drink;
}

2. 抽象建造者类：MealBuilder

/**
 * 2.抽象建造者（Builder）
 */
public abstract class MealBuilder {
 
    protected Meal meal=new Meal();
 
    //构建汉堡
    public abstract void buildBurger();
 
    //构建薯条
    public abstract void buildFries();
 
    //构建饮料
    public abstract void buildDrink();
 
    public Meal getMeal(){
        return meal;
    }
}c

3. 具体建造者类：BeefBurgerMealBuilder、ChickenMealBuilder、ShrimpMealBuilder

/**
 * 3.具体建造者（ConcreteBuilder)：鸡肉汉堡套餐
 */
public class ChickenMealBuilder extends MealBuilder{
    @Override
    public void buildBurger() {
        meal.setBurger("鸡肉汉堡");
    }
 
    @Override
    public void buildFries() {
        meal.setFries("中份薯条");
    }
 
    @Override
    public void buildDrink() {
        meal.setDrink("大杯果汁");
    }
}

/**
 * 3.具体建造者（ConcreteBuilder)：牛肉汉堡套餐
 */
public class BeefBurgerMealBuilder extends MealBuilder {
 
    @Override
    public void buildBurger() {
        meal.setBurger("牛肉汉堡");
    }
 
    @Override
    public void buildFries() {
        meal.setFries("大份薯条");
    }
 
    @Override
    public void buildDrink() {
        meal.setDrink("中杯可乐");
    }
}


/**
 * 3.具体建造者（ConcreteBuilder)：虾肉汉堡套餐
 */
public class ShrimpMealBuilder extends MealBuilder {
    @Override
    public void buildBurger() {
        meal.setBurger("虾肉汉堡");
    }
 
    @Override
    public void buildFries() {
        meal.setFries("小份薯条");
    }
 
    @Override
    public void buildDrink() {
        meal.setDrink("大杯芬达");
    }
}

4. 指挥者类：MealDirector

/**
 * 4.指导者（Director）
 */
public class MealDirector {
    private MealBuilder mealBuilder;
 
    public void setMealBuilder(MealBuilder mealBuilder){
        this.mealBuilder=mealBuilder;
    }
 
    public Meal getMeal(){
        return mealBuilder.getMeal();
    }
 
    //制作套餐
    public void constructMeal(){
        mealBuilder.buildBurger();
        mealBuilder.buildFries();
        mealBuilder.buildDrink();
    }
}

5. 测试

/**
 * 建造者模式测试类
 */
@SpringBootTest
public class TestBuilder {
 
    @Test
    void testBuilder(){
        //创建指导者
        MealDirector director=new MealDirector();
 
        //执导建造牛肉套餐
        director.setMealBuilder(new BeefBurgerMealBuilder());
        director.constructMeal();
        Meal meal = director.getMeal();
        System.out.println("牛肉套餐："+meal.toString());
 
        //鸡肉套餐
        director.setMealBuilder(new ChickenMealBuilder());
        director.constructMeal();
        Meal meal2 = director.getMeal();
        System.out.println("鸡肉套餐："+meal2.toString());
 
        //虾肉套餐
        director.setMealBuilder(new ShrimpMealBuilder());
        director.constructMeal();
        Meal meal3 = director.getMeal();
        System.out.println("虾肉套餐："+meal3.toString());
    }
}

总结

使用场景：

1. 当需要创建一些特定的对象，但是它们拥有共同的组成部分时，比如：一个房子可以由个个部件：框架、墙、窗户等，这些部件可以组合起来构造完整的房子。
2. 当对象的构建过程比较复杂且需要多个步骤时，例如，创建一份电子商务订单需要多个步骤，如选择商品、填写地址和支付等，这些步骤可以被分别封装成为订单构建器中的不同方法。
3. 当需要创建一些特定类型的对象，例如复杂的数据结构或配置对象时，这在编写配置文件解析器以及通用数据结构如二叉树等时很有用。
4. 建造者模式也可以被用于通过更高级的方式来构建复杂对象，例如：序列化和反序列化。

与抽象工厂模式的区别：

抽象工厂模式强调的是产品族的创建，即相关的产品一起被创建出来，而建造者模式强调的是一个复杂对象的创建，即它的各个部分逐步被创建出来。