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;
    }

    @Override
    public 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;
    }

    @Override
    public 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 {   //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 {  //苹果工厂,直接返回Apple,一步到位
    @Override
    public 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 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:

设计模式——创建型设计模式插图1

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{
    @Override
    public Phone getPhone() {
        return new ProductPhone();
    }

    @Override
    public Table getTable() {
        return new ProductTable();
    }

    @Override
    public 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{
    
    @Override
    public 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 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 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 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:

  1. 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getInstance
        
        public static Singleton getInstance(){   //获取全局唯一的单例对象
            return INSTANCE;
        }
    }
    
  2. 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getInstance
    
        public 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;
    }
    }
    
  3. 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getInstance
    
        private 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);	//true

    Object 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    
    @Override
    public 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
}

文章来源于互联网:设计模式——创建型设计模式

THE END
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