设计模式第二弹 - 创建型模式

前文叨叨

哈喽，大家好，我是janker。

阿雄的鞭策就是我更新的动力。被阿雄diss的第二天，麻了。今天从阿雄哥又学习到了新方法，新技能。阿雄从分别从原理、优缺点、场景等几个层面去讲讲创建型设计模式的相关内容。

正文

创建型设计模式，顾名思义就是提供创建对象的方式方法。包含设计模式入门必学之单例模式，简单工厂抽象工厂傻傻分不清之工厂模式，构建复杂对象必须会用的建造者模式，创建重复对象且能保证性能的原型模式。

创建型 - 单例设计模式

懂原理

实现单例基本原理包含两部分：

1. 构造方法私有，防止外部实例化该对象
2. 创建对外统一的访问方法，判断系统是否已经有该实例，如果有就返回，没有就创建。「注意线程安全问题」

知优缺

1. 优点

   • 在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例
   • 避免对资源的多重占用。

2. 缺点

   • 没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。

分场景

1. 要求生产唯一序列号。
2. WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
3. 创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

注意

getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

实现

步骤 1. 单例对象私有化 并 创建统一访问方式（有就获取，没有就创建）

public class SingleObject {
    //创建 SingleObject 的一个对象
    private static SingleObject instance = new SingleObject();

    //让构造函数为 private，这样该类就不会被实例化
    private SingleObject(){}

    //获取唯一可用的对象
    public static SingleObject getInstance(){
        return instance;
    }

    public void showMessage(){
        System.out.println("Hello World!");
    }

}

步骤 2. 从 单例类中获取唯一的对象

public class SingletonPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //不合法的构造函数
        //编译时错误：构造函数 SingleObject() 是不可见的
        //SingleObject object = new SingleObject();

        //获取唯一可用的对象
        SingleObject object = SingleObject.getInstance();

        //显示消息
        object.showMessage();
    }
}

单例模式的几种实现方式

懒汉式，线程不安全

对比	结果
是否 Lazy 初始化	是
是否多线程安全	否
实现难度	易

这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。 这种方式 lazy loading 很明显，不要求线程安全，在多线程不能正常工作。

代码

public class LazyUnsafeSingleton {
  
    private static LazyUnsafeSingleton instance;
    private LazyUnsafeSingleton (){}

    public static LazyUnsafeSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazyUnsafeSingleton();
        }
        return instance;
    }
}

接下来介绍的几种都支持多线程（线程安全），但是性能有所差异。

懒汉式，线程安全

对比	结果
是否 Lazy 初始化	是
是否多线程安全	是
实现难度	易

描述：这种方式具备很好的 lazy loading，能够在多线程中很好的工作，但是，效率很低，99% 情况下不需要同步。

优缺点

• 优点：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
• 缺点：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。

当getInstance() 的性能对应用程序不是很关键（该方法使用不太频繁）可使用这种方式。

代码

public class LazySafeSingleton {
    private static LazySafeSingleton instance;
    private LazySafeSingleton (){}
    public static synchronized LazySafeSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazySafeSingleton();
        }
        return instance;
    }
}

饿汉式

对比	结果
是否 Lazy 初始化	否
是否多线程安全	是
实现难度	易

这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。

优缺点

• 优点：没有加锁，执行效率会提高。
• 缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

它基于 classloader 机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，虽然导致类装载的原因有很多种，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法， 但是也不能确定有其他的方式（或者其他的静态方法）导致类装载，这时候初始化 instance 显然没有达到 lazy loading 的效果。

代码

public class HungrySingleton {
    
    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton(){}
    public static HungrySingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

对比	结果
JDK 版本	JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化	是
是否多线程安全	是
实现难度	易

这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

getInstance() 的性能对应用程序很关键。

代码

public class DCLSingleton {
    
    private volatile static DCLSingleton singleton;
    private DCLSingleton(){}
    public static DCLSingleton getSingleton() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (DCLSingleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new DCLSingleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

静态内部类

对比	结果
是否 Lazy 初始化	是
是否多线程安全	是
实现难度	一般

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

这种方式同样利用了 classloader 机制来保证初始化 instance 时只有一个线程，它跟第 3 种方式不同的是：第 3 种方式只要 Singleton 类被装载了，那么 instance 就会被实例化（没有达到 lazy loading 效果），而这种方式是 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有通过显式调用 getInstance 方法时，才会显式装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，所以想让它延迟加载，另外一方面，又不希望在 Singleton 类加载时就实例化，因为不能确保 Singleton 类还可能在其他的地方被主动使用从而被加载，那么这个时候实例化 instance 显然是不合适的。这个时候，这种方式相比第 3 种方式就显得很合理。

public class StaticInnerClassSingleton {
    private static class SingletonHolder {
        private static final StaticInnerClassSingleton INSTANCE = new StaticInnerClassSingleton();
    }
    private StaticInnerClassSingleton(){}
    public static final StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

枚举

对比	结果
JDK 版本	JDK1.5 起
是否 Lazy 初始化	否
是否多线程安全	是
实现难度	易

这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。

不能通过 reflection attack 来调用私有构造方法。

代码

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;
    public void whateverMethod() {
    }
}

创建型 - 简单工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

懂原理

定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。

知优缺

1. 优点

   • 一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。
   • 扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。
   • 屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。

2. 缺点

   • 每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

分场景

1. 日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。
2. 数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。
3. 设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。

实现

我们将创建一个 Shape 接口和实现 Shape 接口的实体类。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

FactoryPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（CIRCLE / RECTANGLE / SQUARE），以便获取它所需对象的类型。

1. 创建接口

public interface Shape {
   void draw();
}

2. 创建多个接口实现类

public class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}

public class Square implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}

public class Circle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

3. 创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

public class ShapeFactory {
    
   //使用 getShape 方法获取形状类型的对象
   public Shape getShape(String shapeType){
      if(shapeType == null){
         return null;
      }        
      if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
         return new Circle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
         return new Rectangle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
         return new Square();
      }
      return null;
   }
}

4. 使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

public class FactoryPatternDemo {
 
   public static void main(String[] args) {
      ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();
 
      //获取 Circle 的对象，并调用它的 draw 方法
      Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
 
      //调用 Circle 的 draw 方法
      shape1.draw();
 
      //获取 Rectangle 的对象，并调用它的 draw 方法
      Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
 
      //调用 Rectangle 的 draw 方法
      shape2.draw();
 
      //获取 Square 的对象，并调用它的 draw 方法
      Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
 
      //调用 Square 的 draw 方法
      shape3.draw();
   }
}

5. 执行程序，输出结果：

Inside Circle::draw() method.
Inside Rectangle::draw() method.
Inside Square::draw() method.

创建型 - 抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。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。

在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

懂原理

• 提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。
• 在一个工厂里聚合多个同类产品。

其实就是比简单工厂向上又抽象了一层，工厂的工厂。

知优缺

1. 优点

• 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

2. 缺点

• 产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

分场景

• 简单总结下 能用到简单工厂的地方其实都可以用抽象工厂
• 我们最熟悉的spring中，我们从BeanFactory中获取bean，XmlBeanFactory（解析xml获取bean）与DefaultListableBeanFactory （默认BeanFactory）都是继承自AbstractBeanFactory，诸如此类，很多场景都用到抽象工厂。

实现

我们将创建 Shape 和 Color 接口和实现这些接口的实体类。下一步是创建抽象工厂类 AbstractFactory。接着定义工厂类 ShapeFactory 和 ColorFactory，这两个工厂类都是扩展了 AbstractFactory。然后创建一个工厂创造器/生成器类 FactoryProducer。

AbstractFactoryPatternDemo 类使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory 对象。它将向 AbstractFactory 传递形状信息 Shape（CIRCLE / RECTANGLE / SQUARE），以便获取它所需对象的类型。同时它还向 AbstractFactory 传递颜色信息 Color（RED / GREEN / BLUE），以便获取它所需对象的类型。

类图如图所示

img

1. 为形状创建一个接口。

public interface Shape {
   void draw();
}

2. 创建实现接口的实体类。

public class Rectangle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}

public class Square implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}

public class Circle implements Shape {
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

3. 为颜色创建一个接口。

public interface Color {
   void fill();
}

4. 创建实现接口的实体类。

public class Red implements Color {
 
   @Override
   public void fill() {
      System.out.println("Inside Red::fill() method.");
   }
}

public class Green implements Color {
 
   @Override
   public void fill() {
      System.out.println("Inside Green::fill() method.");
   }
}

public class Blue implements Color {
 
   @Override
   public void fill() {
      System.out.println("Inside Blue::fill() method.");
   }
}

5. 为 Color 和 Shape 对象创建抽象类来获取工厂。

public abstract class AbstractFactory {
   public abstract Color getColor(String color);
   public abstract Shape getShape(String shape);
}

6. 创建扩展了 AbstractFactory 的工厂类，基于给定的信息生成实体类的对象。

public class ShapeFactory extends AbstractFactory {
    
   @Override
   public Shape getShape(String shapeType){
      if(shapeType == null){
         return null;
      }        
      if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
         return new Circle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
         return new Rectangle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
         return new Square();
      }
      return null;
   }
   
   @Override
   public Color getColor(String color) {
      return null;
   }
}

public class ColorFactory extends AbstractFactory {
    
   @Override
   public Shape getShape(String shapeType){
      return null;
   }
   
   @Override
   public Color getColor(String color) {
      if(color == null){
         return null;
      }        
      if(color.equalsIgnoreCase("RED")){
         return new Red();
      } else if(color.equalsIgnoreCase("GREEN")){
         return new Green();
      } else if(color.equalsIgnoreCase("BLUE")){
         return new Blue();
      }
      return null;
   }
}

7. 创建一个工厂创造器/生成器类，通过传递形状或颜色信息来获取工厂。

public class FactoryProducer {
   public static AbstractFactory getFactory(String choice){
      if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){
         return new ShapeFactory();
      } else if(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){
         return new ColorFactory();
      }
      return null;
   }
}

8. 使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

public class AbstractFactoryPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
 
      //获取形状工厂
      AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");
 
      //获取形状为 Circle 的对象
      Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
 
      //调用 Circle 的 draw 方法
      shape1.draw();
 
      //获取形状为 Rectangle 的对象
      Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
 
      //调用 Rectangle 的 draw 方法
      shape2.draw();
      
      //获取形状为 Square 的对象
      Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
 
      //调用 Square 的 draw 方法
      shape3.draw();
 
      //获取颜色工厂
      AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");
 
      //获取颜色为 Red 的对象
      Color color1 = colorFactory.getColor("RED");
 
      //调用 Red 的 fill 方法
      color1.fill();
 
      //获取颜色为 Green 的对象
      Color color2 = colorFactory.getColor("Green");
 
      //调用 Green 的 fill 方法
      color2.fill();
 
      //获取颜色为 Blue 的对象
      Color color3 = colorFactory.getColor("BLUE");
 
      //调用 Blue 的 fill 方法
      color3.fill();
   }
}

创建型 - 工厂方法模式

懂原理

以上我们介绍了工厂模式，提到了简单工厂模式违背了开闭原则，而“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。

知优缺

1. 优点

• 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程。
• 灵活性增强，对于新产品的创建，只需多写一个相应的工厂类。
• 典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，无须关心其他实现类，满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。

2. 缺点

• 类的个数容易过多，增加复杂度
• 增加了系统的抽象性和理解难度
• 抽象产品只能生产一种产品，此弊端可使用抽象工厂模式解决。

分场景

1. 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
2. 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
3. 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌

实现

工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

工厂方法模式的主要角色如下。

1. 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 newProduct() 来创建产品。
2. 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。
3. 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。
4. 具体产品（ConcreteProduct）：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。

其结构图如图 1 所示。

2. 模式的实现

根据图 1 写出该模式的代码如下：

抽象工厂

public interface AbstractFactory {
    Product newProduct();
}

具体工厂

public class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {

    @Override
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
        return new ConcreteProduct1();
    }
}

public class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {

    @Override
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

抽象产品

public interface Product {
    void show();
}

具体产品

public class ConcreteProduct1 implements Product {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("具体产品1显示...");
    }
}

public class ConcreteProduct2 implements Product {

    @Override
    public void show() {
        System.out.println("具体产品2显示...");
    }
}

读取 xml 配置工厂类，创建产品 xml配置

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config>
    <className>ConcreteFactory1</className>
</config>

public class AbstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Product a;
            AbstractFactory af;
            af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
            a = af.newProduct();
            a.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

创建型 - 建造者模式

建造者模式（Builder Pattern）使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。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。

一个 Builder 类会一步一步构造最终的对象。该 Builder 类是独立于其他对象的。

懂原理

建造者：创建和提供实例，导演：管理建造出来的实例的依赖关系。

知优缺

1. 优点

• 建造者独立，易扩展。
• 便于控制细节风险。

2. 缺点

• 产品必须有共同点，范围有限制。
• 如内部变化复杂，会有很多的建造类。

分场景

1. 需要生成的对象具有复杂的内部结构。例如 lombok 注解插件为复杂bean对象生成的Builder。
2. 需要生成的对象内部属性本身相互依赖。例如 StringBuilder

实现

我们假设一个快餐店的商业案例，其中，一个典型的套餐可以是一个汉堡（Burger）和一杯冷饮（Cold drink）。汉堡（Burger）可以是素食汉堡（Veg Burger）或鸡肉汉堡（Chicken Burger），它们是包在纸盒中。冷饮（Cold drink）可以是可口可乐（coke）或百事可乐（pepsi），它们是装在瓶子中。

我们将创建一个表示食物条目（比如汉堡和冷饮）的 Item 接口和实现 Item 接口的实体类，以及一个表示食物包装的 Packing 接口和实现 Packing 接口的实体类，汉堡是包在纸盒中，冷饮是装在瓶子中。

然后我们创建一个 Meal 类，带有 Item 的 ArrayList 和一个通过结合 Item 来创建不同类型的 Meal 对象的 MealBuilder。BuilderPatternDemo 类使用 MealBuilder 来创建一个 Meal。

1. 创建一个表示食物条目和食物包装的接口。

public interface Item {
   public String name();
   public Packing packing();
   public float price();    
}

public interface Packing {
   public String pack();
}

2. 创建实现 Packing 接口的实体类。

public class Wrapper implements Packing {
 
   @Override
   public String pack() {
      return "Wrapper";
   }
}

public class Bottle implements Packing {
 
   @Override
   public String pack() {
      return "Bottle";
   }
}

3. 创建实现 Item 接口的抽象类，该类提供了默认的功能。

public abstract class Burger implements Item {
 
   @Override
   public Packing packing() {
      return new Wrapper();
   }
 
   @Override
   public abstract float price();
}

public abstract class ColdDrink implements Item {
 
    @Override
    public Packing packing() {
       return new Bottle();
    }
 
    @Override
    public abstract float price();
}

4. 创建扩展了 Burger 和 ColdDrink 的实体类。

public class VegBurger extends Burger {
 
   @Override
   public float price() {
      return 25.0f;
   }
 
   @Override
   public String name() {
      return "Veg Burger";
   }
}

5. 创建一个 Meal 类，带有上面定义的 Item 对象。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
public class Meal {
   private List<Item> items = new ArrayList<Item>();    
 
   public void addItem(Item item){
      items.add(item);
   }
 
   public float getCost(){
      float cost = 0.0f;
      for (Item item : items) {
         cost += item.price();
      }        
      return cost;
   }
 
   public void showItems(){
      for (Item item : items) {
         System.out.print("Item : "+item.name());
         System.out.print(", Packing : "+item.packing().pack());
         System.out.println(", Price : "+item.price());
      }        
   }    
}

6. 创建一个 MealBuilder 类，实际的 builder 类负责创建 Meal 对象。

public class MealBuilder {
 
   public Meal prepareVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new VegBurger());
      meal.addItem(new Coke());
      return meal;
   }   
 
   public Meal prepareNonVegMeal (){
      Meal meal = new Meal();
      meal.addItem(new ChickenBurger());
      meal.addItem(new Pepsi());
      return meal;
   }
}

7. BuiderPatternDemo 使用 MealBuilder 来演示建造者模式（Builder Pattern）。

public class BuilderPatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      MealBuilder mealBuilder = new MealBuilder();
 
      Meal vegMeal = mealBuilder.prepareVegMeal();
      System.out.println("Veg Meal");
      vegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +vegMeal.getCost());
 
      Meal nonVegMeal = mealBuilder.prepareNonVegMeal();
      System.out.println("\n\nNon-Veg Meal");
      nonVegMeal.showItems();
      System.out.println("Total Cost: " +nonVegMeal.getCost());
   }
}

创建型 - 原型设计模式

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。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。

这种模式是实现了一个原型接口，该接口用于创建当前对象的克隆。当直接创建对象的代价比较大时，则采用这种模式。例如，一个对象需要在一个高代价的数据库操作之后被创建。我们可以缓存该对象，在下一个请求时返回它的克隆，在需要的时候更新数据库，以此来减少数据库调用。

懂原理

利用已有的一个原型对象，快速地生成和原型对象一样的实例。

1. 实现克隆操作，在 JAVA 继承 Cloneable，重写 clone()，在 .NET 中可以使用 Object 类的 MemberwiseClone() 方法来实现对象的浅拷贝或通过序列化的方式来实现深拷贝。
2. 原型模式同样用于隔离类对象的使用者和具体类型（易变类）之间的耦合关系，它同样要求这些"易变类"拥有稳定的接口。

知优缺

1. 优点

• 性能提高。
• 逃避构造函数的约束。

2. 缺点

• 配备克隆方法需要对类的功能进行通盘考虑，这对于全新的类不是很难，但对于已有的类不一定很容易，特别当一个类引用不支持串行化的间接对象，或者引用含有循环结构的时候。
• 必须实现 Cloneable 接口

分场景

1. 资源优化场景。
2. 类初始化需要消化非常多的资源，这个资源包括数据、硬件资源等。
3. 性能和安全要求的场景。
4. 通过 new 产生一个对象需要非常繁琐的数据准备或访问权限，则可以使用原型模式。
5. 一个对象多个修改者的场景。
6. 一个对象需要提供给其他对象访问，而且各个调用者可能都需要修改其值时，可以考虑使用原型模式拷贝多个对象供调用者使用。
7. 在实际项目中，原型模式很少单独出现，一般是和工厂方法模式一起出现，通过 clone 的方法创建一个对象，然后由工厂方法提供给调用者。原型模式已经与 Java 融为浑然一体，大家可以随手拿来使用。

实现

我们将创建一个抽象类 Shape 和扩展了 Shape 类的实体类。下一步是定义类 ShapeCache，该类把 shape 对象存储在一个 Hashtable 中，并在请求的时候返回它们的克隆。

PrototypePatternDemo 类使用 ShapeCache 类来获取 Shape 对象。

1. 创建一个实现了 Cloneable 接口的抽象类。

public abstract class Shape implements Cloneable {
   
   private String id;
   protected String type;
   
   abstract void draw();
   
   public String getType(){
      return type;
   }
   
   public String getId() {
      return id;
   }
   
   public void setId(String id) {
      this.id = id;
   }
   
   public Object clone() {
      Object clone = null;
      try {
         clone = super.clone();
      } catch (CloneNotSupportedException e) {
         e.printStackTrace();
      }
      return clone;
   }
}

2. 创建扩展了上面抽象类的实体类。

public class Rectangle extends Shape {
 
   public Rectangle(){
     type = "Rectangle";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
   }
}

public class Square extends Shape {
 
   public Square(){
     type = "Square";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Square::draw() method.");
   }
}

public class Circle extends Shape {
 
   public Circle(){
     type = "Circle";
   }
 
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
   }
}

3. 创建一个类，从数据库获取实体类，并把它们存储在一个 Hashtable 中。

import java.util.Hashtable;
 
public class ShapeCache {
    
   private static Hashtable<String, Shape> shapeMap 
      = new Hashtable<String, Shape>();
 
   public static Shape getShape(String shapeId) {
      Shape cachedShape = shapeMap.get(shapeId);
      return (Shape) cachedShape.clone();
   }
 
   // 对每种形状都运行数据库查询，并创建该形状
   // shapeMap.put(shapeKey, shape);
   // 例如，我们要添加三种形状
   public static void loadCache() {
      Circle circle = new Circle();
      circle.setId("1");
      shapeMap.put(circle.getId(),circle);
 
      Square square = new Square();
      square.setId("2");
      shapeMap.put(square.getId(),square);
 
      Rectangle rectangle = new Rectangle();
      rectangle.setId("3");
      shapeMap.put(rectangle.getId(),rectangle);
   }
}

4. PrototypePatternDemo 使用 ShapeCache 类来获取存储在 Hashtable 中的形状的克隆。

public class PrototypePatternDemo {
   public static void main(String[] args) {
      ShapeCache.loadCache();
 
      Shape clonedShape = (Shape) ShapeCache.getShape("1");
      System.out.println("Shape : " + clonedShape.getType());        
 
      Shape clonedShape2 = (Shape) ShapeCache.getShape("2");
      System.out.println("Shape : " + clonedShape2.getType());        
 
      Shape clonedShape3 = (Shape) ShapeCache.getShape("3");
      System.out.println("Shape : " + clonedShape3.getType());        
   }
}

小结

通过原理、优缺点、使用场景、实现几个维度，我们对创建型设计模式进行了大致的了解，大家有时间可以跟随代码体验一下子。 源码地址

友情提示：下一期给大家带来 设计模式 - 结构型。我是janker。 大家下期见。