Java经典设计模式之五大创建型模式(附实例和详解)

一、概况

总体来说设计模式分为三大类:

(1)创建型模式,共五种: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,共七种: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,共十一种: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。

二、设计模式的六大原则

1、开闭原则(Open Close Principle)

开闭原则就是说对扩展开放,对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候,不能去修改原有的代码,实现一个热插拔的效果。

2、里氏代换原则(Liskov Substitution Principle)

其官方描述比较抽象,可自行百度。实际上可以这样理解:(1)子类的能力必须大于等于父类,即父类可以使用的方法,子类都可以使用。(2)返回值也是同样的道理。假设一个父类方法返回一个List,子类返回一个ArrayList,这当然可以。如果父类方法返回一个ArrayList,子类返回一个List,就说不通了。这里子类返回值的能力是比父类小的。(3)还有抛出异常的情况。任何子类方法可以声明抛出父类方法声明异常的子类。 而不能声明抛出父类没有声明的异常。

3、依赖倒转原则(Dependence Inversion Principle)

这个是开闭原则的基础,具体内容:面向接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体。

4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle)

这个原则的意思是:使用多个隔离的接口,比使用单个接口要好。还是一个降低类之间的耦合度的意思,从这儿我们看出,其实设计模式就是一个软件的设计思想,从大型软件架构出发,为了升级和维护方便。所以上文中多次出现:降低依赖,降低耦合。

5、迪米特法则(最少知道原则)(Demeter Principle)

为什么叫最少知道原则,就是说:一个实体应当尽量少的与其他实体之间发生相互作用,使得系统功能模块相对独立。

6、合成复用原则(Composite Reuse Principle)

原则是尽量使用合成/聚合的方式,而不是使用继承。

三、创建型模式

创建型模式,共五种: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。

3.1、工厂方法模式

工厂方法模式分为三种:普通工厂模式、多个工厂方法模式和静态工厂方法模式。

3.1.1、普通工厂模式

普通工厂模式就是建立一个工厂类,对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。

package com.mode.create;
public interface MyInterface {    public void print();}
package com.mode.create;
public class MyClassOne implements MyInterface {
    @Override    public void print() {        System.out.println("MyClassOne");    }
}
package com.mode.create;
public class MyClassTwo implements MyInterface {
    @Override    public void print() {        System.out.println("MyClassTwo");    }
}
package com.mode.create;
public class MyFactory {
    public MyInterface produce(String type) {          if ("One".equals(type)) {              return new MyClassOne();          } else if ("Two".equals(type)) {              return new MyClassTwo();          } else {              System.out.println("没有要找的类型");              return null;          }      }
}
package com.mode.create;
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){        MyFactory factory = new MyFactory();          MyInterface myi = factory.produce("One");          myi.print();    }
}

FactoryTest的运行结果我想应该很明显了。

再回头来理解这句话:普通工厂模式就是建立一个工厂类,对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。

3.1.2、多个工厂方法模式

多个工厂方法模式,是对普通工厂方法模式的改进,多个工厂方法模式就是提供多个工厂方法,分别创建对象。

直接看代码吧,我们修改MyFactory和FactoryTest如下:

package com.mode.create;
public class MyFactory {
    public MyInterface produceOne() {        return new MyClassOne();    }
    public MyInterface produceTwo() {        return new MyClassTwo();    }
}
package com.mode.create;
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){        MyFactory factory = new MyFactory();          MyInterface myi = factory.produceOne();        myi.print();    }
}

运行结果也是十分明显了。

再回头来理解这句话:多个工厂方法模式,是对普通工厂方法模式的改进,多个工厂方法模式就是提供多个工厂方法,分别创建对象。

3.1.3、静态工厂方法模式

静态工厂方法模式,将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的,不需要创建实例,直接调用即可。

直接看代码吧,我们修改MyFactory和FactoryTest如下:

package com.mode.create;
public class MyFactory {
    public static MyInterface produceOne() {        return new MyClassOne();    }
    public static MyInterface produceTwo() {        return new MyClassTwo();    }
}
package com.mode.create;
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){         MyInterface myi = MyFactory.produceOne();        myi.print();    }
}

运行结果依旧很明显。

再回顾:静态工厂方法模式,将上面的多个工厂方法模式里的方法置为静态的,不需要创建实例,直接调用即可。

3.2、抽象工厂模式

工厂方法模式有一个问题就是,类的创建依赖工厂类,也就是说,如果想要拓展程序,必须对工厂类进行修改,这违背了闭包原则。

为解决这个问题,我们来看看抽象工厂模式:创建多个工厂类,这样一旦需要增加新的功能,直接增加新的工厂类就可以了,不需要修改之前的代码。

这样就符合闭包原则了。

下面来看看代码:

MyInterface、MyClassOne、MyClassTwo不变。

新增如下接口和类:

package com.mode.create;
public interface Provider {    public MyInterface produce(); }
package com.mode.create;
public class MyFactoryOne implements Provider {
    @Override    public MyInterface produce() {        return new MyClassOne();    }
}
package com.mode.create;
public class MyFactoryTwo implements Provider {
    @Override    public MyInterface produce() {        return new MyClassTwo();    }
}

修改测试类FactoryTest如下:

package com.mode.create;
public class FactoryTest {
    public static void main(String[] args){         Provider provider = new MyFactoryOne();        MyInterface myi = provider.produce();        myi.print();    }
}

运行结果依旧显然。

再回顾:抽象工厂模式就是创建多个工厂类,这样一旦需要增加新的功能,直接增加新的工厂类就可以了,不需要修改之前的代码。

3.3、单例模式

单例模式,不需要过多的解释。

直接看代码吧:

package test;
public class MyObject {
    private static MyObject myObject;
    private MyObject() {    }
    public static MyObject getInstance() {        if (myObject != null) {        } else {            myObject = new MyObject();        }        return myObject;    }
}

但是这样会引发多线程问题,详细解说可以看《Java多线程编程核心技术》书中的第六章。

3.4、建造者模式

建造者模式:是将一个复杂的对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

字面看来非常抽象,实际上它也十分抽象!!!!

建造者模式通常包括下面几个角色:

(1) Builder:给出一个抽象接口,以规范产品对象的各个组成成分的建造。这个接口规定要实现复杂对象的哪些部分的创建,并不涉及具体的对象部件的创建。

(2) ConcreteBuilder:实现Builder接口,针对不同的商业逻辑,具体化复杂对象的各部分的创建。 在建造过程完成后,提供产品的实例。

(3)Director:调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分,在指导者中不涉及具体产品的信息,只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。

(4)Product:要创建的复杂对象。

在游戏开发中建造小人是经常的事了,要求是:小人必须包括头,身体和脚。

下面我们看看如下代码:

Product(要创建的复杂对象。):

package com.mode.create;
public class Person {
    private String head;    private String body;    private String foot;
    public String getHead() {        return head;    }
    public void setHead(String head) {        this.head = head;    }
    public String getBody() {        return body;    }
    public void setBody(String body) {        this.body = body;    }
    public String getFoot() {        return foot;    }
    public void setFoot(String foot) {        this.foot = foot;    }}

Builder(给出一个抽象接口,以规范产品对象的各个组成成分的建造。这个接口规定要实现复杂对象的哪些部分的创建,并不涉及具体的对象部件的创建。):

package com.mode.create;
public interface PersonBuilder {    void buildHead();    void buildBody();    void buildFoot();    Person buildPerson();}

ConcreteBuilder(实现Builder接口,针对不同的商业逻辑,具体化复杂对象的各部分的创建。 在建造过程完成后,提供产品的实例。):

package com.mode.create;
public class ManBuilder implements PersonBuilder {
    Person person;
    public ManBuilder() {        person = new Person();    }
    public void buildBody() {        person.setBody("建造男人的身体");    }
    public void buildFoot() {        person.setFoot("建造男人的脚");    }
    public void buildHead() {        person.setHead("建造男人的头");    }
    public Person buildPerson() {        return person;    }
}

Director(调用具体建造者来创建复杂对象的各个部分,在指导者中不涉及具体产品的信息,只负责保证对象各部分完整创建或按某种顺序创建。):

package com.mode.create;
public class PersonDirector {    public Person constructPerson(PersonBuilder pb) {        pb.buildHead();        pb.buildBody();        pb.buildFoot();        return pb.buildPerson();    }}

测试类:

package com.mode.create;
public class Test {    public static void main(String[] args) {        PersonDirector pd = new PersonDirector();        Person person = pd.constructPerson(new ManBuilder());        System.out.println(person.getBody());        System.out.println(person.getFoot());        System.out.println(person.getHead());    }}

运行结果:

回顾:建造者模式:是将一个复杂的对象的构建与它的表示分离,使得同样的构建过程可以创建不同的表示。

3.5、原型模式

该模式的思想就是将一个对象作为原型,对其进行复制、克隆,产生一个和原对象类似的新对象。

说道复制对象,我将结合对象的浅复制和深复制来说一下,首先需要了解对象深、浅复制的概念:

浅复制:将一个对象复制后,基本数据类型的变量都会重新创建,而引用类型,指向的还是原对象所指向的。

深复制:将一个对象复制后,不论是基本数据类型还有引用类型,都是重新创建的。简单来说,就是深复制进行了完全彻底的复制,而浅复制不彻底。

写一个深浅复制的例子:

package com.mode.create;
import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.IOException;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.io.Serializable;
public class Prototype implements Cloneable, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    private int base;
    private Integer obj;
     /* 浅复制 */      public Object clone() throws CloneNotSupportedException {        // 因为Cloneable接口是个空接口,你可以任意定义实现类的方法名        // 如cloneA或者cloneB,因为此处的重点是super.clone()这句话        // super.clone()调用的是Object的clone()方法        // 而在Object类中,clone()是native(本地方法)的        Prototype proto = (Prototype) super.clone();        return proto;    }
    /* 深复制 */    public Object deepClone() throws IOException, ClassNotFoundException {
        /* 写入当前对象的二进制流 */        ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);        oos.writeObject(this);
        /* 读出二进制流产生的新对象 */        ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);        return ois.readObject();    }
    public int getBase() {        return base;    }
    public void setBase(int base) {        this.base = base;    }
    public Integer getObj() {        return obj;    }
    public void setObj(Integer obj) {        this.obj = obj;    }

}

测试类:

package com.mode.create;
import java.io.IOException;
public class Test {    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException,            ClassNotFoundException, IOException {        Prototype prototype = new Prototype();        prototype.setBase(1);        prototype.setObj(new Integer(2));        /* 浅复制 */         Prototype prototype1 = (Prototype) prototype.clone();        /* 深复制 */        Prototype prototype2 = (Prototype) prototype.deepClone();        System.out.println(prototype1.getObj()==prototype1.getObj());        System.out.println(prototype1.getObj()==prototype2.getObj());    }}

运行结果:

原文发布于微信公众号 - Java团长(javatuanzhang)

原文发表时间:2018-01-05

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