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面向对象的创建型

网友: 文档中心 2022-03-17 23:18:42

创建型

1.单例（SingIeton）

Intent

确保一个类只有一个实例，并提供该实例的全局访问点。

Class Diagram

使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。

私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。

Implementation

I 懒汉式-线程不安全

以下实现中，私有静态变量 uniqueInstance 被延迟实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。

这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入 if (uniqueInstance == null) ，并且此时 uniqueInstance 为 null，那么会有多个线程执行 uniqueInstance = new Singleton(); 语句，这将导致实例化多次 uniqueInstance。

public class Singleton {    private static Singleton uniqueInstance;    private Singleton() {    }    public static Singleton getUniqueInstance() { if (uniqueInstance == null) {     uniqueInstance = new Singleton(); } return uniqueInstance;    }}

II 饿汉式-线程安全

线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被实例化多次，采取直接实例化 uniqueInstance 的方式就不会产生线程不安全问题。

但是直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的好处。

public class Singleton {    //线程不安全问题主要是由于 uniqueIntance被实例化了多次，    //如果uniqueInstance采用直接实例化的话，就不会被实例化多次，也就不会产生线程不安全的问题。    private static Singleton uniqueInstance=new Singleton2();    private Singleton(){    }    public  static Singleton getUniqueInstance(){ return uniqueInstance;    }}

III 懒汉式-线程安全

只需要对 getUniqueInstance() 方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法， 从而避免了实例化多次 uniqueInstance。

但是当一个线程进入该方法之后，其它试图进入该方法的线程都必须等待， 即使 uniqueInstance 已经被实例化了。这会让线程阻塞时间过长，因此该方法有性能问题，不推荐使用。

public class Singleton{    //线程不安全问题主要是由于 uniqueIntance被实例化了多次，    //如果uniqueInstance采用直接实例化的话，就不会被实例化多次，也就不会产生线程不安全的问题。    private static Singleton uniqueInstance;    private Singleton(){    }    //当一个线程进入该方法之后，其它试图进入该方法的线程都必须等待    public  synchronized static Singleton getUniqueInstance(){ if(uniqueInstance == null){    uniqueInstance = new Singleton(); } return uniqueInstance;    }}

  • 延迟加载的思想 就是一开始不要加载资源或者数据，一直等，等到马上就要使用这个资源或者数据了， 躲不过去了才加载，所以也称Lazy Load， 不是懒惰啊，是“延迟加载”，这在实际开发中是一种很常见的思想，尽可能的节约资源。

  • 缓存的思想 把这些数据缓存到内存里面，每次操作的时候，先到内存里面找，看有没有这些数据， 如果有，那么就直接使用，如果没有那么就获取它，并设置到缓存中，下一次访问的时候就可以直接从内存中获取了。 从而节省大量的时间，当然，缓存是一种典型的空间换时间的方案。

IV 双重校验锁-线程安全

uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。

双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。

public class Singleton {    private volatile static Singleton uniqueInstance;    private Singleton() {    }    public static Singleton getUniqueInstance() { if (uniqueInstance == null) {     synchronized (Singleton.class) {  if (uniqueInstance == null) {      uniqueInstance = new Singleton();  }     } } return uniqueInstance;    }}

考虑下面的实现，也就是只使用了一个 if 语句。 在 uniqueInstance == null 的情况下，如果两个线程都执行了 if 语句，那么两个线程都会进入 if 语句块内。虽然在 if 语句块内有加锁操作，但是两个线程都会执行 uniqueInstance = new Singleton(); 这条语句，只是先后的问题，那么就会进行两次实例化。因此必须使用双重校验锁，也就是需要使用两个 if 语句。

if (uniqueInstance == null) {    synchronized (Singleton.class) { uniqueInstance = new Singleton();    }}

uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的， uniqueInstance = new Singleton(); 这段代码其实是分为三步执行：

  1. 为 uniqueInstance 分配内存空间
  2. 初始化 uniqueInstance
  3. 将 uniqueInstance 指向分配的内存地址

但是由于 JVM 具有指令重排的特性，执行顺序有可能变成 1>3>2。指令重排在单线程环境下不会出现问题，但是在多线程环境下会导致一个线程获得还没有初始化的实例。 例如，线程 T1 执行了 1 和 3，此时 T2 调用 getUniqueInstance() 后发现 uniqueInstance 不为空，因此返回 uniqueInstance，但此时 uniqueInstance 还未被初始化。

使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。

V 静态内部类实现

当 Singleton 类加载时，静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。只有当调用 getUniqueInstance() 方法从而触发 SingletonHolder.INSTANCE 时 SingletonHolder 才会被加载，此时初始化 INSTANCE 实例，并且 JVM 能确保 INSTANCE 只被实例化一次。

这种方式不仅具有延迟初始化的好处，而且由 JVM 提供了对线程安全的支持。

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

VI 枚举实现

public enum Singleton {    INSTANCE;    private String objName;    public String getObjName() { return objName;    }    public void setObjName(String objName) { this.objName = objName;    }    public static void main(String[] args) { // 单例测试 Singleton firstSingleton = Singleton.INSTANCE; firstSingleton.setObjName("firstName"); System.out.println(firstSingleton.getObjName()); Singleton secondSingleton = Singleton.INSTANCE; secondSingleton.setObjName("secondName"); System.out.println(firstSingleton.getObjName()); System.out.println(secondSingleton.getObjName()); // 反射获取实例测试 try {     Singleton[] enumConstants = Singleton.class.getEnumConstants();     for (Singleton enumConstant : enumConstants) {  System.out.println(enumConstant.getObjName());     } } catch (Exception e) {     e.printStackTrace(); }    }}
firstNamesecondNamesecondNamesecondName

该实现在多次序列化再进行反序列化之后，不会得到多个实例。而其它实现需要使用 transient 修饰所有字段， 并且实现序列化和反序列化的方法。

该实现可以防止反射攻击。在其它实现中，通过 setAccessible() 方法可以将私有构造函数的访问级别设置为 public，然后调用构造函数从而实例化对象，如果要防止这种攻击，需要在构造函数中添加防止多次实例化的代码。该实现是由 JVM 保证只会实例化一次，因此不会出现上述的反射攻击。

枚举实现(最推荐使用)

public class Singleton {    private Singleton(){    }    public static Singleton getUniqueInstance(){ return SingletonEnum.INSTANCE.getSingleton();    }    private enum SingletonEnum{ INSTANCE; private Singleton singleton; private SingletonEnum(){     singleton = new Singleton(); } public Singleton getSingleton(){     return singleton; }    }}

Examples

  • Logger Classes
  • Configuration Classes
  • Accesing resources in shared mode
  • Factories implemented as Singletons

2.简单工厂（Simple Factory）

Intent

在创建一个对象时不向客户暴露内部细节，并提供一个创建对象的通用接口。

Class Diagram

简单工厂把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个具体子类来实例化。

这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。

客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，那么所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。

Implementation

public interface Product {}
public class ConcreteProduct implements Product {}
public class ConcreteProduct1 implements Product {}
public class ConcreteProduct2 implements Product {}

以下的 Client 类包含了实例化的代码，这是一种错误的实现。如果在客户类中存在这种实例化代码，就需要考虑将代码放到简单工厂中。

public class Client {    public static void main(String[] args) { int type = 1; Product product; if (type == 1) {     product = new ConcreteProduct1(); } else if (type == 2) {     product = new ConcreteProduct2(); } else {     product = new ConcreteProduct(); } // do something with the product    }}

以下的 SimpleFactory 是简单工厂实现，它被所有需要进行实例化的客户类调用。

public class SimpleFactory {    public Product createProduct(int type) { if (type == 1) {     return new ConcreteProduct1(); } else if (type == 2) {     return new ConcreteProduct2(); } return new ConcreteProduct();    }}
public class Client {    public static void main(String[] args) { SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory(); Product product = simpleFactory.createProduct(1); // do something with the product    }}
  • 简单工厂的优缺点

帮助封装：简单工厂虽然很简单，但是非常友好的帮助我们实现了组件的封装，然后让组件外部能真正面向接口编程。

解耦：通过简单工厂，把客户类和具体子类的实现解耦。

可能增加客户端的复杂度： 如果通过客户端的参数来选择具体的实现类， 那么就必须让客户端能理解各个参数所代表的具体功能和含义，这会增加客户端使用的难度， 也部分暴露了内部实现，这种情况可以选用可配置的方式来实现

不方便扩展子工厂：私有化简单工厂的构造方法，使用静态方法来创建接口， 也就不能通过写简单工厂类的子类来改变创建接口的方法的行为了。不过，通常情况下是不需要为简单工厂创建子类的。

3.工厂方法（Factory Method）

Inten

定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化操作推迟到子类。

Class Diagram

在简单工厂中，创建对象的是另一个类，而在工厂方法中，是由子类来创建对象。

下图中，Factory 有一个 doSomething() 方法，这个方法需要用到一个产品对象，这个产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的，需要由子类去实现。

Implementation

public abstract class Factory {    abstract public Product factoryMethod();    public void doSomething() { Product product = factoryMethod(); // do something with the product    }}
public class ConcreteFactory extends Factory {    public Product factoryMethod() { return new ConcreteProduct();    }}
public class ConcreteFactory1 extends Factory {    public Product factoryMethod() { return new ConcreteProduct1();    }}
public class ConcreteFactory2 extends Factory {    public Product factoryMethod() { return new ConcreteProduct2();    }}​​

4.抽象工厂（Abstract Factory）

Intent

提供一个接口，用于创建 相关的对象家族 。

Class Diagram

抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。

抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象，AbstractFactory 中的 createProductA() 和 createProductB() 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂方法模式的定义。

至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 需要同时创建出这两个对象。

从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbstractFactory，而工厂方法模式使用了继承。

Implementation

public class AbstractProductA {}
public class AbstractProductB {}
public class ProductA1 extends AbstractProductA {}
public class ProductA2 extends AbstractProductA {}
public class ProductB1 extends AbstractProductB {}
public class ProductB2 extends AbstractProductB {}
public abstract class AbstractFactory {    abstract AbstractProductA createProductA();    abstract AbstractProductB createProductB();}
public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {    AbstractProductA createProductA() { return new ProductA1();    }    AbstractProductB createProductB() { return new ProductB1();    }}
public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {    AbstractProductA createProductA() { return new ProductA2();    }    AbstractProductB createProductB() { return new ProductB2();    }}
public class Client {    public static void main(String[] args) { AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1(); AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA(); AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB(); // do something with productA and productB    }}​​​​​​

5.生成器（Builder）

Intent

封装一个对象的构造过程，并允许按步骤构造。 (将一个复杂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。)

Class Diagram

要实现同样的构建过程可以创建不同的表现，那么一个自然的思路就是 先把构建过程独立出来，在生成器模式中把它称为指导者， 由它来指导装配过程，但是不负责每步具体的实现。 当然，光有指导者是不够的，必须要有能具体实现每步的对象，在生成器模式中称这些实现对象为生成器。 这样一来，指导者就是可以重用的构建过程，而生成器是可以被切换的具体实现。

Implementation1

** * 指导者负责指导装配过程，但是不负责每步具体的实现。 */public class Director {    private AbstractComputerBuilder computerBuilder;    public void setComputerBuilder(AbstractComputerBuilder computerBuilder) { this.computerBuilder = computerBuilder;    }    public Product getProduct() { return computerBuilder.getProduct();    }    public void constructComputer() { computerBuilder.buildProduct(); computerBuilder.buildMaster(); computerBuilder.buildScreen(); computerBuilder.buildKeyboard(); computerBuilder.buildMouse(); computerBuilder.buildAudio();    }}
/** * 定义一个产品类 */public class Product {    private String master;    private String screen;    private String keyboard;    private String mouse;    private String audio;    public void setMaster(String master) { this.master = master;    }    public void setScreen(String screen) { this.screen = screen;    }    public String getMaster() { return master;    }    public String getScreen() { return screen;    }    public String getKeyboard() { return keyboard;    }    public void setKeyboard(String keyboard) { this.keyboard = keyboard;    }    public String getMouse() { return mouse;    }    public void setMouse(String mouse) { this.mouse = mouse;    }    public String getAudio() { return audio;    }    public void setAudio(String audio) { this.audio = audio;    }}
/** * 生成器的抽象类 * 负责具体实现每步的对象 */public abstract class AbstractComputerBuilder {    protected Product product;    public Product getProduct() { return product;    }    public void buildProduct(){ product=new Product(); System.out.println("生产出一台电脑");    }    public abstract void buildMaster();    public abstract void buildScreen();    public abstract void buildKeyboard();    public abstract void buildMouse();    public abstract void buildAudio();}
public class HPComputerBuilder extends AbstractComputerBuilder{    @Override    public void buildMaster() { // TODO Auto-generated method stub product.setMaster("i7,16g,512SSD,1060"); System.out.println("(i7,16g,512SSD,1060)的惠普主机");    }    @Override    public void buildScreen() { // TODO Auto-generated method stub product.setScreen("4K"); System.out.println("(4K)的惠普显示屏");    }    @Override    public void buildKeyboard() { // TODO Auto-generated method stub product.setKeyboard("cherry 青轴机械键盘"); System.out.println("(cherry 青轴机械键盘)的键盘");    }    @Override    public void buildMouse() { // TODO Auto-generated method stub product.setMouse("MI 鼠标"); System.out.println("(MI 鼠标)的鼠标");    }    @Override    public void buildAudio() { // TODO Auto-generated method stub product.setAudio("飞利浦 音响"); System.out.println("(飞利浦 音响)的音响");    }}
public class DELLComputerBuilder extends AbstractComputerBuilder{    @Override    public void buildMaster() { // TODO Auto-generated method stub product.setMaster("i7,32g,1TSSD,1060"); System.out.println("(i7,32g,1TSSD,1060)的戴尔主机");    }    @Override    public void buildScreen() { // TODO Auto-generated method stub product.setScreen("4k"); System.out.println("(4k)的dell显示屏");    }    @Override    public void buildKeyboard() { // TODO Auto-generated method stub product.setKeyboard("cherry 黑轴机械键盘"); System.out.println("(cherry 黑轴机械键盘)的键盘");    }    @Override    public void buildMouse() { // TODO Auto-generated method stub product.setMouse("MI 鼠标"); System.out.println("(MI 鼠标)的鼠标");    }    @Override    public void buildAudio() { // TODO Auto-generated method stub product.setAudio("飞利浦 音响"); System.out.println("(飞利浦 音响)的音响");    }}
/** * 指导者就是可以重用的构建过程， * 而生成器是可以被切换的具体实现 */public class Client {    public static void main(String[] args) { AbstractComputerBuilder computerBuilder=new HPComputerBuilder(); AbstractComputerBuilder computerBuilder2=new DELLComputerBuilder(); Director director=new Director(); director.setComputerBuilder(computerBuilder); director.constructComputer(); //获取PC Product pc=director.getProduct(); director.setComputerBuilder(computerBuilder2); director.constructComputer(); Product pc2=director.getProduct();    }}

生成器的调用顺序：

Implementation2

以下是一个简易的 StringBuilder 实现，参考了 JDK 1.8 源码。

public class AbstractStringBuilder {    protected char[] value;    protected int count;    public AbstractStringBuilder(int capacity) { count = 0; value = new char[capacity];    }    public AbstractStringBuilder append(char c) { ensureCapacityInternal(count + 1); value[count++] = c; return this;    }    private void ensureCapacityInternal(int minimumCapacity) { // overflow-conscious code if (minimumCapacity - value.length > 0)     expandCapacity(minimumCapacity);    }    void expandCapacity(int minimumCapacity) { int newCapacity = value.length * 2 + 2; if (newCapacity - minimumCapacity < 0)     newCapacity = minimumCapacity; if (newCapacity < 0) {     if (minimumCapacity < 0) // overflow  throw new OutOfMemoryError();     newCapacity = Integer.MAX_VALUE; } value = Arrays.copyOf(value, newCapacity);    }}
public class StringBuilder extends AbstractStringBuilder {    public StringBuilder() { super(16);    }    @Override    public String toString() { // Create a copy, don't share the array return new String(value, 0, count);    }}
public class Client {    public static void main(String[] args) { StringBuilder sb = new StringBuilder(); final int count = 26; for (int i = 0; i < count; i++) {     sb.append((char) ('a' + i)); } System.out.println(sb.toString());    }}
abcdefghijklmnopqrstuvwxyz​​​​​​

6.原型模式（Prototype）

Intent

使用原型实例指定要创建对象的类型，通过复制这个原型来创建新对象。

Class Diagram

Implementation

public class Prototype implements Cloneable{    @Override    protected Prototype clone() throws CloneNotSupportedException { Prototype p=null; try{     p=(Prototype)super.clone(); }catch (ClassCastException e){     e.printStackTrace(); } return p;    }}
public class ConcretePrototype extends Prototype{    private String field;    public ConcretePrototype(String filed){ this.field=filed;    }    @Override    public String toString() { return field;    }}
public class Client {    public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException { Prototype obj1=new ConcretePrototype("abc"); Prototype obj2=obj1.clone(); Prototype obj3=obj1.clone(); System.out.println(obj1); System.out.println(obj2); System.out.println(obj3);    }}
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