设计模式之---创建型设计模式---详解

设计模式（Design pattern）代表了最佳的实践，通常被有经验的面向对象的软件开发人员所采用。设计模式是软件开发人员在软件开发过程中面临的一般问题的解决方案。这些解决方案是众多软件开发人员经过相当长的一段时间的试验和错误总结出来的。

设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。毫无疑问，设计模式于己于他人于系统都是多赢的，设计模式使代码编制真正工程化，设计模式是软件工程的基石，如同大厦的一块块砖石一样。项目中合理地运用设计模式可以完美地解决很多问题，每种模式在现实中都有相应的原理来与之对应，每种模式都描述了一个在我们周围不断重复发生的问题，以及该问题的核心解决方案，这也是设计模式能被广泛应用的原因。

1.2什么是 GOF（四人帮，全拼 Gang of Four）？

在 1994 年，由 Erich Gamma、Richard Helm、Ralph Johnson 和 John Vlissides 四人合著出版了一本名为 Design Patterns - Elements of Reusable Object-Oriented Software（中文译名：设计模式 - 可复用的面向对象软件元素） 的书，该书首次提到了软件开发中设计模式的概念。

四位作者合称 GOF（四人帮，全拼 Gang of Four）。他们所提出的设计模式主要是基于以下的面向对象设计原则。

对接口编程而不是对实现编程。

优先使用对象组合而不是继承。

1.3设计模式的使用

设计模式在软件开发中的两个主要用途。

1）开发人员的共同平台

设计模式提供了一个标准的术语系统，且具体到特定的情景。例如，单例设计模式意味着使用单个对象，这样所有熟悉单例设计模式的开发人员都能使用单个对象，并且可以通过这种方式告诉对方，程序使用的是单例模式。

2）最佳的实践

设计模式已经经历了很长一段时间的发展，它们提供了软件开发过程中面临的一般问题的最佳解决方案。学习这些模式有助于经验不足的开发人员通过一种简单快捷的方式来学习软件设计。

1.4掌握设计模式的层次

1) 第 1 层：刚开始学编程不久，听说过什么是设计模式

2) 第 2 层：有很长时间的编程经验，自己写了很多代码，其中用到了设计模式，但是自己却不知道

3) 第 3 层：学习过了设计模式，发现自己已经在使用了，并且发现了一些新的模式挺好用的

4) 第 4 层：阅读了很多别人写的源码和框架，在其中看到别人设计模式，并且能够领会设计模式的精妙和带来的好处。

5) 第 5 层：代码写着写着，自己都没有意识到使用了设计模式，并且熟练的写了出来。

1.5设计模式类型

设计模式分为三种类型，共 23 种

1) 创建型模式：单例模式、抽象工厂模式、原型模式、建造者模式、工厂模式。（这些设计模式提供了一种在创建对象的同时隐藏创建逻辑的方式，而不是使用 new 运算符直接实例化对象。这使得程序在判断针对某个给定实例需要创建哪些对象时更加灵活。）

2) 结构型模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。（这些设计模式关注类和对象的组合。继承的概念被用来组合接口和定义组合对象获得新功能的方式。）

3) 行为型模式：模版方法模式、命令模式、访问者模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式（Interpreter 模式）、状态模式、策略模式、职责链模式(责任链模式)。（这些设计模式特别关注对象之间的通信。）

注意：不同的书籍上对分类和名称略有差别

2.单例设计模式

2.1单例设计模式介绍

所谓类的单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中，对某个类只能存在一个对象实例，并且该类只提供一个取得其对象实例的方法(静态方法)。比如 Hibernate 的 SessionFactory，它充当数据存储源的代理，并负责创建 Session 对象。SessionFactory 并不是轻量级的，一般情况下，一个项目通常只需要一个 SessionFactory 就够，这是就会使用到单例模式

2.2单例设计模式八种方式

单例模式有八种方式：

1) 饿汉式(静态常量)

2) 饿汉式（静态代码块）

3) 懒汉式(线程不安全)

4) 懒汉式(线程安全，同步方法)

5) 懒汉式(线程安全，同步代码块)

6) 双重检查

7) 静态内部类

8) 枚举

应用实例步骤如下

1) 构造器私有化 (防止 new )

2) 类的内部创建对象

3) 向外暴露一个静态的公共方法。getInstance

4) 代码实现

2.3 饿汉式（静态常量）

代码演示：

public class SingletonTest01 {

	public static void main(String[] args) {
		//测试
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
		
	}
	
	//2.本类内部创建对象实例
	private final static Singleton instance = new Singleton();
	
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
}

优缺点说明：

1) 优点：这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

2) 缺点：在类装载的时候就完成实例化，没有达到 Lazy Loading 的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则会造成内存的浪费

3) 这种方式基于 classloder 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，在单例模式中大多数都是调用 getInstance 方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此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 就没有达到 lazy loading 的效果

4) 结论：这种单例模式可用，可能造成内存浪费

2.4 饿汉式（静态代码块）

代码演示：

public class SingletonTest02 {

	public static void main(String[] args) {
		//测试
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

//饿汉式(静态变量)

class Singleton {
	
	//1. 构造器私有化, 外部能new
	private Singleton() {
		
	}
	

	//2.本类内部创建对象实例
	private  static Singleton instance;
	
	static { // 在静态代码块中，创建单例对象
		instance = new Singleton();
	}
	
	//3. 提供一个公有的静态方法，返回实例对象
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
	
}

优缺点说明：

1) 这种方式和上面的方式其实类似，只不过将类实例化的过程放在了静态代码块中，也是在类装载的时候，就执行静态代码块中的代码，初始化类的实例。优缺点和上面是一样的。

2) 结论：这种单例模式可用，但是可能造成内存浪费

2.5懒汉式(线程不安全)

代码演示：

public class SingletonTest03 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("懒汉式1 ， 线程不安全~");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，当使用到该方法时，才去创建 instance
	//即懒汉式
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点说明：

1) 起到了 Lazy Loading 的效果，但是只能在单线程下使用。

2) 如果在多线程下，一个线程进入了 if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式

3) 结论：在实际开发中，不要使用这种方式.

2.6 懒汉式(线程安全，同步方法)

代码演示：

public class SingletonTest04 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("懒汉式2 ， 线程安全~");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
	}

}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入同步处理的代码，解决线程安全问题
	//即懒汉式
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
}

优缺点说明：

1) 解决了线程安全问题

2) 效率太低了，每个线程在想获得类的实例时候，执行 getInstance()方法都要进行同步。而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接 return 就行了。方法进行同步效率太低

3) 结论：在实际开发中，不推荐使用这种方式

2.7 懒汉式(线程安全，同步代码块)

代码演示：

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	
	public static  Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized(Singleton.class) {
				instance = new Singleton();
			}
			
		}
		return instance;
	}
}

不推荐使用

2.8 双重检查

代码演示：

public class SingletonTest06 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("双重检查");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
		
	}

}

// 懒汉式(线程安全，同步方法)
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	private Singleton() {}
	
	//提供一个静态的公有方法，加入双重检查代码，解决线程安全问题, 同时解决懒加载问题
	//同时保证了效率, 推荐使用
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if(instance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if(instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
			
		}
		return instance;
	}
}

优缺点说明：

1) Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次 if (singleton == null)检查，这样就可以保证线程安全了。

2) 这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断 if (singleton == null)，直接 return 实例化对象，也避免的反复进行方法同步.

3) 线程安全；延迟加载；效率较高

4) 结论：在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式

2.9 静态内部类

代码演示：

public class SingletonTest07 {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("使用静态内部类完成单例模式");
		Singleton instance = Singleton.getInstance();
		Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
		System.out.println(instance == instance2); // true
		System.out.println("instance.hashCode=" + instance.hashCode());
		System.out.println("instance2.hashCode=" + instance2.hashCode());
		
	}

}

// 静态内部类完成， 推荐使用
class Singleton {
	private static volatile Singleton instance;
	
	//构造器私有化
	private Singleton() {}
	
	//写一个静态内部类,该类中有一个静态属性 Singleton
	private static class SingletonInstance {
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 
	}
	
	//提供一个静态的公有方法，直接返回SingletonInstance.INSTANCE
	
	public static synchronized Singleton getInstance() {
		
		return SingletonInstance.INSTANCE;
	}
}

优缺点说明：

1) 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。

2) 静态内部类方式在 Singleton 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用 getInstance 方法，才会装载 SingletonInstance 类，从而完成 Singleton 的实例化。

3) 类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM 帮助我们保证了线程的安全性，在类进行初始化时，别的线程是无法进入的。

4) 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高

5) 结论：推荐使用.

2.10 枚举

代码演示：

public class SingletonTest08 {
	public static void main(String[] args) {
		Singleton instance = Singleton.INSTANCE;
		Singleton instance2 = Singleton.INSTANCE;
		System.out.println(instance == instance2);
		
		System.out.println(instance.hashCode());
		System.out.println(instance2.hashCode());
		
		instance.sayOK();
	}
}

//使用枚举，可以实现单例, 推荐
enum Singleton {
	INSTANCE; //属性
	public void sayOK() {
		System.out.println("ok~");
	}
}

优缺点说明：

1) 这借助 JDK1.5 中添加的枚举来实现单例模式。不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

2) 这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式

3) 结论：推荐使用

2 .11单例模式注意事项和细节说明

1) 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象，节省了系统资源，对于一些需要频繁创建销毁的对象，使用单例模式可以提高系统性能

2) 当想实例化一个单例类的时候，必须要记住使用相应的获取对象的方法，而不是使用 new

3) 单例模式使用的场景：需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或耗费资源过多(即：重量级对象)，但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数据库或文件的对象(比如数据源、session 工厂等)

3.工厂模式

3.1基本介绍

含义： 定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化那个子类。

3.2工厂模式的分类：

工厂模式可以分为三类:

            1）简单工厂模式（Simple Factory）

            2）工厂方法模式（Factory Method）

            3）抽象工厂模式（Abstract Factory）

            将简单工厂模式（Simple Factory）看为工厂方法模式的一种特例，两者归为一类。

工厂方法模式：

一个抽象产品类，可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。

抽象工厂模式：

多个抽象产品类，每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。

一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。

每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例。

区别 :

工厂方法模式只有一个抽象产品类，而抽象工厂模式有多个。

工厂方法模式的具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例，而抽象工厂模式可以创建多个。

应用场景：

消费者不关心它所要创建对象的类(产品类)的时候。

消费者知道它所要创建对象的类(产品类)，但不关心如何创建的时候。

3.3简单工厂模式

代码演示

public class FactoryMethod {
	public static void main(String[] args) {
		/*
		 * 工厂模式的定义:定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化那个子类。factory method 使得一个类的实例化延迟到子类。 灵活性的目的。
		 * 工厂模式可以分为三类:
		 *   1）简单工厂模式（Simple Factory）
		 *   2）工厂方法模式（Factory Method）
		 *   3）抽象工厂模式（Abstract Factory）
		 *   将简单工厂模式（Simple Factory）看为工厂方法模式的一种特例，两者归为一类。 
		 *   
				工厂方法模式：
					一个抽象产品类，可以派生出多个具体产品类。   
					一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。   
					每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。
				抽象工厂模式：
					多个抽象产品类，每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。   
					一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。   
					每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例。  
		          区别 :
		        	工厂方法模式只有一个抽象产品类，而抽象工厂模式有多个。   
					工厂方法模式的具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例，而抽象工厂模式可以创建多个。
		 * 简单工厂模式 应用场景: 
		 *    1）当不知道使用对象的确切类型的时候.
		 *    2）希望为库或者框架提供扩展内部的组件的方法时。
		 */

		/*
		 * Application application = new Application(); Product product =
		 * application.getObject("1"); product.method1();
		 */

		Application application = new ConcreateProductB();
		Product product = application.getObject();
		product.method1();

	}

}

interface Product {

	public void method1();
}

class ProductA implements Product {

	public void method1() {
		System.out.println("ProductA.method1 executed.");

	}
}

class ProductB implements Product {

	public void method1() {
		System.out.println("ProductB.method1 executed.");

	}
}

/*
 * class Application {
 * 
 * private Product createProductA(String type) { return
 * SimpleFactory.createProduct(type); }
 * 
 * Product getObject(String type) { return createProductA(type); } }
 */

class SimpleFactory {

	public static Product createProduct(String type) {
		if (type.equals("0")) {
			return new ProductA();
		} else if (type.equals("1")) {
			return new ProductB();
		} else {
			return null;
		}
	}
}

abstract class Application {
	abstract Product createProduct();

	Product getObject() {
		return createProduct();
	}
}

class ConcreateProductA extends Application {

	@Override
	Product createProduct() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return new ProductA();
	}
}

class ConcreateProductB extends Application {

	@Override
	Product createProduct() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return new ProductB();
	}
}

3.4 抽象工厂模式

代码演示：

public class AbstractFactorymethod {
	public static void main(String[] args) {
		/*
		 * 工厂模式的定义:定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化那个子类。factory method 使得一个类的实例化延迟到子类。 灵活性的目的。
		 * 工厂模式可以分为三类:
		 *   1）简单工厂模式（Simple Factory）
		 *   2）工厂方法模式（Factory Method）
		 *   3）抽象工厂模式（Abstract Factory）
		 *   将简单工厂模式（Simple Factory）看为工厂方法模式的一种特例，两者归为一类。 
		 *   
				工厂方法模式：
					一个抽象产品类，可以派生出多个具体产品类。   
					一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。   
					每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。
				抽象工厂模式：
					多个抽象产品类，每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类。   
					一个抽象工厂类，可以派生出多个具体工厂类。   
					每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例。  
		          区别 :
		        	工厂方法模式只有一个抽象产品类，而抽象工厂模式有多个。   
					工厂方法模式的具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例，而抽象工厂模式可以创建多个。
		 * 抽象工厂模式 应用场景: 
		 *    1）程序需要处理不同系列的相关产品，但是不希望它依赖这些产品的具体类时，可以使用抽象工厂。
		 *    
		 */
		  IDatabaseUtils  iDatabaseUtils =new MysqlDatabaseUtils();
		    IConnection connection = iDatabaseUtils.getConnection();
		     connection.connection();
		     ICommand command = iDatabaseUtils.getCommand();
		     command.command();
	}

}

interface IConnection{
	void connection();
}
interface ICommand{
	void command();
}
interface IDatabaseUtils{
	IConnection getConnection();
	ICommand getCommand();
}
class MysqlConnection implements IConnection{

	@Override
	public void connection() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("mysql connection execute connection");
	}}

class MysqlCommand implements ICommand{
	@Override
	public void command() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("mysql commamd execute  command. ");
	}}

class MysqlDatabaseUtils implements IDatabaseUtils{
	@Override
	public IConnection getConnection() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return new MysqlConnection();
	}

	@Override
	public ICommand getCommand() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return new MysqlCommand();
	}}
class OracleConnection implements IConnection{
	
	@Override
	public void connection() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("Oracle connection execute connection");
	}}

class OracleCommand implements ICommand{
	@Override
	public void command() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println("Oracle commamd execute  command. ");
	}}

class OracleDatabaseUtils implements IDatabaseUtils{
	@Override
	public IConnection getConnection() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return new OracleConnection();
	}
	
	@Override
	public ICommand getCommand() {
		// TODO Auto-generated method stub
		return new OracleCommand();
	}}

3.5工厂模式小结

1) 工厂模式的意义将实例化对象的代码提取出来，放到一个类中统一管理和维护，达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。

2) 三种工厂模式 (简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)

3) 设计模式的依赖抽象原则

创建对象实例时，不要直接 new 类, 而是把这个 new 类的动作放在一个工厂的方法中，并返回。有的书上说，变量不要直接持有具体类的引用。

不要让类继承具体类，而是继承抽象类或者是实现 interface(接口)

不要覆盖基类中已经实现的方法。

4.原型模式

4.1 克隆羊问题

现在有一只羊 tom，姓名为: tom, 年龄为：1，颜色为：白色，请编写程序创建和 tom 羊属性完全相同的 10 只羊。

4.2 传统方式解决克隆羊问题

1) 思路分析(图解)

代码演示

public class Sheep {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	public Sheep(String name, int age, String color) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
		this.color = color;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	public String getColor() {
		return color;
	}
	public void setColor(String color) {
		this.color = color;
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + "]";
	}
	
	
}

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		//传统的方法
		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
		
		Sheep sheep2 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		Sheep sheep3 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		Sheep sheep4 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		Sheep sheep5 = new Sheep(sheep.getName(), sheep.getAge(), sheep.getColor());
		//....
		
		System.out.println(sheep);
		System.out.println(sheep2);
		System.out.println(sheep3);
		System.out.println(sheep4);
		System.out.println(sheep5);
		//...
	}

}

4.3 传统的方式的优缺点

1) 优点是比较好理解，简单易操作。

2) 在创建新的对象时，总是需要重新获取原始对象的属性，如果创建的对象比较复杂时，效率较低

3) 总是需要重新初始化对象，而不是动态地获得对象运行时的状态, 不够灵活

4) 改进的思路分析思路：Java 中 Object 类是所有类的根类，Object 类提供了一个 clone()方法，该方法可以将一个 Java 对象复制一份，但是需要实现 clone 的 Java 类必须要实现一个接口 Cloneable，该接口表示该类能够复制且具有复制的能力 => 原型模式

4.4 原型模式-基本介绍

1) 原型模式(Prototype 模式)是指：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

2) 原型模式是一种创建型设计模式，允许一个对象再创建另外一个可定制的对象，无需知道如何创建的细节

3) 工作原理是:通过将一个原型对象传给那个要发动创建的对象，这个要发动创建的对象通过请求原型对象拷贝它们自己来实施创建，即对象.clone()

4) 形象的理解：孙大圣拔出猴毛，变出其它孙大圣

4.5 原型模式原理结构图-uml 类图

原理结构图说明

1) Prototype : 原型类，声明一个克隆自己的接口

2) ConcretePrototype: 具体的原型类, 实现一个克隆自己的操作

3) Client: 让一个原型对象克隆自己，从而创建一个新的对象(属性一样）

4.6 原型模式解决克隆羊问题的应用实例

使用原型模式改进传统方式，让程序具有更高的效率和扩展性。

代码演示

public class Sheep implements Cloneable {
	private String name;
	private int age;
	private String color;
	private String address = "蒙古羊";
	public Sheep friend; //是对象, 克隆是会如何处理
	public Sheep(String name, int age, String color) {
		super();
		this.name = name;
		this.age = age;
		this.color = color;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
	public void setName(String name) {
		this.name = name;
	}
	public int getAge() {
		return age;
	}
	public void setAge(int age) {
		this.age = age;
	}
	public String getColor() {
		return color;
	}
	public void setColor(String color) {
		this.color = color;
	}
	
	
	
	@Override
	public String toString() {
		return "Sheep [name=" + name + ", age=" + age + ", color=" + color + ", address=" + address + "]";
	}
	//克隆该实例，使用默认的clone方法来完成
	@Override
	protected Object clone()  {
		
		Sheep sheep = null;
		try {
			sheep = (Sheep)super.clone();
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			System.out.println(e.getMessage());
		}
		// TODO Auto-generated method stub
		return sheep;
	}
	
	
}

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println("原型模式完成对象的创建");
		// TODO Auto-generated method stub
		Sheep sheep = new Sheep("tom", 1, "白色");
		
		sheep.friend = new Sheep("jack", 2, "黑色");
		
		Sheep sheep2 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep3 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep4 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		Sheep sheep5 = (Sheep)sheep.clone(); //克隆
		
		System.out.println("sheep2 =" + sheep2 + "sheep2.friend=" + sheep2.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep3 =" + sheep3 + "sheep3.friend=" + sheep3.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep4 =" + sheep4 + "sheep4.friend=" + sheep4.friend.hashCode());
		System.out.println("sheep5 =" + sheep5 + "sheep5.friend=" + sheep5.friend.hashCode());
	}

}

4.7深入讨论-浅拷贝和深拷贝

4.7.1浅拷贝的介绍

1) 对于数据类型是基本数据类型的成员变量，浅拷贝会直接进行值传递，也就是将该属性值复制一份给新的对象。

2) 对于数据类型是引用数据类型的成员变量，比如说成员变量是某个数组、某个类的对象等，那么浅拷贝会进行引用传递，也就是只是将该成员变量的引用值（内存地址）复制一份给新的对象。因为实际上两个对象的该成员变量都指向同一个实例。在这种情况下，在一个对象中修改该成员变量会影响到另一个对象的该成员变量值

3) 前面我们克隆羊就是浅拷贝

4) 浅拷贝是使用默认的 clone()方法来实现 sheep = (Sheep) super.clone();

4.7.2深拷贝基本介绍

1) 复制对象的所有基本数据类型的成员变量值

2) 为所有引用数据类型的成员变量申请存储空间，并复制每个引用数据类型成员变量所引用的对象，直到该对象可达的所有对象。也就是说，对象进行深拷贝要对整个对象(包括对象的引用类型)进行拷贝

3) 深拷贝实现方式 1：重写 clone 方法来实现深拷贝 4) 深拷贝实现方式 2：通过对象序列化实现深拷贝(推荐)

4.7.2.1 深拷贝应用实例

1) 使用重写 clone 方法实现深拷贝

2) 使用序列化来实现深拷贝

3) 代码演示

public class DeepProtoType implements Serializable, Cloneable{
	
	public String name; //String 属性
	public DeepCloneableTarget deepCloneableTarget;// 引用类型
	public DeepProtoType() {
		super();
	}
	
	
	//深拷贝 - 方式 1 使用clone 方法
	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		
		Object deep = null;
		//这里完成对基本数据类型(属性)和String的克隆
		deep = super.clone(); 
		//对引用类型的属性，进行单独处理
		DeepProtoType deepProtoType = (DeepProtoType)deep;
		deepProtoType.deepCloneableTarget  = (DeepCloneableTarget)deepCloneableTarget.clone();
		
		// TODO Auto-generated method stub
		return deepProtoType;
	}
	
	//深拷贝 - 方式2 通过对象的序列化实现 (推荐)
	
	public Object deepClone() {
		
		//创建流对象
		ByteArrayOutputStream bos = null;
		ObjectOutputStream oos = null;
		ByteArrayInputStream bis = null;
		ObjectInputStream ois = null;
		
		try {
			
			//序列化
			bos = new ByteArrayOutputStream();
			oos = new ObjectOutputStream(bos);
			oos.writeObject(this); //当前这个对象以对象流的方式输出
			
			//反序列化
			bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
			ois = new ObjectInputStream(bis);
			DeepProtoType copyObj = (DeepProtoType)ois.readObject();
			
			return copyObj;
			
		} catch (Exception e) {
			// TODO: handle exception
			e.printStackTrace();
			return null;
		} finally {
			//关闭流
			try {
				bos.close();
				oos.close();
				bis.close();
				ois.close();
			} catch (Exception e2) {
				// TODO: handle exception
				System.out.println(e2.getMessage());
			}
		}
		
	}
	
}

public class Client {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		// TODO Auto-generated method stub
		DeepProtoType p = new DeepProtoType();
		p.name = "宋江";
		p.deepCloneableTarget = new DeepCloneableTarget("大牛", "小牛");
		
		//方式1 完成深拷贝
		
//		DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.clone();
//		
//		System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
//		System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
	
		//方式2 完成深拷贝
		DeepProtoType p2 = (DeepProtoType) p.deepClone();
		
		System.out.println("p.name=" + p.name + "p.deepCloneableTarget=" + p.deepCloneableTarget.hashCode());
		System.out.println("p2.name=" + p.name + "p2.deepCloneableTarget=" + p2.deepCloneableTarget.hashCode());
	
	}

}

4.8 原型模式的注意事项和细节

1) 创建新的对象比较复杂时，可以利用原型模式简化对象的创建过程，同时也能够提高效率

2) 不用重新初始化对象，而是动态地获得对象运行时的状态

3) 如果原始对象发生变化(增加或者减少属性)，其它克隆对象的也会发生相应的变化，无需修改代码

4) 在实现深克隆的时候可能需要比较复杂的代码

5) 缺点：需要为每一个类配备一个克隆方法，这对全新的类来说不是很难，但对已有的类进行改造时，需要修改其源代码，违背了 ocp 原则

5.建造者模式

5.1盖房项目需求

1) 需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶

2) 房子有各种各样的，比如普通房，高楼，别墅，各种房子的过程虽然一样，但是要求不要相同的.

3) 请编写程序，完成需求.

5.2传统方式解决盖房需求

1) 思路分析(图解)

2）代码演示

public abstract class AbstractHouse {
	
	//打地基
	public abstract void buildBasic();
	//砌墙
	public abstract void buildWalls();
	//封顶
	public abstract void roofed();
	
	public void build() {
		buildBasic();
		buildWalls();
		roofed();
	}
	
}

public class CommonHouse extends AbstractHouse {

	@Override
	public void buildBasic() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 普通房子打地基 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 普通房子砌墙 ");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 普通房子封顶 ");
	}

}

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		// TODO Auto-generated method stub
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		commonHouse.build();
	}

}

5.3 传统方式的问题分析

1) 优点是比较好理解，简单易操作。

2) 设计的程序结构，过于简单，没有设计缓存层对象，程序的扩展和维护不好. 也就是说，这种设计方案，把产品(即：房子) 和创建产品的过程(即：建房子流程) 封装在一起，耦合性增强了。

3) 解决方案：将产品和产品建造过程解耦 => 建造者模式.

5.4 建造者模式基本介绍

基本介绍

1) 建造者模式（Builder Pattern）又叫生成器模式，是一种对象构建模式。它可以将复杂对象的建造过程抽象出来（抽象类别），使这个抽象过程的不同实现方法可以构造出不同表现（属性）的对象。

2) 建造者模式是一步一步创建一个复杂的对象，它允许用户只通过指定复杂对象的类型和内容就可以构建它们，用户不需要知道内部的具体构建细节。

5.5 建造者模式的四个角色

1) Product（产品角色）：一个具体的产品对象。

2) Builder（抽象建造者）：创建一个 Product 对象的各个部件指定的接口/抽象类。

3) ConcreteBuilder（具体建造者）：实现接口，构建和装配各个部件。

4) Director（指挥者）：构建一个使用 Builder 接口的对象。它主要是用于创建一个复杂的对象。它主要有两个作用，一是：隔离了客户与对象的生产过程，二是：负责控制产品对象的生产过程。

5.6 建造者模式原理类图

5.7 建造者模式解决盖房需求应用实例

1) 需要建房子：这一过程为打桩、砌墙、封顶。不管是普通房子也好，别墅也好都需要经历这些过程，下面我们使用建造者模式(Builder Pattern)来完成

2) 思路分析图解(类图)

3）代码演示

//产品->Product
public class House {
	private String baise;
	private String wall;
	private String roofed;
	public String getBaise() {
		return baise;
	}
	public void setBaise(String baise) {
		this.baise = baise;
	}
	public String getWall() {
		return wall;
	}
	public void setWall(String wall) {
		this.wall = wall;
	}
	public String getRoofed() {
		return roofed;
	}
	public void setRoofed(String roofed) {
		this.roofed = roofed;
	}
	
}


// 抽象的建造者
public abstract class HouseBuilder {

	protected House house = new House();
	
	//将建造的流程写好, 抽象的方法
	public abstract void buildBasic();
	public abstract void buildWalls();
	public abstract void roofed();
	
	//建造房子好， 将产品(房子) 返回
	public House buildHouse() {
		return house;
	}
	
}


public class CommonHouse extends HouseBuilder {

	@Override
	public void buildBasic() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 普通房子打地基5米 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 普通房子砌墙10cm ");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 普通房子屋顶 ");
	}

}

public class HighBuilding extends HouseBuilder {

	@Override
	public void buildBasic() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 高楼的打地基100米 ");
	}

	@Override
	public void buildWalls() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 高楼的砌墙20cm ");
	}

	@Override
	public void roofed() {
		// TODO Auto-generated method stub
		System.out.println(" 高楼的透明屋顶 ");
	}

}

//指挥者，这里去指定制作流程，返回产品
public class HouseDirector {
	
	HouseBuilder houseBuilder = null;

	//构造器传入 houseBuilder
	public HouseDirector(HouseBuilder houseBuilder) {
		this.houseBuilder = houseBuilder;
	}

	//通过setter 传入 houseBuilder
	public void setHouseBuilder(HouseBuilder houseBuilder) {
		this.houseBuilder = houseBuilder;
	}
	
	//如何处理建造房子的流程，交给指挥者
	public House constructHouse() {
		houseBuilder.buildBasic();
		houseBuilder.buildWalls();
		houseBuilder.roofed();
		return houseBuilder.buildHouse();
	}

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		
		//盖普通房子
		CommonHouse commonHouse = new CommonHouse();
		//准备创建房子的指挥者
		HouseDirector houseDirector = new HouseDirector(commonHouse);
		
		//完成盖房子，返回产品(普通房子)
		House house = houseDirector.constructHouse();
		
		//System.out.println("输出流程");
		
		System.out.println("--------------------------");
		//盖高楼
		HighBuilding highBuilding = new HighBuilding();
		//重置建造者
		houseDirector.setHouseBuilder(highBuilding);
		//完成盖房子，返回产品(高楼)
		houseDirector.constructHouse();
		
		
		
	}
}

5.8 建造者模式的注意事项和细节

1) 客户端(使用程序)不必知道产品内部组成的细节，将产品本身与产品的创建过程解耦，使得相同的创建过程可以创建不同的产品对象

2) 每一个具体建造者都相对独立，而与其他的具体建造者无关，因此可以很方便地替换具体建造者或增加新的具体建造者，用户使用不同的具体建造者即可得到不同的产品对象

3) 可以更加精细地控制产品的创建过程。将复杂产品的创建步骤分解在不同的方法中，使得创建过程更加清晰，也更方便使用程序来控制创建过程

4) 增加新的具体建造者无须修改原有类库的代码，指挥者类针对抽象建造者类编程，系统扩展方便，符合“开闭原则”

5) 建造者模式所创建的产品一般具有较多的共同点，其组成部分相似，如果产品之间的差异性很大，则不适合使用建造者模式，因此其使用范围受到一定的限制。

6) 如果产品的内部变化复杂，可能会导致需要定义很多具体建造者类来实现这种变化，导致系统变得很庞大，因此在这种情况下，要考虑是否选择建造者模式.

7) 抽象工厂模式 VS 建造者模式抽象工厂模式实现对产品家族的创建，一个产品家族是这样的一系列产品：具有不同分类维度的产品组合，采用抽象工厂模式不需要关心构建过程，只关心什么产品由什么工厂生产即可。而建造者模式则是要求按照指定的蓝图建造产品，它的主要目的是通过组装零配件而产生一个新产品。

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