GOF23(java设计模式)--创建型模式

单例模式、简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、建造者模式、原型模式

一、单例模式
作用：保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点。
五种写法：饿汉模式、懒汉模式、双重检测锁、静态内部类实现延迟加载、枚举类实现单例（不细讲了，具体参考我的另一篇文章https://www.jianshu.com/p/e86833bee429）
二、简单工厂模式
2.1、作用：用来生产同一等级结构中的任意产品。（对于增加新的产品，需要修改已有代码）
2.2、缺点：对于增加新产品无能为力！不修改代码的话，是无法扩展的，不完全满足开闭原则（如下面的例子，如果再增加华为电脑，则必须修改工厂类的代码）
2.3、UML图：

简单工厂模式.png

2.4、示例：

//电脑接口
public interface Computer {
    public void play();
}
//联想电脑类
class LenovoComputer implements Computer{
    public void play() {
        System.out.println("我是联想电脑");
    }
}
//苹果电脑类
class MacComputer implements Computer{
    public void play() {
        System.out.println("我是苹果电脑");
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//简单工厂类，类方法一般为静态的，所以也称为静态工厂
public class SimpleFactory {
    public static Computer createComputer(String type){
        if(type.equalsIgnoreCase("mac")){
            return new MacComputer();
        }else{
            return new LenovoComputer();
        }
    }
    
    public static Computer createLenovoComputer(){
        return new LenovoComputer();
    }
    
    public static Computer createMacComputer(){
        return new MacComputer();
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
        Computer c1 = simpleFactory.createComputer("mac");
        Computer c2 = simpleFactory.createLenovoComputer();
        c1.play();
        c2.play();
    }
}

三、工厂方法模式
3.1、作用：为了避免简单工厂模式的缺点，不完全满足开闭原则，而设计的。工厂方法模式和简单工厂模式最大的不同在于，简单工厂模式只有一个（对于一个项目或者一个独立模块而言）工厂类，而工厂方法模式有一组实现了相同接口的工厂类
3.2、缺点：除了是满足开闭原则外，从结构复杂度、代码复杂的、客户端编程难度、管理上的难度上看，工厂方法相比简单工厂都要复杂，所以实际上，我们一般只会用简单工厂，很少会用到工厂方法模式
3.3、UML图：


工厂方法模式.png

3.4、示例：

//电脑接口
public interface Computer {
    public void play();
}
//联想电脑类
class LenovoComputer implements Computer{
    public void play() {
        System.out.println("我是联想电脑");
    }
}
//苹果电脑类
class MacComputer implements Computer{
    public void play() {
        System.out.println("我是苹果电脑");
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//工厂接口
public interface FactoryMethod {
    public Computer createComputer();
}
//联想工厂
class LenovoComputerFactory implements FactoryMethod{
    public Computer createComputer() {
        return new LenovoComputer();
    }
}
//苹果工厂
class MacComputerFactory implements FactoryMethod{
    public Computer createComputer() {
        return new MacComputer();
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        FactoryMethod factory1  = new LenovoComputerFactory();
        FactoryMethod factory2  = new MacComputerFactory();
        LenovoComputer c1 = (LenovoComputer) factory1.createComputer();
        MacComputer c2 = (MacComputer) factory2.createComputer();
        c1.play();
        c2.play();
    }
}

结论：由此看出，如果再加入一个华为的电脑，只需加入一个华为电脑的类和一个华为电脑工厂就可以了，不需要修改之前的任何代码，因此满足了开闭原则

四、抽象工厂模式
4.1、作用：用来生产不同产品族的全部产品，在有多个业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象是一种非常好的解决方式。
4.2、缺点：对于增加新的产品，无能为力；支持增加产品族（如在下面例子中，若再加入华为电脑，则需要新增华为电脑工厂类，并要修改每一个配件类，去新增产品配件，因此就不能满足开闭原则了）
4.3、UML图：


抽象工厂模式.png

4.4、示例：

//电脑类
public class Computer {
    private Engine engine;
    private Keyboard keyboard;
    private Mouse mouse;
    public Engine getEngine() {
        return engine;
    }
    public void setEngine(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }
    public Keyboard getKeyboard() {
        return keyboard;
    }
    public void setKeyboard(Keyboard keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
    public Mouse getMouse() {
        return mouse;
    }
    public void setMouse(Mouse mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }
    public void play(){
        System.out.println(engine.getName()+keyboard.getName()+mouse.getName());
    };
}
//引擎类（为了简洁，此处没有用到接口，直接用名字代表不同的对象）
class Engine{
    private String name;
    public Engine(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//键盘类（为了简洁，此处没有用到接口，直接用名字代表不同的对象）
class Keyboard{
    private String name;
    public Keyboard(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//鼠标类（为了简洁，此处没有用到接口，直接用名字代表不同的对象）
class Mouse{
    private String name;
    public Mouse(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//抽象工厂接口
public interface AbstractFactory {
    public Computer createComputer();
}
//联想电脑工厂
class LenovoComputerFactory implements AbstractFactory{
    public Computer createComputer() {
        Computer c = new Computer();
        c.setEngine(new Engine("联想CPU"));
        c.setKeyboard(new Keyboard("联想键盘"));
        c.setMouse(new Mouse("联想鼠标"));
        return c;
    }
}
//苹果电脑工厂
class MacComputerFactory implements AbstractFactory{
    public Computer createComputer() {
        Computer c = new Computer();
        c.setEngine(new Engine("苹果CPU"));
        c.setKeyboard(new Keyboard("苹果键盘"));
        c.setMouse(new Mouse("苹果鼠标"));
        return c;
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory Lenovofactory = new LenovoComputerFactory();
        AbstractFactory Macfactory = new MacComputerFactory();
        Computer LenovoComputer = Lenovofactory.createComputer();
        Computer MacComputer = Macfactory.createComputer();
        LenovoComputer.play();
        MacComputer.play();
    }
}

五、建造者模式
5.1、作用：分离了对象子组件的单独构造(由Builder来负责)和装配(由Director负责)。 从而可以构造出复杂的对象。这个模式适用于：某个对象的构建过程复杂的情况下使用。由于实现了构建和装配的解耦。不同的构建器，相同的装配，也可以做出不同的对象；相同的构建器，不同的装配顺序也可以做出不同的对象。也就是实现了构建算法、装配算法的解耦，实现了更好的复用。
5.2、UML图：


建造者模式.png

5.3、示例：

//电脑类
public class Computer {
    private Engine engine;
    private Keyboard keyboard;
    private Mouse mouse;
    public Engine getEngine() {
        return engine;
    }
    public void setEngine(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }
    public Keyboard getKeyboard() {
        return keyboard;
    }
    public void setKeyboard(Keyboard keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
    public Mouse getMouse() {
        return mouse;
    }
    public void setMouse(Mouse mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }
    public void play(){
        System.out.println(engine.getName()+keyboard.getName()+mouse.getName());
    };
}
//引擎类
class Engine{
    private String name;
    public Engine(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//键盘类
class Keyboard{
    private String name;
    public Keyboard(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//鼠标类
class Mouse{
    private String name;
    public Mouse(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//电脑构建接口
public interface ComputerBuilder {
    public Engine createEngine();
    public Keyboard createKeyBoard();
    public Mouse createMouse();
}
class realComputerBuilder implements ComputerBuilder{
    public Engine createEngine() {
        return new Engine("联想CPU");
    }
    public Keyboard createKeyBoard() {
        return new Keyboard("苹果键盘");
    }
    public Mouse createMouse() {
        return new Mouse("华为鼠标");
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//电脑组装接口
public interface ComputerDirector {
    public Computer computerDirector(ComputerBuilder computerBuilder);
}
class realComputerDirector implements ComputerDirector{
    public Computer computerDirector(ComputerBuilder computerBuilder) {
        Computer c = new Computer();
        c.setEngine(computerBuilder.createEngine());
        c.setKeyboard(computerBuilder.createKeyBoard());
        c.setMouse(computerBuilder.createMouse());
        return c;
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
//客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ComputerBuilder computerBuilder = new realComputerBuilder();
        ComputerDirector computerDirector = new realComputerDirector(); 
        Computer c =computerDirector.computerDirector(computerBuilder);
        System.out.println(c.getEngine().getName()+""+c.getKeyboard().getName()+""+c.getMouse().getName()+"");
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
总结：如上代码，如果要生产不同型号的配件，只需要创建一个新的构造器类，需要组装成不同型号的电脑也只需要创建一个新的组黄器类，不需要修改之前的代码

六、原型模式（prototype）
6.1、作用：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。它本身就是java中的克隆技术，以某个对象为原型，复制出新的对象。显然，新的对象具备原型对象的特点。优势有：效率高(直接克隆，避免了重新执行构造过程步骤) 。克隆类似于new，但是不同于new。new创建新的对象属性采用的是默认值。克隆出的对象的属性值完全和原型对象相同。并且克隆出的新对象改变不会影响原型对象。然后，再修改克隆对象的值。
6.2、重要知识点：克隆问题（浅克隆和深克隆，此处不详说，请另行查看我的文章：https://www.jianshu.com/p/d2783a7cf031）
6.3、UML图：

原型模式.png

6.4、示例：

//电脑类
public class Computer implements Serializable{
    private Engine engine;
    private Keyboard keyboard;
    private Mouse mouse;
    public Engine getEngine() {
        return engine;
    }
    public void setEngine(Engine engine) {
        this.engine = engine;
    }
    public Keyboard getKeyboard() {
        return keyboard;
    }
    public void setKeyboard(Keyboard keyboard) {
        this.keyboard = keyboard;
    }
    public Mouse getMouse() {
        return mouse;
    }
    public void setMouse(Mouse mouse) {
        this.mouse = mouse;
    }
    public void play(){
        System.out.println(engine.getName()+keyboard.getName()+mouse.getName());
    };
}
//引擎类
class Engine implements Serializable{
    private String name;
    public Engine(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//键盘类
class Keyboard implements Serializable{
    private String name;
    public Keyboard(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//鼠标类
class Mouse implements Serializable{
    private String name;
    public Mouse(String name){this.name=name;}
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
public class ComputerClone {
    public Computer clone(Computer c){
        Computer c2 =null;
        try {
            ByteArrayOutputStream bas =new ByteArrayOutputStream();
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bas);
            oos.writeObject(c);
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bas.toByteArray()));
            c2 =(Computer) ois.readObject();
            bas.flush();oos.flush();
            bas.close();oos.close();
            ois.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return c2;
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ComputerClone computerClone = new ComputerClone();
        Computer c = new Computer();
        c.setEngine(new Engine("华为CPU"));
        c.setKeyboard(new Keyboard("联想键盘"));
        c.setMouse(new Mouse("苹果鼠标"));
        Computer c2 = computerClone.clone(c);
        System.out.println(c);
        System.out.println(c2);
        System.out.println(c2.getEngine().getName()+""+c2.getKeyboard().getName()+""+c2.getMouse().getName()+"");
    }
}
--------------------------------------------------------------------------------
结果：
com.primeton.GOF23.prototype.Computer@6727734f
com.primeton.GOF23.prototype.Computer@7176c74b
华为CPU联想键盘苹果鼠标
--------------------------------------------------------------------------------
总结：通过结果可以看到克隆出来的对象是一个新对象，但其中属性与原型对象一致，整个新对象产生的过程很简单，效率高(直接克隆，避免了重新执行构造过程步骤)
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