在项目开发的过程中，我们经常会遇到需要按照一定的步骤创建对象的需求，并且这个对象由多个子部件组成。例如一台完整的现代计算机硬件系统通常由：CPU、主板、内存条、硬盘、显卡、外设组装而成，用户通常选好需求配置就可以向电脑公司购买，而不需要用户亲自组装计算机，用户也无需关心内部的实现。在软件开发中，我们称这样的模式为建造者模式。这里以一个通俗易懂的例子引入，下文将详细讲解建造者模式以及其在软件开发中的具体应用。

> PS: 如果有阅读我前面的几篇文章会发现我文章的特点：例子都会以软件中的实际问题进行讲解，而不是随便举一个生活中的例子。

建造者模式 #

建造者（Builder）模式定义：建造者模式是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。建造者模式隐藏了复杂对象的创建过程，它把复杂对象的创建过程加以抽象，通过子类继承或者重载的方式，动态地创建具有复合属性的对象。

 建造者模式与工厂模式的区别 

建造者模式与工厂模式同为创建型模式，区别主要体现在以下几个方面：

- 建造者模式的关注点在类的组合，而工厂模式的关注点则是在类的创建。
- 创建对象的力度不同：建造者创建更复杂的对象，对象通常由多个部件组成，而工厂模式创建出的对象结构基本相同。
- 建造者模式构建对象具有顺序区别，不同顺序创建出来的对象大不相同。工厂模式创建的对象无法体现出顺序区别。

 建造者模式的组成结构 

建造者模式的结构如下：

1. 产品（Product）：建造者模式的产品是由多个部件组合而成的复杂对象。将由具体的建造者来创建其各个部件。
2. 抽象的建造者（Builder）：抽象建造者包含创建产品各个部件的抽象方法/接口，还准备了用于生成实例的方法。
3. 具体的建造者（ConcreteBuilder）：具体建造者负责实现由抽象建造者提供的接口。在具体的建造者中定义了各个部件实例的具体创建方法。此外，具体的建造者通常还会提供获取最终生成结果的方法。
4. 监工(导演-Director)：监工就像电影中的导演一样，指挥建造者完成复杂对象的构建。监工不直接关注产品的任何实现，它仅负责调用建造者对象中的方法完成对象创建。

 实际应用场景 

建造者模式在软件开发中的实际应用场景举例：

- 分页参数的构建：在实际项目中，我们通常需要使用分页来控制一页显示的数据。在分页返回的信息时，我们通常要返回给前端如下信息：当前页，一页显示多少内容，数据条目总计，总共分了多少页，下一页是第几页....等信息。这时，我们就很适合使用建造者模式来将这些信息按照一定的顺序构建出来，并一同返回。
- 数据库语句的拼接：在早些时候，ORM对象关系映射模型还没出现，我们操作SQL语句通常都使用字符串进行拼接，但这可能造成SQL注入漏洞的产生。所以，早些时候，我们使用建造者模式进行数据库SQL语句的构建，通过SqlBuilder拼接出复杂的语句，再提交给数据库进行执行。使用建造者模式拼接SQL语句而不是直接使用字符串拼接有助于防止注入漏洞的产生。

...

 示例 

在本节中，我们将动手实现一个ToStringBuilder，来满足将Java实体类中的成员变量转换为字符串拼接起来并输出。

我们首先准备好一个用户实体类：

User.java

`java
package com.yeliheng.builder;

/
 * 用户实体类
 */
public class User {

    private String username; //用户名

    private String password; //密码

    private String nickname; //昵称

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    public String getPassword() {
        return password;
    }

    public void setPassword(String password) {
        this.password = password;
    }

    public String getNickname() {
        return nickname;
    }

    public void setNickname(String nickname) {
        this.nickname = nickname;
    }
}
`

在上述实体类中，我们声明了用户名、密码、昵称三个成员变量。这时候，如果我们直接用toString()方法将这个类输出，输出结果如下所示：

!output.png

这显然不是我们预期的结果。这时，我们开始使用建造者模式将输出改造成预期结果。

我们创建一个抽象建造者Builder类。

Builder.java

`java

package com.yeliheng.builder;

public interface Builder {
    String append(User user);
}

`

抽象建造者类中提供了append方法，即将字符串进行拼接的方法。

接着，我们创建具体的建造者：ToStringBuilder.java

`java

package com.yeliheng.builder;

public class ToStringBuilder implements Builder{
    @Override
    public String append(User user) {
        StringBuffer buffer = new StringBuffer();
        buffer.append("用户名: " + user.getUsername() + "\n");
        buffer.append("密码: " + user.getPassword() + "\n");
        buffer.append("昵称: "+ user.getNickname() + "\n");
        return buffer.toString();
    }
}

`

在ToStringBuilder中，我们实现了append方法，将具体用户实体类中的用户名，密码以及昵称全部转换为String字符串，并通过StringBuffer进行拼接。

最后，我们开始使用具体的建造者。

Main.java

`java
package com.yeliheng.builder;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User();
        user.setUsername("yeliheng");
        user.setPassword("123456");
        user.setNickname("测试用户");
        System.out.println(user.toString());
    }
}
`
最终程序的输出结果如下：

!output.png

 对实例的引申 

我们使用建造者模式重写了内置的toString()方法，实现了用户实体类的输出。在本例中，User实体类充当了监工（导演）的角色，实体类中的toString()方法调用了ToStringBuilder的append()方法，User并不知道append()方法具体是怎样拼接字符串的，也无需知道。

在实际开发中，我们常常有类似本例的拼接字符串的需求，其实不需要自己实现，org.apache.commons.lang3就提供了一系列的工具类。其中，工具类大量使用了Builder模式，也是本例的来源。上述这个例子只是简单地实现了ToStringBuilder，实际的ToStringBuilder并没有这么简单。在真正的ToStringBuilder中，我们不能将实体类写死，而是需要动态地传入，并且ToStringBuilder返回的是自己的实例，以便于多次调用append()方法。它需要处理各种风格的输出以及对各种传入的数据类型进行处理。下图展示部分ToStringBuilder的真实代码作为了解，感兴趣的同学可以将工具包引入自行研究。

ToStringBuilder中的append方法: 

!WX20220214-215602@2x.png

ToStirngStyle中的append方法: 

!WX20220214-215650@2x.png

使用:

`java
@Override
public String toString() {
    return new ToStringBuilder(this, ToStringStyle.JSON_STYLE)
        .append("用户名", getUsername())
        .append("密码", getPassword())
        .append("昵称", getNickname())
        .toString();
}
`

继续回到我们的建造者模式，我们来分析一下建造者模式的优缺点：

 建造者模式的优缺点 

 优点 

- 良好的封装性：可以将构建与表示分离。这也是建造者模式的核心定义。
- 良好的拓展性：建造者之间相互独立，有利于降低系统的耦合性，提高可拓展性。
- 使用者无需知道类的组成部分，建造者可对产品创建的步骤进行封装，不会影响其他模块的创建，这也提高了系统的内聚性。

 缺点 

- 一个类的组成如果发生了修改，则建造者也要同步修改。

总结 #

本文详细介绍了建造者模式，及其在实际开发中的应用场景，并且引出了apache工具类的实现。有助于深入理解建造者模式。

本文实例的完整代码参见：Github

建造者模式同样属于创建型模式，当你需要按照一定的步骤组装对象时，建造者模式能帮你解决问题。本文将以Java为例，带你重温GoF设计模式之建造者模式，并深入理解建造者模式及其应用场景。

Java设计模式再相识 (五)——建造者模式

上节我们详细介绍了工厂方法模式，解决了复杂对象的创建问题。这次，我们的需求再次升级，我们需要生成具有层级关系的具体产品，并且同一层级具有由多个具体工厂生产的具体产品。对比工厂方法模式，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

抽象工厂模式 #

抽象工厂（Abstract Factory）模式：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们具体的类。抽象工厂模式又称为Kit模式，同样属于对象创建型模式。

抽象工厂模式的结构与工厂方法类似，只不过在原有的基础上拓展了层级概念。

- 抽象工厂（AbstractFactory）：提供了产品的抽象类或接口。
- 具体工厂（ConcreteFactory）：具体的创建类，实现具体生产产品的方法。
- 抽象产品（Product）：产品的抽象创建类。
- 具体产品（ConcreteProduct）：将抽象产品进行实现。

 实际应用场景 

换行符：在不同操作系统中，换行符也各有不同。像在Windows下，换行符是\r\n，而在Linux下则是\n。在这个场景中，操作系统充当一个超级工厂角色，Windows和Linux则是超级工厂下的具体工厂，换行符则是它们生产的具体产品。

数据库：不同的数据库有自己的数据库方言，但它们的基础都是SQL语言。

...

 示例 

在本文中，与上篇一样，我们还是采用日志工厂进行举例。

在抽象日志工厂中，我们有一个超级工厂，也就是日志工厂。日志工厂下面有两个小工厂，分别是Log4j工厂和Logback工厂，这两个工厂可以生产出不同风格的日志。同时我们日志的产品有：直接输出到控制台的日志，写入文件的日志。两个工厂实现日志的逻辑各不相同。下面我们开始写具体的代码。

首先我们先来创建超级工厂类。

Factory.java

`java

package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * 超级工厂
 */
public interface Factory {

    public ConsoleLogger consoleLogger();

    public FileLogger fileLogger();

}

`

超级工厂类中提供了两个接口：分别是控制台日志接口和文件接口。它告诉下面的工厂，只能生产这两种接口规范的产品。具体怎么进行生产，超级工厂并不关心。

然后，我们创建两家工厂，分别是Log4j工厂和Logback工厂。

Log4jFactory.java

`java

package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * Log4j工厂
 */
public class Log4jFactory implements Factory{
    @Override
    public ConsoleLogger consoleLogger() {
        return new Log4jConsoleLogger();
    }

    @Override
    public FileLogger fileLogger() {
        return new Log4jFileLogger();
    }
}

`

LogbackFactory.java

`java

package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * Logback工厂
 */
public class LogbackFactory implements Factory{

    @Override
    public ConsoleLogger consoleLogger() {
        return new LogbackConsoleLogger();
    }

    @Override
    public FileLogger fileLogger() {
        return new LogbackFileLogger();
    }
}

`

在这两家工厂中，我们实现了超级工厂提供的两个方法，并让其返回自身生产的具体产品类。

我们先来实现抽象的产品类。

ConsoleLogger.java

`java
package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * 抽象产品类: 控制台日志
 */
public interface ConsoleLogger{

    //日志级别

    void debug(String text);

    void info(String text);

    void warning(String text);

    void error(String text);

}

`

FileLogger.java

`java

package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * 抽象产品类: 文件日志
 */
public interface FileLogger{

    //日志级别
    void debug(String text);

    void info(String text);

    void warning(String text);

    void error(String text);
}

`

这两个抽象产品类都提供了四种不同级别的日志输出，分别是debug，info，warning，error。你会发现它们内容相同。在实际开发中，我们需要根据实际需求对其代码进行修改。这里为了方便演示与理解，仅仅通过名字和输出来区别“输出到控制台的日志”和“输出到文件的日志”，并没有真正使用文件流来将日志保存到磁盘。

现在，我们可以开始实现具体的产品类了。

Log4jConsoleLogger.java

`java
package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * 具体产品类
 */
public class Log4jConsoleLogger implements ConsoleLogger{
    @Override
    public void debug(String text) {

    }

    @Override
    public void info(String text) {
        System.out.println("--[INFO]-- Log4j输出的[控制台]日志: " + text);
    }

    @Override
    public void warning(String text) {

    }

    @Override
    public void error(String text) {

    }
}

`

Log4jFileLogger.java

`java
package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

/
 * 具体产品类
 */
public class Log4jFileLogger implements FileLogger{
    @Override
    public void debug(String text) {

    }

    @Override
    public void info(String text) {
        System.out.println("--[INFO]-- Log4j输出的[文件]日志: " + text);
    }

    @Override
    public void warning(String text) {

    }

    @Override
    public void error(String text) {

    }
}

`
在具体产品类中，我们通过输出风格的不同来区别是Log4j工厂还是Logback工厂生产的产品。
LogbackConsoleLogger.java和LogbackFileLogger.java的内容与Log4j的具体产品内容基本相同，仅仅只有输出的不同。完整的代码可前往Github获取。

准备好了工厂和产品，这个时候客户来了。客户要开始使用工厂生产出来的产品了。

我们开始编写Main类，以便于使用我们刚才写好的代码，让工厂开始工作。

Main.java

`java

package com.yeliheng.factory.abstractfactory;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Factory log4jFactory = new Log4jFactory();
        ConsoleLogger consoleLogger = log4jFactory.consoleLogger();
        consoleLogger.info("测试日志");

        FileLogger fileLogger = log4jFactory.fileLogger();
        fileLogger.info("文件测试");

        Factory logbackFactory = new LogbackFactory();
        ConsoleLogger consoleLogger1 = logbackFactory.consoleLogger();
        consoleLogger1.info("测试日志");

        FileLogger fileLogger1 = logbackFactory.fileLogger();
        fileLogger1.info("文件测试");

    }
}

`

在Main方法中，我们分别对两家工厂生产的同一级别的四种产品进行测试。最后我们查看运行结果。

!output.png

从运行结果可以看出，两家日志工厂都正确地输出了各自生产的日志，这就是抽象工厂模式的具体实现。

 抽象工厂模式的优缺点 

优点：
- 能够生成复杂的，多个层级的产品结构。
- 隔离了具体类的生成：系统不用关心具体产品如何创建，组合。这在项目开发中能够维持良好的拓展性。

缺点：
- 层级较为复杂带来的就是系统复杂性的提高。
- 开闭原则的倾斜性：增加新的工厂和产品等级结构容易，增加新的同级的产品需要改变工厂代码。

总结 #

抽象工厂模式在简单工厂和工厂方法的基础上进行升级，最重要的是类层级结构的产生，可以使调用者无需关心什么对象被创建，提高系统的内聚性。

本例完整的源码可参见: Github

在复杂项目中，如何优雅地生成多个等级的对象？本文将以Java为例，带你重温GoF设计模式之抽象工厂模式，并深入理解抽象工厂模式及其应用场景。

Java设计模式再相识 (四)——抽象工厂(Abstract Factory)模式

在项目的开发中，我们经常会遇到需要创建复杂对象的场景，例如一个参数繁多的类的构造函数。这时如果我们不使用任何设计模式进行开发，项目将变得十分复杂，面对常常变动的需求，我们可能需要一个一个修改参数，并在任何引用该类的地方都做一次修改，最后只会变得乱成一团无法维护。那么该如何解决这个问题呢？

答案是使用工厂模式。在需要创建复杂对象，并频繁使用时，我们就可以选择工厂模式。

工厂模式的三种实现形式 #

工厂模式有三种实现形式

- 简单工厂（静态工厂）
- 工厂方法（本节核心）
- 抽象工厂

> 注：简单工厂并不算在GoF 23种设计模式中

本节，我们将深入理解工厂方法模式及其应用。

简单工厂（静态工厂） #

在介绍工厂方法模式之前，我先对简单工厂进行介绍。在简单工厂模式中，创建实例的方法通常为静态方法，因此简单工厂模式又被成为静态工厂方法。简单工厂只有一个具体的工厂类，专门用于生产特定专一的产品，在需要生产多种产品时，需要将多个产品定义到同一个工厂中进行生产。简单工厂名副其实，十分简单。这样的好处就是产品创建方便，客户直接提需求，工厂直接实现，不需要经过任何产品线。但问题也来了，在需要大量创建不同产品时，简单工厂就会变得“不堪重负”。回归到软件中，简单工厂会增加系统的复杂性，在多个产品的情况下，单个类职责过重，软件将变得难以维护。每增加一个产品就要增加一个工厂类，违背了“开闭原则”。

 简单工厂的示例 

我们有苹果树和梨树和一家工厂，这家工厂要负责将水果树上的所有水果都摘下来。

`java

package com.yeliheng.factory.simplefactory;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Apple apple = (Apple) SimpleFactory.make(0);
        Banana banana = (Banana) SimpleFactory.make(1);
        apple.show();
        banana.show();
    }

    //水果产品
    public interface Fruit {
        void show();
    }

    //具体产品
    static class Apple implements Fruit {
        public void show() {
            System.out.println("苹果树上长苹果...");
        }
    }

    //具体产品
    static class Banana implements Fruit {
        public void show() {
            System.out.println("香蕉树上长香蕉...");
        }
    }

    //工厂生产
    static class SimpleFactory {
        public static Fruit make(int kind) {
            switch (kind) {
                case 0:
                    return new Apple();
                case 1:
                    return new Banana();
            }
            return null;
        }
    }
}

`

通过代码示例我们可以看到每生产一种具体的水果，就要定义一个新的静态产品类让水果能被工厂生产。工厂类的代码将会随着产品的增加越来越复杂。

为了解决这个问题，工厂方法（Factory Method）模式出现了。

工厂方法 #

工厂方法模式在简单工厂模式的基础上进一步抽象，可以使系统拓展新的具体类时，原来的工厂代码不必修改，满足开闭原则。拓展新的需求，创建新产品，只需要在原来的基础上增加一个工厂类，这样就可以有多个工厂为我们服务。并且上层应用只需了解抽象的产品类，无需对其他类进行拓展。这也同时满足了迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。但工厂方法模式同样存在缺点。它将会让工厂类数目繁多，降低系统代码的可读性。并且在抽象产品中，只能产出一种具体产品。（这个问题可以使用抽象工厂解决，下节介绍）。

工厂方法模式由以下结构组成：

- 抽象工厂（AbstractFactory）：提供了产品的抽象类或接口。
- 具体工厂（ConcreteFactory）：具体的创建类，实现具体生产产品的方法。
- 抽象产品（Product）：产品的抽象创建类。
- 具体产品（ConcreteProduct）：将抽象产品进行实现。

 实际应用场景 

- 日志工厂
- 文件存储
...

 示例 

我们来实现一个日志工厂，该日志工厂具有以下三个功能：
1. 打印日志到控制台
2. 打印日志到文件

我们按照上文所述的结构一一实现工厂方法：

1. 抽象产品

Logger.java

`java

package com.yeliheng.factory.factorymethod;

/
 * 日志产品的抽象
 */
public interface Logger {
    //日志级别
    void debug();

    void info();

    void warning();

    void error();

}

`

我们在抽象产品中定义了四个产品接口，可对应四种不同级别的日志。

2. 抽象工厂

LoggerFactory.java

`java

package com.yeliheng.factory.factorymethod;

public interface LoggerFactory {
    Logger getLogger();
}

`

在抽象工厂中，我们去使用Logger，定义一个getLogger()方法来便于待会具体工厂获取Logger实例。

3. 具体产品

我们实现两个具体产品类，一个是输出到控制台的产品类，一个是输出到文件的产品类。这里为了代码的简洁，就不详细地写出输出到文件的逻辑，仅使用输出进行简单举例。

ConsoleLogger.java

`java
package com.yeliheng.factory.factorymethod;

public class ConsoleLogger implements Logger{
    @Override
    public void debug() {

    }

    @Override
    public void info() {
        System.out.println("[INFO] 这条日志被输出到[控制台]");
    }

    @Override
    public void warning() {

    }

    @Override
    public void error() {

    }
}
`

FileLogger.java

`java
package com.yeliheng.factory.factorymethod;

public class FileLogger implements Logger{
    @Override
    public void debug() {

    }

    @Override
    public void info() {
        System.out.println("[INFO] 这条日志被输出到[文件]");
    }

    @Override
    public void warning() {

    }

    @Override
    public void error() {

    }
}

`

4. 实现具体的工厂

ConsoleLoggerFactory.java

`java
package com.yeliheng.factory.factorymethod;

/
 * 具体工厂
 */
public class ConsoleLoggerFactory implements LoggerFactory{
    @Override
    public Logger getLogger() {
        return new ConsoleLogger();
    }
}
`

我们重写了实现了抽象工厂：LoggerFactory，并重写了getLogger方法，让其返回一个ConsoleLogger实例。

FileLoggerFactory.java

`java

package com.yeliheng.factory.factorymethod;

public class FileLoggerFactory implements LoggerFactory{
    @Override
    public Logger getLogger() {
        return new FileLogger();
    }
}

`

原理相同。

5. 最后，我们可以开始使用我们通过工厂方法模式创建的日志工厂了。

Main.java

`java
package com.yeliheng.factory.factorymethod;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //输出到控制台
        LoggerFactory consoleLoggerFactory = new ConsoleLoggerFactory();
        Logger logger1 = consoleLoggerFactory.getLogger();
        logger1.info();
        //输出到文件
        LoggerFactory fileLoggerFactory = new FileLoggerFactory();
        Logger logger2 = fileLoggerFactory.getLogger();
        logger2.info();

    }
}

`
可以看到最终输出如下：

!output.png

细心的你可能会发现，这个写法与slf4j日志库的写法十分相似。没错，查看slf4j源码可以发现，其使用了大量工厂模式实现强大的日志框架。

小结 #

到此，我们使用工厂方法模式完成了一个简单的日志工厂，下节我们将使用抽象方法模式继续完善本节的例子。

源码参考：Github

在项目中，如何做到对象的创建与使用分离？本文将以Java为例，带你重温GoF设计模式之工厂方法模式，并深入理解工厂方法模式及其应用场景。

Java设计模式再相识 (三)——工厂方法(Factory Method)模式

当你的系统存在相同或者相似对象需要创建，你可能会想到使用new 对象名() 来创建。但如果你的系统存在大量相同对象需要创建时，这样做会显得效率低下，并且代码将杂乱无章，你需要在构造函数中使用大量类名来进行实例化。这时，我们可以采用原型模式来进行优化，提高执行效率。例如复印机只需要简单的配置就可以复印出大量材料，这就是典型的原型模式的体现。

原型模式介绍 #

原型(Prototype)：用一个已经创建的“原型对象”进行复制，得出与原型相同或者相似的新对象。原型模式和上节的单例模式同样属于创建型模式。它很少单独使用，经常与其他设计模式配合使用（例如：它可以与Command命令模式配合使用，便于复制Command模式中出现的命令）。但作为基础，我们也必须掌握原型模式。

应用场景 #

我相信你最关心什么时候需要用到原型模式，这里我列举出几种可以使用原型模式的场景供你参考：

- 相同或相似对象繁多，无法将他们整合到唯一一个类中。
- 一个类调用了另外一个类，两个类之间存在耦合，你想把他们解耦，在不修改另一个类的情况下改变职责。
- 难以根据类来生成实例时。

 举例 

下面我们来根据一个实际的例子实现原型模式。

例子：假设你有一台打印机，它可以为你打印大量的文件，并且支持各种纸张的样式。现在，你需要让它为你打印大量A4和A3版本的Hello,World。请使用原型模式实现它。

首先我们定义打印机原型：

Printer.java

`java
package com.yeliheng.prototype;

/
 * 打印机原型
 */
public class Printer implements Cloneable {

    private String paperType; //纸张类型

    private String content; //打印内容

    public Printer(String paperType, String content) {
        this.paperType = paperType;
        this.content = content;
        System.out.println("打印机准备就绪！");
    }

    public String getPaperType() {
        return paperType;
    }

    public void setPaperType(String paperType) {
        this.paperType = paperType;
    }

    public String getContent() {
        return content;
    }

    public void setContent(String content) {
        this.content = content;
    }

    public void display() {
        System.out.println(" 纸张类型: " + paperType + " \n 打印内容: " + content);
    }

    @Override
    public Printer clone() {
        try {
            return (Printer) super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new AssertionError();
        }
    }
}
`

Printer原型的实现代码很简单，我们具体来关注对Cloneable接口的实现。在Printer类中，我们实现了java.lang包提供的Cloneable接口，并重写了clone()方法，在clone()方法内，我们试图捕获CloneNotSupportedException异常。这是因为我们必须保证被复制的对象必须实现java.lang.Clonable接口，否则对象将无法被克隆。细心的你可能会发现Cloneable接口中并没有clone()方法的相关定义。这是因为clone()方法被定义在java.lang.Object中，而Object类是所有Java类的父类。因此所有Java类都继承了clone()方法。像Cloneable接口很容易让人误认为Cloneable接口中声明了clone()方法，其实这是错误的。Clone接口中什么都没有，它只是起到告诉程序可以调用clone方法的作用。

写完了打印机原型，我们现在就开始让它工作，让它为我们复制出不同纸张类型的Hello,World。

Main.java

`java

package com.yeliheng.prototype;

/
 * 原型模式
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        Printer obj1 = new Printer("A4","Hello,World");
        obj1.display();

        Printer obj2 = (Printer) obj1.clone(); //克隆！
        obj2.setPaperType("A3");
        obj2.display();
    }
}

`

我们先用传统的方式实例化了Printer类，让它打印一张A4的Hello,World。然后我们用克隆的方式：obj1.clone()，让它打印出一张A3的相同内容的纸。最后的输出结果如下：

!输出结果

这时，我们就实现了一个原型模式。本例中的克隆方式称为浅克隆。

>请注意：Cloneable接口破坏了单例模式，如果是单例类，又实现了Cloneable接口，那么该类就可以调用clone方法创建另外的实例，因此破坏了单例模式。

浅克隆 #

浅克隆：创建一个新对象，新对象的属性和原来对象完全相同，对于非基本类型，浅克隆只会将实例的引用复制。例如，当字段中保存的是数组时，如果使用clone()方法进行克隆，则只会将数组的引用复制，并不会复制数组内的元素。浅克隆默认使用super.clone()来实现。

深克隆 #

深克隆：创建一个新的对象，属性中引用的其他对象也将被克隆，不再指向原对象地址，即在内存中开辟新的空间。

如果你需要更复杂的功能，例如复制所有非基本类型的引用和值，则需要以下步骤：

1. 创建实例对象：通过clone()方法创建原型类的实例，这个步骤与浅克隆相同。
2. 克隆引用的成员：调用原型类对象成员的clone()方法，创建新的成员对象，将新的成员对象赋值给克隆出的原型模式的对象。（类似于递归调用）
3. 返回新对象：返回clone()创建的原型对象。

思考：你可以尝试着实现一个包含数组对象的深克隆。

总结 #

本文仅举一个简单的例子展现原型模式，在实际开发中，原型模式需要根据具体情况决定是否使用，例如上文描述的几种应用场景。熟练掌握原型模式，在后面需要与其他设计模式一起使用时，你就能够轻松驾驭。

源码参考：GitHub

当你的系统存在大量相同对象需要创建，使用原型模式能够为你高效地创建对象。本文将以Java为例，带你重温GoF设计模式之原型模式，并深入理解原型模式以及应用场景。

Java设计模式再相识 (二)——原型模式

> 当你想在一个庞大的工程中，确保整个程序只存在一个唯一的实例，并且保证在任何情况下，新的实例都不会被创建，这时候，单例模式将是你的不二之选。

我们在使用Windows操作系统时，是否曾注意到任务管理器，回收站等系统应用始终只能打开一个窗口，这就是单例模式的类比。接下来，我们将动手实现一个单例模式的程序。在开始之前，我们先来熟悉单例模式的基本概念。

基础篇 #

 介绍 

单例（Singleton）模式的定义：一个类只允许拥有一个实例。

单例模式通常有两种实现形式：饿汉式，懒汉式。在基础篇中，我将详细介绍饿汉式单例模式。

何为饿汉式？顾名思义，就是在类加载时就创建一个单例，这样能够保证在调用getInstance()方法之前这个单例就已经存在。

现在，就让我们来编写代码模拟实现一个Windows任务管理器，让它只能存在一个。

 示例-模拟任务管理器 

我们新建一个名为Singleton.java的文件，代码内容如下: 

Singleton.java

`java
package com.yeliheng.singleton;

public class Singleton {
    private static final Singleton singleton = new Singleton();

    private Singleton() {
        System.out.println("任务管理器已打开！");
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

`

在Singleton类中，我们定义了static字段的成员变量singleton，并将其初始化为Singleton类的实例。然后我们定义了一个私有构造函数Singleton，打印提示。使用private修饰符可以防止从Singleton类以外的代码调用构造函数，从而单例模式将失去意义。

接着我们定义getInstance()方法，就可以让外部程序以只读的方式获取到Singleton类的唯一实例。(通常情况下，我们采用getInstance作为方法名。)

Main.java

`java

package com.yeliheng.singleton;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Singleton obj1 = Singleton.getInstance();

        Singleton obj2 = Singleton.getInstance();

        if(obj1.equals(obj2)) {
            System.out.println("obj1和obj2是同一个实例，任务管理器只能创建一个！");
        }
    }
}

`
在Main函数中，我们定义obj1和obj2两个变量，这两个变量都去创建两次Singleton实例。然后我们使用if语句来判断，这两个实例是否是同一个实例。代码十分简单，我们一起来看看运行结果。

运行结果如下：

!QQ20220210-214108@2x.png

显而易见，两个实例是同一个实例，我们的Singleton只被创建了一次。

饿汉式单例我们就介绍到这里，接下来，我们开始介绍懒汉式单例。

进阶篇 #

 懒汉式单例 

懒汉式单例在类加载时不会生成单例，只有当第一次调用getInstance()方法时才去创建这个单例。代码如下: 

`java
package com.yeliheng.singleton;

public class LazySingleton {
    
    private static LazySingleton lazySingleton = null; //创建一个空的懒汉式单例

    private LazySingleton() {

    }
    
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (lazySingleton == null) {
            lazySingleton = new LazySingleton();
        }
        return lazySingleton;
    }
}

`

在这个例子中，代码与前面的大同小异，就是在初始化lazySingleton变量时，没有像饿汉式单例那样立即实例化，而是指定一个null，当需要获取Instance实例时，再进行实例化。这样做，可以在大型计算场景中，节省内存，按需加载。

不知道聪明的你有没有注意到这样做的问题。在上面这个代码中，存在线程安全问题。在多线程程序的条件下，会出现LazySingleton还未创建完成的情况下，另一个线程又去访问调用LazySignleton，造成实例被创建多次的情况，这样它就不再是一个单例模式了。我们现在对程序进行改进：

`java

package com.yeliheng.singleton;

public class LazySingleton {

    private static volatile LazySingleton lazySingleton = null; //创建一个空的懒汉式单例

    private LazySingleton() {

    }

    public static synchronized LazySingleton getInstance() {
        if (lazySingleton == null) {
            lazySingleton = new LazySingleton();
        }
        return lazySingleton;
    }
}

`
没错，只需要在变量出增加volatile关键字，并在静态成员方法处增加一个同步锁，就可以完美解决这个问题，保证线程安全。这样，全局程序将不可能出现多个实例。

 总结 

单例模式是设计模式中常用的模式之一。单例模式的形式常分为饿汉式和懒汉式。饿汉式的优点是创建起来简单，并且天然线程安全。缺点是在大量单例存在时，将造成资源浪费。懒汉式的优点是性能较好，按需加载对象，能够让内存空间被较佳利用。缺点是创建相对于饿汉式复杂，在多线程的场景下，对多线程不熟悉或稍不注意容易出现线程安全问题。

源码参考：GitHub

本文将以Java为例，带你重温GoF设计模式之单例模式，并深入理解单例模式的创建方法以及应用场景。

标签：创建型模式

Java设计模式再相识 (五)——建造者模式

Java设计模式再相识 (四)——抽象工厂(Abstract Factory)模式

Java设计模式再相识 (三)——工厂方法(Factory Method)模式

Java设计模式再相识 (二)——原型模式

Java设计模式再相识 (一)——单例模式