1.建立型模式概述

1.1設計模式的分類簡述

• 設計模式有兩種分類方式： 1.模式目的 2.模式的作用範圍
  • 根據目的來分：即根據模式是用來完成什麼工作來劃分，可分為如下三種
    1. 建立型模式
    2. 結構型模式
    3. 行為型模式
  • 根據作用範圍來分：即根據模式主要用於類上還是用於物件上來分，可分為如下兩種
    1. 類模式：處理類和子類之間的關係，通過繼承來建立，靜態(編譯時便確定下來)。
    • 類模式範疇：工廠方法，類介面卡，模板方法，直譯器
    2. 物件模式：處理物件之間的關係，這些關係可通過組合或聚合來實現，執行時是可變化的，動態
    • 物件模式：除了類模式的四種方法其他都是物件模式

1.2 建立型模式簡述

• 關注點：描述“如何建立物件”
• 特點：將物件的建立和使用分離(降低系統耦合度)
• 主要有如下五類建立型模式
  1. 單例模式
  2. 原型模式
  3. 工廠方法
  4. 抽象工廠
  5. 建造者模式

2.單例模式

2.1 單例模式概述

• 定義：一個類只有一個例項，且該類能自行建立這個例項的一種模式。
• 特點：單例類只有一個由該單例類自行建立的例項物件，對外提供一個訪問該單例的全域性訪問點。
• 應用場景
  1. 需要頻繁建立的一些類，使用單例可以降低系統的記憶體壓力，減少 GC。
  2. 某類只要求生成一個物件的時候，如一個班中的班長、每個人的身份證號等。
  3. 某些類建立例項時佔用資源較多，或例項化耗時較長，且經常使用。
  4. 某類需要頻繁例項化，而建立的物件又頻繁被銷燬的時候，如多執行緒的執行緒池、網路連線池等。
  5. 頻繁訪問資料庫或檔案的物件。
  6. 對於一些控制硬體級別的操作，或者從系統上來講應當是單一控制邏輯的操作，如果有多個例項，則系統會完全亂套。
  7. 當物件需要被共享的場合。由於單例模式只允許建立一個物件，共享該物件可以節省記憶體，並加快物件訪問速度。如 Web 中的配置物件、資料庫的連線池等。

優點：
1.單例模式保證記憶體中只有一個例項，減少記憶體開銷
2.避免對資源多重佔用
3.可設定全域性訪問點，優化和共享資源的訪問

缺點：
1.一般沒有介面，擴充套件困難。違背開閉原則
2.併發測試中，單例模式不利於程式碼除錯。且除錯過程中若單例中的程式碼沒有執行完，也不能模擬生成一個新得物件。
3.功能程式碼常寫在一個類中，易違背單一職責原則。

2.2 結構與實現

• 私有化建構函式，靜態化例項屬性，向外提供一個靜態公有函式用於建立/獲取靜態私有例項。

實現方式1-懶漢式單例

• 特點：類載入時沒有生成單例，第一次呼叫getInstance方法時建立單例
• volatile,synchronized保證執行緒安全，但每次訪問時都要同步-影響效能且消耗更多資源

實現示例：

public class SingletonLazy {
	private static volatile SingletonLazy instance = null;
	
	//私有構造方法
	private SingletonLazy(){}

	public static synchronized SingletonLazy getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new SingletonLazy();
		}
		return instance;
	}
}

實現方式2-餓漢式單例

• 特點：類載入時就建立一個單例，保證在呼叫getInstance前單例已存在
• 類建立時就已建立好一個靜態物件供系統使用且以後不再改變-執行緒安全

實現示例:

class SingletonHungry {
	private static final SingletonHungry instance = new SingletonHungry();

	private SingletonHungry(){}

	public static SingletonHungry getInstance() {
		return instance;
	}
}

擴充套件-有限多例

• 將私有靜態單例改為私有靜態例項列表

實現示例:

class SingletonHungryList {
	private static final ArrayList<SingletonHungryList> list = new ArrayList<>();

	static {
		for (int i = 0; i < 10; i++) {
			list.add(new SingletonHungryList());
		}
	}

	private SingletonHungryList(){}

	public static SingletonHungryList getInstance() {
		int i = (int) Math.random() * 10;
		return list.get(i);
	}
}

2.原型模式

• 定義: 用一個已經建立的例項作為原型，通過複製該原型物件來建立一個和原型相同或相似的新物件。
• 結構：抽象原型類、具體原型類、訪問類
  1. 抽象原型類：規定了具體原型物件必須實現的介面
  2. 具體原型類：實現了抽象原型類的clone()方法，為可被複制的物件
  3. 訪問類：使用具體原型類的clone()方法來複制新的物件

優點：
1.Java 自帶的原型模式基於記憶體二進位制流的複製，在效能上比直接 new 一個物件更加優良。
2.可以使用深克隆方式儲存物件的狀態，使用原型模式將物件複製一份，並將其狀態儲存起來，簡化了建立物件的過程，以便在需要的時候使用（例如恢復到歷史某一狀態），可輔助實現撤銷操作。

缺點：
1.需要為每一個類都配置一個 clone 方法
2.clone 方法位於類的內部，當對已有類進行改造的時候，需要修改程式碼，違背了開閉原則。
3.當實現深克隆時，需要編寫較為複雜的程式碼，而且當物件之間存在多重巢狀引用時，為了實現深克隆，每一層物件對應的類都必須支援深克隆，實現起來會比較麻煩。因此，深克隆、淺克隆需要運用得當。

2.1 原型模式實現

1. 淺克隆：建立一個新物件，新物件的屬性和原來物件完全相同，且對於非基本型別屬性其仍指向原有屬性所指向的物件記憶體地址。
2. 深克隆：建立一個新物件，屬性中引用的其他物件也會被克隆而不再指向原有物件地址。

• Java中的Object類提供了淺克隆的clone()方法，具體原型類只要實現Cloneable介面就可實現物件的淺克隆(cloneable介面就是抽象原型類)

具體實現(ShallowCopy為具體原型類)：

public class Prototype {
	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
		ShallowCopy s1 = new ShallowCopy();
		ShallowCopy s2 = s1.clone();
		System.out.println("s1與s2記憶體地址相同嗎？ " + (s1 == s2));
		System.out.println("s1與s2的o屬性地址相同嗎？ " + (s1.o == s2.o));
	}

}

class ShallowCopy implements Cloneable {
	public InCopy inCopy = new InCopy();

	public ShallowCopy clone() throws CloneNotSupportedException {
		System.out.println("已複製原型物件");
		return (ShallowCopy) super.clone();
	}
}

class InCopy implements Cloneable {

/*    public InCopy clone() throws CloneNotSupportedException {
		System.out.println("已複製原型物件");
		return (InCopy) super.clone();
	}*/
}
/*
已複製原型物件(未註解inCopy內的InCopy時，若註解則s1與s2的inCopy屬性地址相同為false)
s1與s2記憶體地址相同嗎？ false
s1與s2的inCopy屬性地址相同嗎？ true
 */

擴充套件-原型管理器原型模式

• 在原型基礎上增加一帶原型管理器的PrototypeManager類，用HashMap儲存多個複製的原型，Client類可通過管理器的get方法獲取複製的原型。
  

具體示例：用帶原型管理器的原型模式來生成包含“圓”和“正方形”等圖形的原型，並計算其面積。分析：本例項中由於存在不同的圖形類，例如，“圓”和“正方形”，它們計算面積的方法不一樣，所以需要用一個原型管理器來管理它們。