09 第9章 創(chuàng)建型模式

1、第9章,創(chuàng)建型模式,Sunny Liuweiliu_china@163.com,教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)建型模式簡(jiǎn)單工廠模式工廠方法模式抽象工廠模式單例模式,創(chuàng)建型模式,創(chuàng)建型模式概述創(chuàng)建型模式(Creational Pattern)對(duì)類的實(shí)例化過程進(jìn)行了抽象，能夠?qū)④浖K中對(duì)象的創(chuàng)建和對(duì)象的使用分離。為了使軟件的結(jié)構(gòu)更加清晰，外界對(duì)于這些對(duì)象只需要知道它們共同的接口，而不清楚其具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加符合單一職責(zé)原則。,

2、創(chuàng)建型模式,創(chuàng)建型模式概述創(chuàng)建型模式在創(chuàng)建什么(What)，由誰創(chuàng)建(Who)，何時(shí)創(chuàng)建(When)等方面都為軟件設(shè)計(jì)者提供了盡可能大的靈活性。創(chuàng)建型模式隱藏了類的實(shí)例的創(chuàng)建細(xì)節(jié)，通過隱藏對(duì)象如何被創(chuàng)建和組合在一起達(dá)到使整個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立的目的。,創(chuàng)建型模式,想吃蘋果!?,創(chuàng)建型模式概述,創(chuàng)建型模式,通常獲取蘋果的兩種方式,自己種蘋果樹,去超市買,創(chuàng)建型模式概述,創(chuàng)建型模式,簡(jiǎn)單工廠模式（Simple Factory） 工廠方法模式（Fa

3、ctory Method） 抽象工廠模式（Abstract Factory） 原型模式（Prototype） 單例模式（Singleton） 建造者模式（Builder）,創(chuàng)建型模式簡(jiǎn)介,簡(jiǎn)單工廠模式,模式動(dòng)機(jī)只要說出水果的名字就能得到想要的水果。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式動(dòng)機(jī)考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件應(yīng)用場(chǎng)景，一個(gè)軟件系統(tǒng)可以提供多個(gè)外觀不同的按鈕（如圓形按鈕、矩形按鈕、菱形按鈕等），這些按鈕都源自同一個(gè)基類，不過在繼承基類后不同的子類

4、修改了部分屬性從而使得它們可以呈現(xiàn)不同的外觀，如果我們希望在使用這些按鈕時(shí)，不需要知道這些具體按鈕類的名字，只需要知道表示該按鈕類的一個(gè)參數(shù)，并提供一個(gè)調(diào)用方便的方法，把該參數(shù)傳入方法即可返回一個(gè)相應(yīng)的按鈕對(duì)象，此時(shí)，就可以使用簡(jiǎn)單工廠模式。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式定義簡(jiǎn)單工廠模式(Simple Factory Pattern)：又稱為靜態(tài)工廠方法(Static Factory Method)模式，它屬于類創(chuàng)建型模式。在簡(jiǎn)單工廠模式中，可

5、以根據(jù)自變量的不同返回不同類的實(shí)例。簡(jiǎn)單工廠模式專門定義一個(gè)類來負(fù)責(zé)創(chuàng)建其他類的實(shí)例，被創(chuàng)建的實(shí)例通常都具有共同的父類。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)單工廠模式,模式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工廠模式包含如下角色：Factory：工廠角色Product：抽象產(chǎn)品角色ConcreteProduct：具體產(chǎn)品角色,簡(jiǎn)單工廠模式,模式分析分析如下代碼：,,代碼復(fù)雜，難以維護(hù),簡(jiǎn)單工廠模式,模式分析重構(gòu)后的代碼：,,,抽象支付類,具體支付類,簡(jiǎn)單工廠模

6、式,模式分析重構(gòu)后的代碼：,,支付工廠,簡(jiǎn)單工廠模式,模式分析將對(duì)象的創(chuàng)建和對(duì)象本身業(yè)務(wù)處理分離可以降低系統(tǒng)的耦合度，使得兩者修改起來都相對(duì)容易。 在調(diào)用工廠類的工廠方法時(shí)，由于工廠方法是靜態(tài)方法，使用起來很方便，可通過類名直接調(diào)用，而且只需要傳入一個(gè)簡(jiǎn)單的參數(shù)即可，在實(shí)際開發(fā)中，還可以在調(diào)用時(shí)將所傳入的參數(shù)保存在XML等格式的配置文件中，修改參數(shù)時(shí)無需修改任何Java源代碼。簡(jiǎn)單工廠模式最大的問題在于工廠類的職責(zé)相對(duì)過重，增加

7、新的產(chǎn)品需要修改工廠類的判斷邏輯，這一點(diǎn)與開閉原則是相違背的。簡(jiǎn)單工廠模式的要點(diǎn)在于：當(dāng)你需要什么，只需要傳入一個(gè)正確的參數(shù)，就可以獲取你所需要的對(duì)象，而無需知道其創(chuàng)建細(xì)節(jié)。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：簡(jiǎn)單電視機(jī)工廠某電視機(jī)廠專為各知名電視機(jī)品牌代工生產(chǎn)各類電視機(jī)，當(dāng)需要海爾牌電視機(jī)時(shí)只需要在調(diào)用該工廠的工廠方法時(shí)傳入?yún)?shù)“Haier”，需要海信電視機(jī)時(shí)只需要傳入?yún)?shù)“Hisense”，工廠可以根據(jù)傳入的不同參數(shù)返回不同

8、品牌的電視機(jī)?，F(xiàn)使用簡(jiǎn)單工廠模式來模擬該電視機(jī)工廠的生產(chǎn)過程。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：簡(jiǎn)單電視機(jī)工廠,簡(jiǎn)單工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：簡(jiǎn)單電視機(jī)工廠參考代碼,演示……,簡(jiǎn)單工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：權(quán)限管理在某OA系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)對(duì)比用戶在登錄時(shí)輸入的賬號(hào)和密碼以及在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的賬號(hào)和密碼是否一致來進(jìn)行身份驗(yàn)證，如果驗(yàn)證通過，則取出存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中的用戶權(quán)限等級(jí)（以整數(shù)形式存儲(chǔ)），根據(jù)不同的權(quán)限等級(jí)創(chuàng)建

9、不同等級(jí)的用戶對(duì)象，不同等級(jí)的用戶對(duì)象擁有不同的操作權(quán)限?，F(xiàn)使用簡(jiǎn)單工廠模式來設(shè)計(jì)該權(quán)限管理模塊。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：權(quán)限管理,簡(jiǎn)單工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：權(quán)限管理參考代碼,演示……,簡(jiǎn)單工廠模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)單工廠模式的優(yōu)點(diǎn)如下：工廠類含有必要的判斷邏輯，可以決定在什么時(shí)候創(chuàng)建哪一個(gè)產(chǎn)品類的實(shí)例，客戶端可以免除直接創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象的責(zé)任，而僅僅“消費(fèi)”產(chǎn)品；簡(jiǎn)單工廠模式通過這種做法實(shí)現(xiàn)了對(duì)責(zé)任的分割，它

10、提供了專門的工廠類用于創(chuàng)建對(duì)象。客戶端無需知道所創(chuàng)建的具體產(chǎn)品類的類名，只需要知道具體產(chǎn)品類所對(duì)應(yīng)的參數(shù)即可，對(duì)于一些復(fù)雜的類名，通過簡(jiǎn)單工廠模式可以減少使用者的記憶量。通過引入配置文件，可以在不修改任何客戶端代碼的情況下更換和增加新的具體產(chǎn)品類，在一定程度上提高了系統(tǒng)的靈活性。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)單工廠模式的缺點(diǎn)如下：由于工廠類集中了所有產(chǎn)品創(chuàng)建邏輯，一旦不能正常工作，整個(gè)系統(tǒng)都要受到影響。使用簡(jiǎn)單工廠模式將會(huì)增加系

11、統(tǒng)中類的個(gè)數(shù)，在一定程序上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和理解難度。系統(tǒng)擴(kuò)展困難，一旦添加新產(chǎn)品就不得不修改工廠邏輯，在產(chǎn)品類型較多時(shí)，有可能造成工廠邏輯過于復(fù)雜，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。簡(jiǎn)單工廠模式由于使用了靜態(tài)工廠方法，造成工廠角色無法形成基于繼承的等級(jí)結(jié)構(gòu)。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用簡(jiǎn)單工廠模式：工廠類負(fù)責(zé)創(chuàng)建的對(duì)象比較少：由于創(chuàng)建的對(duì)象較少，不會(huì)造成工廠方法中的業(yè)務(wù)邏輯太過復(fù)雜；客戶端只知道傳入工廠類的參數(shù)，

12、對(duì)于如何創(chuàng)建對(duì)象不關(guān)心：客戶端既不需要關(guān)心創(chuàng)建細(xì)節(jié)，甚至連類名都不需要記住，只需要知道類型所對(duì)應(yīng)的參數(shù)。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式應(yīng)用(1) 在JDK類庫中廣泛使用了簡(jiǎn)單工廠模式，如工具類java.text.DateFormat，它用于格式化一個(gè)本地日期或者時(shí)間。,簡(jiǎn)單工廠模式,模式應(yīng)用 (2) Java密碼學(xué)參考代碼：DESEncrypt.java,簡(jiǎn)單工廠模式,模式擴(kuò)展簡(jiǎn)單工廠模式的簡(jiǎn)化：在有些情況下工廠類可以由抽象產(chǎn)

13、品角色扮演，一個(gè)抽象產(chǎn)品類同時(shí)也是子類的工廠，也就是說把靜態(tài)工廠方法寫到抽象產(chǎn)品類中。,工廠方法模式,簡(jiǎn)單工廠模式的不足在簡(jiǎn)單工廠模式中，只提供了一個(gè)工廠類，該工廠類處于對(duì)產(chǎn)品類進(jìn)行實(shí)例化的中心位置，它知道每一個(gè)產(chǎn)品對(duì)象的創(chuàng)建細(xì)節(jié)，并決定何時(shí)實(shí)例化哪一個(gè)產(chǎn)品類。簡(jiǎn)單工廠模式最大的缺點(diǎn)是當(dāng)有新產(chǎn)品要加入到系統(tǒng)中時(shí)，必須修改工廠類，加入必要的處理邏輯，這違背了“開閉原則”。在簡(jiǎn)單工廠模式中，所有的產(chǎn)品都是由同一個(gè)工廠創(chuàng)建，工廠類職責(zé)較重，

14、業(yè)務(wù)邏輯較為復(fù)雜，具體產(chǎn)品與工廠類之間的耦合度高，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，而工廠方法模式則可以很好地解決這一問題。,工廠方法模式,模式動(dòng)機(jī)考慮這樣一個(gè)系統(tǒng)，按鈕工廠類可以返回一個(gè)具體的按鈕實(shí)例，如圓形按鈕、矩形按鈕、菱形按鈕等。在這個(gè)系統(tǒng)中，如果需要增加一種新類型的按鈕，如橢圓形按鈕，那么除了增加一個(gè)新的具體產(chǎn)品類之外，還需要修改工廠類的代碼，這就使得整個(gè)設(shè)計(jì)在一定程度上違反了“開閉原則”。,工廠方法模式,模式動(dòng)機(jī)現(xiàn)在對(duì)該系

15、統(tǒng)進(jìn)行修改，不再設(shè)計(jì)一個(gè)按鈕工廠類來統(tǒng)一負(fù)責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體按鈕的創(chuàng)建過程交給專門的工廠子類去完成，我們先定義一個(gè)抽象的按鈕工廠類，再定義具體的工廠類來生成圓形按鈕、矩形按鈕、菱形按鈕等，它們實(shí)現(xiàn)在抽象按鈕工廠類中定義的方法。這種抽象化的結(jié)果使這種結(jié)構(gòu)可以在不修改具體工廠類的情況下引進(jìn)新的產(chǎn)品，如果出現(xiàn)新的按鈕類型，只需要為這種新類型的按鈕創(chuàng)建一個(gè)具體的工廠類就可以獲得該新按鈕的實(shí)例，這一特點(diǎn)無疑使得工廠方法模式具有超越簡(jiǎn)單工

16、廠模式的優(yōu)越性，更加符合“開閉原則”。,工廠方法模式,模式動(dòng)機(jī)使用工廠方法模式實(shí)現(xiàn)的按鈕工廠,工廠方法模式,模式定義工廠方法模式又稱為工廠模式，也叫虛擬構(gòu)造器(Virtual Constructor)模式或者多態(tài)工廠(Polymorphic Factory)模式，它屬于對(duì)象創(chuàng)建型模式。在工廠方法模式中，工廠父類負(fù)責(zé)定義創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象的公共接口，而工廠子類則負(fù)責(zé)生成具體的產(chǎn)品對(duì)象，這樣做的目的是將產(chǎn)品類的實(shí)例化操作延遲到工廠子類中完成，

17、即通過工廠子類來確定究竟應(yīng)該實(shí)例化哪一個(gè)具體產(chǎn)品類。,工廠方法模式,模式定義Define an interface for creating an object, but let subclasses decide which class to instantiate. Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses. Frequency of use: h

18、igh,工廠方法模式,模式結(jié)構(gòu),工廠方法模式,模式結(jié)構(gòu)工廠方法模式包含如下角色：Product：抽象產(chǎn)品ConcreteProduct：具體產(chǎn)品Factory：抽象工廠ConcreteFactory：具體工廠,工廠方法模式,模式分析工廠方法模式是簡(jiǎn)單工廠模式的進(jìn)一步抽象和推廣。由于使用了面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性，工廠方法模式保持了簡(jiǎn)單工廠模式的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了它的缺點(diǎn)。在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負(fù)責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體

19、創(chuàng)建工作交給子類去做。這個(gè)核心類僅僅負(fù)責(zé)給出具體工廠必須實(shí)現(xiàn)的接口，而不負(fù)責(zé)哪一個(gè)產(chǎn)品類被實(shí)例化這種細(xì)節(jié)，這使得工廠方法模式可以允許系統(tǒng)在不修改工廠角色的情況下引進(jìn)新產(chǎn)品。,工廠方法模式,模式分析當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展需要添加新的產(chǎn)品對(duì)象時(shí)，僅僅需要添加一個(gè)具體產(chǎn)品對(duì)象以及一個(gè)具體工廠對(duì)象，原有工廠對(duì)象不需要進(jìn)行任何修改，也不需要修改客戶端，很好地符合了“開閉原則”。而簡(jiǎn)單工廠模式在添加新產(chǎn)品對(duì)象后不得不修改工廠方法，擴(kuò)展性不好。工廠方法模式退化

20、后可以演變成簡(jiǎn)單工廠模式。,工廠方法模式,模式分析抽象工廠類代碼：,,抽象工廠類,工廠方法模式,模式分析具體工廠類代碼：,,具體工廠類,工廠方法模式,模式分析客戶類代碼片段：為了提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性，在定義工廠和產(chǎn)品時(shí)都必須使用抽象層，如果需要更換產(chǎn)品類，只需要更換對(duì)應(yīng)的工廠即可，其他代碼不需要進(jìn)行任何修改。,工廠方法模式,模式分析配置文件代碼：在實(shí)際的應(yīng)用開發(fā)中，一般將具體工廠類的實(shí)例化過程進(jìn)行改進(jìn)，不直

21、接使用new關(guān)鍵字來創(chuàng)建對(duì)象，而是將具體類的類名寫入配置文件中，再通過Java的反射機(jī)制，讀取XML格式的配置文件，根據(jù)存儲(chǔ)在XML文件中的類名字符串生成對(duì)象。,工廠方法模式,模式分析工具類XMLUtil代碼片段：,工廠方法模式,模式分析修改后的客戶類代碼片段：,工廠方法模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：電視機(jī)工廠將原有的工廠進(jìn)行分割，為每種品牌的電視機(jī)提供一個(gè)子工廠，海爾工廠專門負(fù)責(zé)生產(chǎn)海爾電視機(jī)，海信工廠專門負(fù)責(zé)生產(chǎn)海信電視機(jī)，如

22、果需要生產(chǎn)TCL電視機(jī)或創(chuàng)維電視機(jī)，只需要對(duì)應(yīng)增加一個(gè)新的TCL工廠或創(chuàng)維工廠即可，原有的工廠無需做任何修改，使得整個(gè)系統(tǒng)具有更加的靈活性和可擴(kuò)展性。,工廠方法模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：電視機(jī)工廠,工廠方法模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：電視機(jī)工廠參考代碼,演示……,工廠方法模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：日志記錄器某系統(tǒng)日志記錄器要求支持多種日志記錄方式，如文件記錄、數(shù)據(jù)庫記錄等，且用戶可以根據(jù)要求動(dòng)態(tài)選擇日志記錄方式，現(xiàn)使用工廠

23、方法模式設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。,工廠方法模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：日志記錄器,工廠方法模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)工廠方法模式的優(yōu)點(diǎn)如下：在工廠方法模式中，工廠方法用來創(chuàng)建客戶所需要的產(chǎn)品，同時(shí)還向客戶隱藏了哪種具體產(chǎn)品類將被實(shí)例化這一細(xì)節(jié)，用戶只需要關(guān)心所需產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的工廠，無需關(guān)心創(chuàng)建細(xì)節(jié)，甚至無需知道具體產(chǎn)品類的類名。基于工廠角色和產(chǎn)品角色的多態(tài)性設(shè)計(jì)是工廠方法模式的關(guān)鍵。它能夠使工廠可以自主確定創(chuàng)建何種產(chǎn)品對(duì)象，而如何創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象的細(xì)節(jié)則完全

24、封裝在具體工廠內(nèi)部。工廠方法模式之所以又被稱為多態(tài)工廠模式，就正是因?yàn)樗械木唧w工廠類都具有同一抽象父類。使用工廠方法模式的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在系統(tǒng)中加入新產(chǎn)品時(shí)，無需修改抽象工廠和抽象產(chǎn)品提供的接口，無需修改客戶端，也無需修改其他的具體工廠和具體產(chǎn)品，而只要添加一個(gè)具體工廠和具體產(chǎn)品就可以了，這樣，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性也就變得非常好，完全符合“開閉原則”。,工廠方法模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)工廠方法模式的缺點(diǎn)如下：在添加新產(chǎn)品時(shí)，需要編寫新的具體產(chǎn)品

25、類，而且還要提供與之對(duì)應(yīng)的具體工廠類，系統(tǒng)中類的個(gè)數(shù)將成對(duì)增加，在一定程度上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，有更多的類需要編譯和運(yùn)行，會(huì)給系統(tǒng)帶來一些額外的開銷。由于考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，需要引入抽象層，在客戶端代碼中均使用抽象層進(jìn)行定義，增加了系統(tǒng)的抽象性和理解難度，且在實(shí)現(xiàn)時(shí)可能需要用到DOM、反射等技術(shù)，增加了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度。,工廠方法模式,模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用工廠方法模式：一個(gè)類不知道它所需要的對(duì)象的類：在工廠方法模式中，

26、客戶端不需要知道具體產(chǎn)品類的類名，只需要知道所對(duì)應(yīng)的工廠即可，具體的產(chǎn)品對(duì)象由具體工廠類創(chuàng)建；客戶端需要知道創(chuàng)建具體產(chǎn)品的工廠類。一個(gè)類通過其子類來指定創(chuàng)建哪個(gè)對(duì)象：在工廠方法模式中，對(duì)于抽象工廠類只需要提供一個(gè)創(chuàng)建產(chǎn)品的接口，而由其子類來確定具體要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象，利用面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性和里氏代換原則，在程序運(yùn)行時(shí)，子類對(duì)象將覆蓋父類對(duì)象，從而使得系統(tǒng)更容易擴(kuò)展。將創(chuàng)建對(duì)象的任務(wù)委托給多個(gè)工廠子類中的某一個(gè)，客戶端在使用時(shí)可以無需關(guān)心是哪

27、一個(gè)工廠子類創(chuàng)建產(chǎn)品子類，需要時(shí)再動(dòng)態(tài)指定，可將具體工廠類的類名存儲(chǔ)在配置文件或數(shù)據(jù)庫中。,工廠方法模式,模式應(yīng)用(1) java.util.Collection接口的iterator()方法：,工廠方法模式,模式應(yīng)用(2) Java消息服務(wù)JMS(Java Messaging Service) ：,工廠方法模式,模式應(yīng)用(3) JDBC中的工廠方法：,工廠方法模式,模式擴(kuò)展使用多個(gè)工廠方法：在抽象工廠角色中可以定義多個(gè)工廠方法

28、，從而使具體工廠角色實(shí)現(xiàn)這些不同的工廠方法，這些方法可以包含不同的業(yè)務(wù)邏輯，以滿足對(duì)不同的產(chǎn)品對(duì)象的需求。產(chǎn)品對(duì)象的重復(fù)使用：工廠對(duì)象將已經(jīng)創(chuàng)建過的產(chǎn)品保存到一個(gè)集合（如數(shù)組、List等）中，然后根據(jù)客戶對(duì)產(chǎn)品的請(qǐng)求，對(duì)集合進(jìn)行查詢。如果有滿足要求的產(chǎn)品對(duì)象，就直接將該產(chǎn)品返回客戶端；如果集合中沒有這樣的產(chǎn)品對(duì)象，那么就創(chuàng)建一個(gè)新的滿足要求的產(chǎn)品對(duì)象，然后將這個(gè)對(duì)象在增加到集合中，再返回給客戶端。 多態(tài)性的喪失和模式的退化：如果工廠

29、僅僅返回一個(gè)具體產(chǎn)品對(duì)象，便違背了工廠方法的用意，發(fā)生退化，此時(shí)就不再是工廠方法模式了。一般來說，工廠對(duì)象應(yīng)當(dāng)有一個(gè)抽象的父類型，如果工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)中只有一個(gè)具體工廠類的話，抽象工廠就可以省略，也將發(fā)生了退化。當(dāng)只有一個(gè)具體工廠，在具體工廠中可以創(chuàng)建所有的產(chǎn)品對(duì)象，并且工廠方法設(shè)計(jì)為靜態(tài)方法時(shí)，工廠方法模式就退化成簡(jiǎn)單工廠模式。,抽象工廠模式,模式動(dòng)機(jī)在工廠方法模式中具體工廠負(fù)責(zé)生產(chǎn)具體的產(chǎn)品，每一個(gè)具體工廠對(duì)應(yīng)一種具體產(chǎn)品，工廠方法也

30、具有惟一性，一般情況下，一個(gè)具體工廠中只有一個(gè)工廠方法或者一組重載的工廠方法。但是有時(shí)候我們需要一個(gè)工廠可以提供多個(gè)產(chǎn)品對(duì)象，而不是單一的產(chǎn)品對(duì)象。,抽象工廠模式,模式動(dòng)機(jī)為了更清晰地理解工廠方法模式，我們需要先引入兩個(gè)概念：產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)即產(chǎn)品的繼承結(jié)構(gòu)，如一個(gè)抽象類是電視機(jī)，其子類有海爾電視機(jī)、海信電視機(jī)、TCL電視機(jī)，則抽象電視機(jī)與具體品牌的電視機(jī)之間構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)，抽象電視機(jī)是父類，而具體品牌的電視機(jī)是其

31、子類。產(chǎn)品族：在抽象工廠模式中，產(chǎn)品族是指由同一個(gè)工廠生產(chǎn)的，位于不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中的一組產(chǎn)品，如海爾電器工廠生產(chǎn)的海爾電視機(jī)、海爾電冰箱，海爾電視機(jī)位于電視機(jī)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中，海爾電冰箱位于電冰箱產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中。,抽象工廠模式,模式動(dòng)機(jī)產(chǎn)品族與產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖,,抽象工廠模式,模式動(dòng)機(jī)當(dāng)系統(tǒng)所提供的工廠所需生產(chǎn)的具體產(chǎn)品并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，而是多個(gè)位于不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中屬于不同類型的具體產(chǎn)品時(shí)需要使用抽象工廠模式。抽象工廠模

32、式是所有形式的工廠模式中最為抽象和最具一般性的一種形態(tài)。抽象工廠模式與工廠方法模式最大的區(qū)別在于，工廠方法模式針對(duì)的是一個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)，而抽象工廠模式則需要面對(duì)多個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)。一個(gè)工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)可以負(fù)責(zé)多個(gè)不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)中的產(chǎn)品對(duì)象的創(chuàng)建 。當(dāng)一個(gè)工廠等級(jí)結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)建出分屬于不同產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)產(chǎn)品族中的所有對(duì)象時(shí)，抽象工廠模式比工廠方法模式更為簡(jiǎn)單、有效率。,,抽象工廠模式,模式動(dòng)機(jī)抽象工廠模式示意圖,,,抽象工廠模式,模式定

33、義 抽象工廠模式(Abstract Factory Pattern)：提供一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對(duì)象的接口，而無需指定它們具體的類。抽象工廠模式又稱為Kit模式，屬于對(duì)象創(chuàng)建型模式。,抽象工廠模式,模式定義 Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifying their concrete cl

34、asses. Frequency of use: high,抽象工廠模式,模式結(jié)構(gòu),抽象工廠模式,模式結(jié)構(gòu)抽象工廠模式包含如下角色：AbstractFactory：抽象工廠ConcreteFactory：具體工廠AbstractProduct：抽象產(chǎn)品Product：具體產(chǎn)品Client：客戶類,抽象工廠模式,模式分析,抽象工廠模式,模式分析,,抽象工廠模式,模式分析,抽象工廠模式,模式分析抽象工廠類的典型代碼如下：,

35、,抽象工廠模式,模式分析具體工廠類的典型代碼如下：,,抽象工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：電器工廠一個(gè)電器工廠可以產(chǎn)生多種類型的電器，如海爾工廠可以生產(chǎn)海爾電視機(jī)、海爾空調(diào)等，TCL工廠可以生產(chǎn)TCL電視機(jī)、TCL空調(diào)等，相同品牌的電器構(gòu)成一個(gè)產(chǎn)品族，而相同類型的電器構(gòu)成了一個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)使用抽象工廠模式模擬該場(chǎng)景。,抽象工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：電器工廠,抽象工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例一：電器工廠參考代碼,演示

36、……,抽象工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：數(shù)據(jù)庫操作工廠 某系統(tǒng)為了改進(jìn)數(shù)據(jù)庫操作的性能，自定義數(shù)據(jù)庫連接對(duì)象Connection和語句對(duì)象Statement，可針對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)庫提供不同的連接對(duì)象和語句對(duì)象，如提供Oracle或SQL Server專用連接類和語句類，而且用戶可以通過配置文件等方式根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)更換系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。使用抽象工廠模式設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。,抽象工廠模式,模式實(shí)例與解析實(shí)例二：數(shù)據(jù)庫操作工廠,抽象工廠模式,模式

37、優(yōu)缺點(diǎn)抽象工廠模式的優(yōu)點(diǎn)如下：抽象工廠模式隔離了具體類的生成，使得客戶并不需要知道什么被創(chuàng)建。由于這種隔離，更換一個(gè)具體工廠就變得相對(duì)容易。所有的具體工廠都實(shí)現(xiàn)了抽象工廠中定義的那些公共接口，因此只需改變具體工廠的實(shí)例，就可以在某種程度上改變整個(gè)軟件系統(tǒng)的行為。另外，應(yīng)用抽象工廠模式可以實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計(jì)目的，因此抽象工廠模式得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品族中的多個(gè)對(duì)象被設(shè)計(jì)成一起工作時(shí)，它能夠保證客戶端始終只使用同一個(gè)產(chǎn)品族中

38、的對(duì)象。這對(duì)一些需要根據(jù)當(dāng)前環(huán)境來決定其行為的軟件系統(tǒng)來說，是一種非常實(shí)用的設(shè)計(jì)模式。增加新的具體工廠和產(chǎn)品族很方便，無需修改已有系統(tǒng)，符合“開閉原則”。,抽象工廠模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)抽象工廠模式的缺點(diǎn)如下：在添加新的產(chǎn)品對(duì)象時(shí)，難以擴(kuò)展抽象工廠以便生產(chǎn)新種類的產(chǎn)品，這是因?yàn)樵诔橄蠊S角色中規(guī)定了所有可能被創(chuàng)建的產(chǎn)品集合，要支持新種類的產(chǎn)品就意味著要對(duì)該接口進(jìn)行擴(kuò)展，而這將涉及到對(duì)抽象工廠角色及其所有子類的修改，顯然會(huì)帶來較大的不便。

39、開閉原則的傾斜性（增加新的工廠和產(chǎn)品族容易，增加新的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)麻煩）,抽象工廠模式,模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用抽象工廠模式：一個(gè)系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)依賴于產(chǎn)品類實(shí)例如何被創(chuàng)建、組合和表達(dá)的細(xì)節(jié)，這對(duì)于所有類型的工廠模式都是重要的。 系統(tǒng)中有多于一個(gè)的產(chǎn)品族，而每次只使用其中某一產(chǎn)品族。屬于同一個(gè)產(chǎn)品族的產(chǎn)品將在一起使用，這一約束必須在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來。系統(tǒng)提供一個(gè)產(chǎn)品類的庫，所有的產(chǎn)品以同樣的接口出現(xiàn)，從而使客戶端不依賴于

40、具體實(shí)現(xiàn)。,抽象工廠模式,模式應(yīng)用(1) Java SE AWT（抽象窗口工具包）在Java語言的AWT（抽象窗口工具包）中就使用了抽象工廠模式，它使用抽象工廠模式來實(shí)現(xiàn)在不同的操作系統(tǒng)中應(yīng)用程序呈現(xiàn)與所在操作系統(tǒng)一致的外觀界面。,抽象工廠模式,模式應(yīng)用(2) 在很多軟件系統(tǒng)中需要更換界面主題，要求界面中的按鈕、文本框、背景色等一起發(fā)生改變時(shí)，可以使用抽象工廠模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。,抽象工廠模式,模式應(yīng)用(3) 微軟演示項(xiàng)目PetSho

41、p提供了對(duì)多種數(shù)據(jù)庫的支持。,抽象工廠模式,模式應(yīng)用(3) 微軟演示項(xiàng)目PetShop提供了對(duì)多種數(shù)據(jù)庫的支持。,抽象工廠模式,模式擴(kuò)展“開閉原則”的傾斜性“開閉原則”要求系統(tǒng)對(duì)擴(kuò)展開放，對(duì)修改封閉，通過擴(kuò)展達(dá)到增強(qiáng)其功能的目的。對(duì)于涉及到多個(gè)產(chǎn)品族與多個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其功能增強(qiáng)包括兩方面：(1) 增加產(chǎn)品族：對(duì)于增加新的產(chǎn)品族，工廠方法模式很好的支持了“開閉原則”，對(duì)于新增加的產(chǎn)品族，只需要對(duì)應(yīng)增加一個(gè)新的具體工廠即可，

42、對(duì)已有代碼無需做任何修改。(2) 增加新的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)：對(duì)于增加新的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)，需要修改所有的工廠角色，包括抽象工廠類，在所有的工廠類中都需要增加生產(chǎn)新產(chǎn)品的方法，沒有很好支持“開閉原則”。抽象工廠模式的這種性質(zhì)稱為“開閉原則”的傾斜性，抽象工廠模式以一種傾斜的方式支持增加新的產(chǎn)品，它為新產(chǎn)品族的增加提供方便，但不能為新的產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)的增加提供這樣的方便。,抽象工廠模式,模式擴(kuò)展工廠模式的退化 當(dāng)抽象工廠模式中每一個(gè)具體工廠類

43、只創(chuàng)建一個(gè)產(chǎn)品對(duì)象，也就是只存在一個(gè)產(chǎn)品等級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，抽象工廠模式退化成工廠方法模式；當(dāng)工廠方法模式中抽象工廠與具體工廠合并，提供一個(gè)統(tǒng)一的工廠來創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象，并將創(chuàng)建對(duì)象的工廠方法設(shè)計(jì)為靜態(tài)方法時(shí)，工廠方法模式退化成簡(jiǎn)單工廠模式。,單例模式,模式動(dòng)機(jī)對(duì)于系統(tǒng)中的某些類來說，只有一個(gè)實(shí)例很重要，例如：一個(gè)系統(tǒng)中可以存在多個(gè)打印任務(wù)，但是只能有一個(gè)正在工作的任務(wù)；一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)窗口管理器或文件系統(tǒng)；一個(gè)系統(tǒng)只能有一個(gè)計(jì)時(shí)工具或ID（序

44、號(hào)）生成器。,單例模式,模式動(dòng)機(jī)如何保證一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例并且這個(gè)實(shí)例易于被訪問呢？定義一個(gè)全局變量可以確保對(duì)象隨時(shí)都可以被訪問，但不能防止我們實(shí)例化多個(gè)對(duì)象。一個(gè)更好的解決辦法是讓類自身負(fù)責(zé)保存它的惟一實(shí)例。這個(gè)類可以保證沒有其他實(shí)例被創(chuàng)建，并且它可以提供一個(gè)訪問該實(shí)例的方法。這就是單例模式的模式動(dòng)機(jī)。,單例模式,模式定義 單例模式(Singleton Pattern)：?jiǎn)卫Ｊ酱_保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系

45、統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例，這個(gè)類稱為單例類，它提供全局訪問的方法。單例模式的要點(diǎn)有三個(gè)：一是某個(gè)類只能有一個(gè)實(shí)例；二是它必須自行創(chuàng)建這個(gè)實(shí)例；三是它必須自行向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。單例模式是一種對(duì)象創(chuàng)建型模式。單例模式又名單件模式或單態(tài)模式。,單例模式,模式定義Ensure a class has only one instance and provide a global point of access to it. Frequency

46、 of use: medium high,單例模式,模式結(jié)構(gòu),單例模式,模式結(jié)構(gòu)單例模式包含如下角色：Singleton：?jiǎn)卫?單例模式,模式分析單例模式的目的是保證一個(gè)類僅有一個(gè)實(shí)例，并提供一個(gè)訪問它的全局訪問點(diǎn)。單例模式包含的角色只有一個(gè)，就是單例類——Singleton。單例類擁有一個(gè)私有構(gòu)造函數(shù)，確保用戶無法通過new關(guān)鍵字直接實(shí)例化它。除此之外，該模式中包含一個(gè)靜態(tài)私有成員變量與靜態(tài)公有的工廠方法，該工廠方法負(fù)責(zé)檢驗(yàn)實(shí)例

47、的存在性并實(shí)例化自己，然后存儲(chǔ)在靜態(tài)成員變量中，以確保只有一個(gè)實(shí)例被創(chuàng)建。,單例模式,模式分析單例模式的實(shí)現(xiàn)代碼如下所示：,單例模式,模式分析在單例模式的實(shí)現(xiàn)過程中，需要注意如下三點(diǎn)：?jiǎn)卫惖臉?gòu)造函數(shù)為私有；提供一個(gè)自身的靜態(tài)私有成員變量；提供一個(gè)公有的靜態(tài)工廠方法。,單例模式,單例模式實(shí)例與解析實(shí)例一：身份證號(hào)碼在現(xiàn)實(shí)生活中，居民身份證號(hào)碼具有惟一性，同一個(gè)人不允許有多個(gè)身份證號(hào)碼，第一次申請(qǐng)身份證時(shí)將給居民分配一個(gè)身份

48、證號(hào)碼，如果之后因?yàn)檫z失等原因補(bǔ)辦時(shí)，還是使用原來的身份證號(hào)碼，不會(huì)產(chǎn)生新的號(hào)碼。現(xiàn)使用單例模式模擬該場(chǎng)景。,單例模式,單例模式實(shí)例與解析實(shí)例一：身份證號(hào)碼,單例模式,單例模式實(shí)例與解析實(shí)例一：身份證號(hào)碼參考代碼,演示……,單例模式,單例模式實(shí)例與解析實(shí)例二：打印池在操作系統(tǒng)中，打印池(Print Spooler)是一個(gè)用于管理打印任務(wù)的應(yīng)用程序，通過打印池用戶可以刪除、中止或者改變打印任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，在一個(gè)系統(tǒng)中只允許運(yùn)行一個(gè)

49、打印池對(duì)象，如果重復(fù)創(chuàng)建打印池則拋出異?！，F(xiàn)使用單例模式來模擬實(shí)現(xiàn)打印池的設(shè)計(jì)。,單例模式,單例模式實(shí)例與解析實(shí)例二：打印池,單例模式,單例模式實(shí)例與解析實(shí)例二：打印池參考代碼,演示……,單例模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)單例模式的優(yōu)點(diǎn)如下：提供了對(duì)惟一實(shí)例的受控訪問。因?yàn)閱卫惙庋b了它的惟一實(shí)例，所以它可以嚴(yán)格控制客戶怎樣以及何時(shí)訪問它，并為設(shè)計(jì)及開發(fā)團(tuán)隊(duì)提供了共享的概念。由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個(gè)對(duì)象，因此可以節(jié)約系統(tǒng)資源，對(duì)于一些需

50、要頻繁創(chuàng)建和銷毀的對(duì)象單例模式無疑可以提高系統(tǒng)的性能。允許可變數(shù)目的實(shí)例?；趩卫Ｊ轿覀兛梢赃M(jìn)行擴(kuò)展，使用與單例控制相似的方法來獲得指定個(gè)數(shù)的對(duì)象實(shí)例。,單例模式,模式優(yōu)缺點(diǎn)單例模式的缺點(diǎn)如下：由于單例模式中沒有抽象層，因此單例類的擴(kuò)展有很大的困難。單例類的職責(zé)過重，在一定程度上違背了“單一職責(zé)原則”。因?yàn)閱卫惣瘸洚?dāng)了工廠角色，提供了工廠方法，同時(shí)又充當(dāng)了產(chǎn)品角色，包含一些業(yè)務(wù)方法，將產(chǎn)品的創(chuàng)建和產(chǎn)品的本身的功能融合到一起。

51、濫用單例將帶來一些負(fù)面問題，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫連接池對(duì)象設(shè)計(jì)為單例類，可能會(huì)導(dǎo)致共享連接池對(duì)象的程序過多而出現(xiàn)連接池溢出；現(xiàn)在很多面向?qū)ο笳Z言(如Java、C#)的運(yùn)行環(huán)境都提供了自動(dòng)垃圾回收的技術(shù)，因此，如果實(shí)例化的對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間不被利用，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為它是垃圾，會(huì)自動(dòng)銷毀并回收資源，下次利用時(shí)又將重新實(shí)例化，這將導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)的丟失。,單例模式,模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用單例模式：系統(tǒng)只需要一個(gè)實(shí)例對(duì)象，如系統(tǒng)要求提供一個(gè)惟一

52、的序列號(hào)生成器，或者需要考慮資源消耗太大而只允許創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象?？蛻粽{(diào)用類的單個(gè)實(shí)例只允許使用一個(gè)公共訪問點(diǎn)，除了該公共訪問點(diǎn)，不能通過其他途徑訪問該實(shí)例。補(bǔ)充：在一個(gè)系統(tǒng)中要求一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例時(shí)才應(yīng)當(dāng)使用單例模式。反過來，如果一個(gè)類可以有幾個(gè)實(shí)例共存，就需要對(duì)單例模式進(jìn)行改進(jìn)，使之成為多例模式。,單例模式,模式應(yīng)用(1) java.lang.Runtime類,public class Runtime { private

53、static Runtime currentRuntime = new Runtime(); public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime; } private Runtime() {} ......},單例模式,模式應(yīng)用(2) 一個(gè)具有自動(dòng)編號(hào)主鍵的表可以有多個(gè)用戶同時(shí)使用，但數(shù)據(jù)庫中只能有一個(gè)地方分配下一個(gè)主鍵編號(hào)，否則會(huì)

54、出現(xiàn)主鍵重復(fù)，因此該主鍵編號(hào)生成器必須具備惟一性，可以通過單例模式來實(shí)現(xiàn)。,單例模式,模式應(yīng)用(3) 默認(rèn)情況下，Spring會(huì)通過單例模式創(chuàng)建bean實(shí)例：,單例模式,模式擴(kuò)展餓漢式單例類,單例模式,模式擴(kuò)展懶漢式單例類,單例模式,模式擴(kuò)展餓漢式單例與懶漢式單例類比較餓漢式單例類在自己被加載時(shí)就將自己實(shí)例化。單從資源利用效率角度來講，這個(gè)比懶漢式單例類稍差些。從速度和反應(yīng)時(shí)間角度來講，則比懶漢式單例類稍好些。懶漢式單例類在