Leetcode-设计模式-构建型模式_leetcode 单例模式

设计模式-构建型模式

一、工厂模式

1、简单工厂模式（让一个工厂创建所有对象）

工厂模式缺点：

• 让一个工厂类承担构建所有对象的职责，一是如果需要生产的产品过多，此模式会导致工厂类过于庞大，承担过多的职责，变成超级类。违背了单一职责原则。
• 二是当要生产新的产品时，必须在工厂类中添加新的分支。而开闭原则告诉我们：类应该对修改封闭。我们希望在添加新功能时，只需增加新的类，而不是修改既有的类，所以这就违背了开闭原则。

public class FruitFactory {
    public Fruit create(String type) {
        switch (type) {
            case "苹果":
                AppleSeed appleSeed = new AppleSeed();
                Sunlight sunlight = new Sunlight();
                Water water = new Water();
                return new Apple(appleSeed, sunlight, water);
            case "梨子":
                return new Pear();
            default:
                throw new IllegalArgumentException("暂时没有这种水果");
        }
    }
}
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2、工厂方法模式（每个产品有一个专属工厂）

虽然每个产品都有自己的工厂，但是还是满足单一职责和开闭原则的。

• 1、如果苹果的生产过程需要修改时，只需修改苹果工厂，调用方不需要修改。梨子的生产过程需要修改时，只需修改梨子工厂。符合单一职责原则。
• 2、当需要生产新的产品时，无需更改既有的工厂，只需要添加新的工厂即可。保持了面向对象的可扩展性，符合开闭原则。

public class User {
    private void eat(){
        AppleFactory appleFactory = new AppleFactory();
        Fruit apple = appleFactory.create();
        PearFactory pearFactory = new PearFactory();
        Fruit pear = pearFactory.create();
        apple.eat();
        pear.eat();
    }
}
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3、抽象工厂模式（定义接口，提取出工厂的接口，使用时无需关心是哪个工厂类，适合横向扩展（新增工厂），不适合纵向扩展（新增功能））

提供接口，我们在创建时指定了具体的工厂类后，在使用时就无需再关心是哪个工厂类，只需要将此工厂当作抽象的 IFactory 接口使用即可。这种经过抽象的工厂方法模式被称作抽象工厂模式。

public class User {
    private void eat(){
        IFactory appleFactory = new AppleFactory();
        Fruit apple = appleFactory.create();
        IFactory pearFactory = new PearFactory();
        Fruit pear = pearFactory.create();
        apple.eat();
        pear.eat();
    }
}
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实际上抽象工厂模式主要用于替换一系列方法。

例如将程序中的 SQL Server 数据库整个替换为 Access 数据库，使用抽象方法模式的话，只需在 IFactory 接口中定义好增删改查四个方法，让 SQLFactory 和 AccessFactory 实现此接口，调用时直接使用 IFactory 中的抽象方法即可，调用者无需知道使用的什么数据库，我们就可以非常方便的整个替换程序的数据库，并且让客户端毫不知情。

抽象工厂模式很好的发挥了开闭原则、依赖倒置原则，但缺点是抽象工厂模式太重了，如果 IFactory 接口需要新增功能，则会影响到所有的具体工厂类。所以抽象工厂模式适用于增加同类工厂这样的横向扩展需求，不适合新增功能这样的纵向扩展。

二、单例模式

1、饿汉式

饿汉式：变量在声明时便初始化。

public class Singleton {
  
    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}
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2、懒汉式

public class Singleton {
    
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
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问：双检锁单例模式中，volatile 主要用来防止哪几条指令重排序？如果发生了重排序，会导致什么样的错误？

答案：

instance = new Singleton();
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这一行代码中，执行了三条重要的指令：

• 分配对象的内存空间
• 初始化对象
• 将变量 instance 指向刚分配的内存空间

在这个过程中，如果第二条指令和第三条指令发生了重排序，可能导致 instance 还未初始化时，其他线程提前通过双检锁外层的 null 检查，获取到“不为 null，但还没有执行初始化”的 instance 对象，发生空指针异常。

三、建造者模式（通过链式调用创建对象，建造者模式主要应用于构建过程稳定，可通过不同配置建造出不同对象的场景。）

意图：将一个复杂的构建与其表示相分离，使得同样的构建过程可以创建不同的表示。
何时使用：一些基本部件不会变，而其组合经常变化的时候。

使用建造者模式表示如下：

public class MilkTea {
    private final String type;
    private final String size;
    private final boolean pearl;
    private final boolean ice;

	private MilkTea() {}
	
    private MilkTea(Builder builder) {
        this.type = builder.type;
        this.size = builder.size;
        this.pearl = builder.pearl;
        this.ice = builder.ice;
    }

    public String getType() {
        return type;
    }

    public String getSize() {
        return size;
    }

    public boolean isPearl() {
        return pearl;
    }
    public boolean isIce() {
        return ice;
    }

    public static class Builder {

        private final String type;
        private String size = "中杯";
        private boolean pearl = true;
        private boolean ice = false;

        public Builder(String type) {
            this.type = type;
        }

        public Builder size(String size) {
            this.size = size;
            return this;
        }

        public Builder pearl(boolean pearl) {
            this.pearl = pearl;
            return this;
        }

        public Builder ice(boolean cold) {
            this.ice = cold;
            return this;
        }

        public MilkTea build() {
            return new MilkTea(this);
        }
    }
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public class User {
    private void buyMilkTea() {
        MilkTea milkTea = new MilkTea.Builder("原味").build();
        show(milkTea);

        MilkTea chocolate =new MilkTea.Builder("巧克力味")
                .ice(false)
                .build();
        show(chocolate);
        
        MilkTea strawberry = new MilkTea.Builder("草莓味")
                .size("大杯")
                .pearl(false)
                .ice(true)
                .build();
        show(strawberry);
    }

    private void show(MilkTea milkTea) {
        String pearl;
        if (milkTea.isPearl())
            pearl = "加珍珠";
        else
            pearl = "不加珍珠";
        String ice;
        if (milkTea.isIce()) {
            ice = "加冰";
        } else {
            ice = "不加冰";
        }
        System.out.println("一份" + milkTea.getSize() + "、"
                + pearl + "、"
                + ice + "的"
                + milkTea.getType() + "奶茶");
    }
}
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可以看到，我们将 MilkTea 的构造方法设置为私有的，所以外部不能通过 new 构建出 MilkTea 实例，只能通过 Builder 构建。对于必须配置的属性，通过 Builder 的构造方法传入，可选的属性通过 Builder 的链式调用方法传入，如果不配置，将使用默认配置，也就是中杯、加珍珠、不加冰。

四、原型模式

手写clone方法

public class MilkTea{
    public String type;
    public boolean ice;

    public MilkTea clone(){
        MilkTea milkTea = new MilkTea();
        milkTea.type = this.type;
        milkTea.ice = this.ice;
        return milkTea;
    }
}
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private void order(){
    MilkTea milkTeaOfJay = new MilkTea();
    milkTeaOfJay.type = "原味";
    milkTeaOfJay.ice = false;
    
    MilkTea yourMilkTea = milkTeaOfJay.clone();
    
    // 一千位粉丝都调用 milkTeaOfJay 的 clone 方法即可
    ...
}
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java自带的Cloneable（不需手写Clone方法）

public class MilkTea implements Cloneable{
    public String type;
    public boolean ice;

    @NonNull
    @Override
    protected MilkTea clone() throws CloneNotSupportedException {
        return (MilkTea) super.clone();
    }
}
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值得注意的是，Java 自带的 clone 方法是浅拷贝的。也就是说调用此对象的 clone 方法，只有基本类型的参数会被拷贝一份，非基本类型的对象不会被拷贝一份，而是继续使用传递引用的方式。如果需要实现深拷贝，必须要自己手动修改 clone 方法才行。

总结

• 工厂方法模式：为每一类对象建立工厂，将对象交由工厂创建，客户端只和工厂打交道。
• 抽象工厂模式：为每一类工厂提取出抽象接口，使得新增工厂、替换工厂变得非常容易。
• 建造者模式：用于创建构造过程稳定的对象，不同的 Builder 可以定义不同的配置。
• 单例模式：全局使用同一个对象，分为饿汉式和懒汉式。懒汉式有双检锁和内部类两种实现方式。
• 原型模式：为一个类定义 clone 方法，使得创建相同的对象更方便。