Java设计模式之创建型模式详解

# 1. 引言

#### 1.1 设计模式概述
设计模式是对软件设计中一种常见问题的解决方案的描述，它提供了一套经过验证的、可复用的设计解决方案，可以帮助开发人员更加高效地编写可维护和可扩展的代码。设计模式为软件开发提供了一种标准的方法和术语，使得团队成员之间的沟通更加容易，同时也提供了一种共享和复用的知识库。

#### 1.2 创建型模式简介
创建型模式是设计模式的一种分类，它关注对象的创建方式，提供了一种实例化对象的方法。创建型模式通过隐藏对象的具体实现方式，使得对象的创建过程与使用过程分离，从而降低了系统的耦合度，增强了系统的灵活性和可扩展性。

#### 1.3 本文内容概要
本文将介绍几种常用的创建型模式，包括单例模式、工厂方法模式、建造者模式、原型模式和抽象工厂模式。我们将详细解释每种模式的定义、适用场景和实现方式，并通过示例代码演示其具体用法。通过学习这些模式，读者可以更好地理解和运用设计模式，提高代码质量和开发效率。

# 2. 单例模式

### 2.1 单例模式的定义及适用场景

单例模式是一种创建型设计模式，它保证某个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取这个实例。

适用场景：
- 当一个类只能有一个实例，并且该实例需要被全局访问时，可以使用单例模式。
- 当多个并发线程需要共享一些数据时，可以使用单例模式保证数据的一致性。
- 当资源的创建和销毁需要花费较大代价时，可以使用单例模式延迟初始化。

### 2.2 饿汉式单例模式

饿汉式单例模式在类加载时就创建了单例对象，因此在使用时无需考虑线程安全问题。

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

    private Singleton() {}

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

### 2.3 懒汉式单例模式

懒汉式单例模式在第一次使用时才进行实例化，实现了延迟加载的效果，但需要考虑线程安全问题。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

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

### 2.4 双重检查锁定单例模式

双重检查锁定单例模式在懒汉式的基础上进行了改进，通过加锁的方式解决了线程安全问题，并且在实例已经创建的情况下无需加锁。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

以上是单例模式的几种常见实现方式，根据实际需求和对线程安全的要求，选择合适的方式来实现单例模式。

# 3. 工厂方法模式

工厂方法模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂方法模式中，我们不再由一个单一的工厂类来创建全部的对象，而是由实现了工厂接口的多个工厂类来创建不同类型的对象。

工厂方法模式主要包括了简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式三种形式。每种形式都有其特定的应用场景和优缺点，下面将一一介绍这三种工厂方法模式的概念和实现方式。

### 3.1 工厂方法模式的基本概念

工厂方法模式的核心思想是定义一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。这样，工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。这样，在不改变其结构的情况下，可以通过增加具体的工厂来创建新的产品对象，而客户端代码会完全保持不变。

### 3.2 简单工厂模式

简单工厂模式并不属于 23 种经典设计模式之一，它的作用是由一个工厂类根据传入的参数，动态决定应该创建哪一个产品类的实例。简单工厂模式不符合"开闭原则"，因为在工厂类中添加新产品，需要修改工厂类的判断逻辑，不利于后期的维护和扩展。

### 3.3 工厂方法模式

工厂方法模式是对简单工厂模式的进一步抽象和推广，它是一种常用的工厂模式。在工厂方法模式中，我们定义一个创建对象的接口，但让子类来决定实例化哪个类。这样，工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。

### 3.4 抽象工厂模式

抽象工厂模式是最复杂的工厂模式之一，它提供了一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无须指定它们的具体类。抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，它的最大好处是可以创建多个产品家族，而不需要修改已有代码。

希望以上内容能够为您对工厂方法模式有个整体的了解。

# 4. 建造者模式

#### 4.1 建造者模式的作用和特点
建造者模式是一种对象创建型模式，其主要作用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。它将构建过程封装在指挥者类中，而实际的构建细节则由具体的建造者类负责实现。建造者模式的特点包括以下几点：
- 将一个复杂对象的构建过程和它的部件的表示分离，从而可以构造出不同的产品
- 可以对构建过程进行精细化控制，使得构建过程更加灵活
- 具体的建造者类之间相互独立，易于扩展和维护
- 客户端不需要关心产品的构建细节，只需要关心指挥者类和具体建造者类即可

#### 4.2 建造者模式的角色分析
建造者模式涉及到以下几个角色：
- 产品角色：包含多个组成部件的复杂对象
- 抽象建造者：定义了创建产品各个部件的抽象接口，一般包括建造方法和返回方法
- 具体建造者：实现抽象建造者接口，负责具体部件的创建
- 指挥者：负责调用具体建造者，控制产品的创建过程

#### 4.3 建造者模式的实例代码解析

// 产品角色
class