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,教學內(nèi)容,創(chuàng)建型模式簡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)對類的實例化過程進行了抽象，能夠?qū)④浖K中對象的創(chuàng)建和對象的使用分離。為了使軟件的結(jié)構(gòu)更加清晰，外界對于這些對象只需要知道它們共同的接口，而不清楚其具體的實現(xiàn)細節(jié)，使整個系統(tǒng)的設(shè)計更加符合單一職責原則。,

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)，何時創(chuàng)建(When)等方面都為軟件設(shè)計者提供了盡可能大的靈活性。創(chuàng)建型模式隱藏了類的實例的創(chuàng)建細節(jié)，通過隱藏對象如何被創(chuàng)建和組合在一起達到使整個系統(tǒng)獨立的目的。,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)建型模式簡介,簡單工廠模式,模式動機只要說出水果的名字就能得到想要的水果。,簡單工廠模式,模式動機考慮一個簡單的軟件應用場景，一個軟件系統(tǒng)可以提供多個外觀不同的按鈕（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，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參數(shù)，并提供一個調(diào)用方便的方法，把該參數(shù)傳入方法即可返回一個相應的按鈕對象，此時，就可以使用簡單工廠模式。,簡單工廠模式,模式定義簡單工廠模式(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例。簡單工廠模式專門定義一個類來負責創(chuàng)建其他類的實例，被創(chuàng)建的實例通常都具有共同的父類。,簡單工廠模式,模式結(jié)構(gòu),簡單工廠模式,模式結(jié)構(gòu)簡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,簡單工廠模式,模式分析分析如下代碼：,,代碼復雜，難以維護,簡單工廠模式,模式分析重構(gòu)后的代碼：,,,抽象支付類,具體支付類,簡單工廠模

6、式,模式分析重構(gòu)后的代碼：,,支付工廠,簡單工廠模式,模式分析將對象的創(chuàng)建和對象本身業(yè)務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容易。 在調(diào)用工廠類的工廠方法時，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簡單的參數(shù)即可，在實際開發(fā)中，還可以在調(diào)用時將所傳入的參數(shù)保存在XML等格式的配置文件中，修改參數(shù)時無需修改任何Java源代碼。簡單工廠模式最大的問題在于工廠類的職責相對過重，增加

7、新的產(chǎn)品需要修改工廠類的判斷邏輯，這一點與開閉原則是相違背的。簡單工廠模式的要點在于：當你需要什么，只需要傳入一個正確的參數(shù)，就可以獲取你所需要的對象，而無需知道其創(chuàng)建細節(jié)。,簡單工廠模式,模式實例與解析實例一：簡單電視機工廠某電視機廠專為各知名電視機品牌代工生產(chǎn)各類電視機，當需要海爾牌電視機時只需要在調(diào)用該工廠的工廠方法時傳入?yún)?shù)“Haier”，需要海信電視機時只需要傳入?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?，F(xiàn)使用簡單工廠模式來模擬該電視機工廠的生產(chǎn)過程。,簡單工廠模式,模式實例與解析實例一：簡單電視機工廠,簡單工廠模式,模式實例與解析實例一：簡單電視機工廠參考代碼,演示……,簡單工廠模式,模式實例與解析實例二：權(quán)限管理在某OA系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)對比用戶在登錄時輸入的賬號和密碼以及在數(shù)據(jù)庫中存儲的賬號和密碼是否一致來進行身份驗證，如果驗證通過，則取出存儲在數(shù)據(jù)庫中的用戶權(quán)限等級（以整數(shù)形式存儲），根據(jù)不同的權(quán)限等級創(chuàng)建

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

10、提供了專門的工廠類用于創(chuàng)建對象。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)品類所對應的參數(shù)即可，對于一些復雜的類名，通過簡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。,簡單工廠模式,模式優(yōu)缺點簡單工廠模式的缺點如下：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，整個系統(tǒng)都要受到影響。使用簡單工廠模式將會增加系

11、統(tǒng)中類的個數(shù)，在一定程序上增加了系統(tǒng)的復雜度和理解難度。系統(tǒng)擴展困難，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，有可能造成工廠邏輯過于復雜，不利于系統(tǒng)的擴展和維護。簡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結(jié)構(gòu)。,簡單工廠模式,模式適用環(huán)境在以下情況下可以使用簡單工廠模式：工廠類負責創(chuàng)建的對象比較少：由于創(chuàng)建的對象較少，不會造成工廠方法中的業(yè)務邏輯太過復雜；客戶端只知道傳入工廠類的參數(shù)，

12、對于如何創(chuàng)建對象不關(guān)心：客戶端既不需要關(guān)心創(chuàng)建細節(jié)，甚至連類名都不需要記住，只需要知道類型所對應的參數(shù)。,簡單工廠模式,模式應用(1) 在JDK類庫中廣泛使用了簡單工廠模式，如工具類java.text.DateFormat，它用于格式化一個本地日期或者時間。,簡單工廠模式,模式應用 (2) Java密碼學參考代碼：DESEncrypt.java,簡單工廠模式,模式擴展簡單工廠模式的簡化：在有些情況下工廠類可以由抽象產(chǎn)

13、品角色扮演，一個抽象產(chǎn)品類同時也是子類的工廠，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,簡單工廠模式的不足在簡單工廠模式中，只提供了一個工廠類，該工廠類處于對產(chǎn)品類進行實例化的中心位置，它知道每一個產(chǎn)品對象的創(chuàng)建細節(jié)，并決定何時實例化哪一個產(chǎn)品類。簡單工廠模式最大的缺點是當有新產(chǎn)品要加入到系統(tǒng)中時，必須修改工廠類，加入必要的處理邏輯，這違背了“開閉原則”。在簡單工廠模式中，所有的產(chǎn)品都是由同一個工廠創(chuàng)建，工廠類職責較重，

14、業(yè)務邏輯較為復雜，具體產(chǎn)品與工廠類之間的耦合度高，嚴重影響了系統(tǒng)的靈活性和擴展性，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,模式動機考慮這樣一個系統(tǒng)，按鈕工廠類可以返回一個具體的按鈕實例，如圓形按鈕、矩形按鈕、菱形按鈕等。在這個系統(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，這就使得整個設(shè)計在一定程度上違反了“開閉原則”。,工廠方法模式,模式動機現(xiàn)在對該系

15、統(tǒng)進行修改，不再設(shè)計一個按鈕工廠類來統(tǒng)一負責所有產(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)建一個具體的工廠類就可以獲得該新按鈕的實例，這一特點無疑使得工廠方法模式具有超越簡單工

16、廠模式的優(yōu)越性，更加符合“開閉原則”。,工廠方法模式,模式動機使用工廠方法模式實現(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，它屬于對象創(chuàng)建型模式。在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創(chuàng)建產(chǎn)品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產(chǎn)品對象，這樣做的目的是將產(chǎn)品類的實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該實例化哪一個具體產(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單工廠模式的進一步抽象和推廣。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單工廠模式的優(yōu)點，而且克服了它的缺點。在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負責所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體

19、創(chuàng)建工作交給子類去做。這個核心類僅僅負責給出具體工廠必須實現(xiàn)的接口，而不負責哪一個產(chǎn)品類被實例化這種細節(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新產(chǎn)品。,工廠方法模式,模式分析當系統(tǒng)擴展需要添加新的產(chǎn)品對象時，僅僅需要添加一個具體產(chǎn)品對象以及一個具體工廠對象，原有工廠對象不需要進行任何修改，也不需要修改客戶端，很好地符合了“開閉原則”。而簡單工廠模式在添加新產(chǎn)品對象后不得不修改工廠方法，擴展性不好。工廠方法模式退化

20、后可以演變成簡單工廠模式。,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)的可擴展性和靈活性，在定義工廠和產(chǎn)品時都必須使用抽象層，如果需要更換產(chǎn)品類，只需要更換對應的工廠即可，其他代碼不需要進行任何修改。,工廠方法模式,模式分析配置文件代碼：在實際的應用開發(fā)中，一般將具體工廠類的實例化過程進行改進，不直

21、接使用new關(guān)鍵字來創(chuàng)建對象，而是將具體類的類名寫入配置文件中，再通過Java的反射機制，讀取XML格式的配置文件，根據(jù)存儲在XML文件中的類名字符串生成對象。,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,模式實例與解析實例一：電視機工廠將原有的工廠進行分割，為每種品牌的電視機提供一個子工廠，海爾工廠專門負責生產(chǎn)海爾電視機，海信工廠專門負責生產(chǎn)海信電視機，如

22、果需要生產(chǎn)TCL電視機或創(chuàng)維電視機，只需要對應增加一個新的TCL工廠或創(chuàng)維工廠即可，原有的工廠無需做任何修改，使得整個系統(tǒng)具有更加的靈活性和可擴展性。,工廠方法模式,模式實例與解析實例一：電視機工廠,工廠方法模式,模式實例與解析實例一：電視機工廠參考代碼,演示……,工廠方法模式,模式實例與解析實例二：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)要求動態(tài)選擇日志記錄方式，現(xiàn)使用工廠

23、方法模式設(shè)計該系統(tǒng)。,工廠方法模式,模式實例與解析實例二：日志記錄器,工廠方法模式,模式優(yōu)缺點工廠方法模式的優(yōu)點如下：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，同時還向客戶隱藏了哪種具體產(chǎn)品類將被實例化這一細節(jié)，用戶只需要關(guān)心所需產(chǎn)品對應的工廠，無需關(guān)心創(chuàng)建細節(jié)，甚至無需知道具體產(chǎn)品類的類名?；诠S角色和產(chǎn)品角色的多態(tài)性設(shè)計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)品對象，而如何創(chuàng)建這個對象的細節(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，就正是因為所有的具體工廠類都具有同一抽象父類。使用工廠方法模式的另一個優(yōu)點是在系統(tǒng)中加入新產(chǎn)品時，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，而只要添加一個具體工廠和具體產(chǎn)品就可以了，這樣，系統(tǒng)的可擴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)缺點工廠方法模式的缺點如下：在添加新產(chǎn)品時，需要編寫新的具體產(chǎn)品

25、類，而且還要提供與之對應的具體工廠類，系統(tǒng)中類的個數(shù)將成對增加，在一定程度上增加了系統(tǒng)的復雜度，有更多的類需要編譯和運行，會給系統(tǒng)帶來一些額外的開銷。由于考慮到系統(tǒng)的可擴展性，需要引入抽象層，在客戶端代碼中均使用抽象層進行定義，增加了系統(tǒng)的抽象性和理解難度，且在實現(xiàn)時可能需要用到DOM、反射等技術(shù)，增加了系統(tǒng)的實現(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：一個類不知道它所需要的對象的類：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，只需要知道所對應的工廠即可，具體的產(chǎn)品對象由具體工廠類創(chuàng)建；客戶端需要知道創(chuàng)建具體產(chǎn)品的工廠類。一個類通過其子類來指定創(chuàng)建哪個對象：在工廠方法模式中，對于抽象工廠類只需要提供一個創(chuàng)建產(chǎn)品的接口，而由其子類來確定具體要創(chuàng)建的對象，利用面向?qū)ο蟮亩鄳B(tài)性和里氏代換原則，在程序運行時，子類對象將覆蓋父類對象，從而使得系統(tǒng)更容易擴展。將創(chuàng)建對象的任務委托給多個工廠子類中的某一個，客戶端在使用時可以無需關(guān)心是哪

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

28、，從而使具體工廠角色實現(xiàn)這些不同的工廠方法，這些方法可以包含不同的業(yè)務邏輯，以滿足對不同的產(chǎn)品對象的需求。產(chǎn)品對象的重復使用：工廠對象將已經(jīng)創(chuàng)建過的產(chǎn)品保存到一個集合（如數(shù)組、List等）中，然后根據(jù)客戶對產(chǎn)品的請求，對集合進行查詢。如果有滿足要求的產(chǎn)品對象，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)品對象，那么就創(chuàng)建一個新的滿足要求的產(chǎn)品對象，然后將這個對象在增加到集合中，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、僅僅返回一個具體產(chǎn)品對象，便違背了工廠方法的用意，發(fā)生退化，此時就不再是工廠方法模式了。一般來說，工廠對象應當有一個抽象的父類型，如果工廠等級結(jié)構(gòu)中只有一個具體工廠類的話，抽象工廠就可以省略，也將發(fā)生了退化。當只有一個具體工廠，在具體工廠中可以創(chuàng)建所有的產(chǎn)品對象，并且工廠方法設(shè)計為靜態(tài)方法時，工廠方法模式就退化成簡單工廠模式。,抽象工廠模式,模式動機在工廠方法模式中具體工廠負責生產(chǎn)具體的產(chǎn)品，每一個具體工廠對應一種具體產(chǎn)品，工廠方法也

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

31、子類。產(chǎn)品族：在抽象工廠模式中，產(chǎn)品族是指由同一個工廠生產(chǎn)的，位于不同產(chǎn)品等級結(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、海爾電冰箱，海爾電視機位于電視機產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)中，海爾電冰箱位于電冰箱產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)中。,抽象工廠模式,模式動機產(chǎn)品族與產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)示意圖,,抽象工廠模式,模式動機當系統(tǒng)所提供的工廠所需生產(chǎn)的具體產(chǎn)品并不是一個簡單的對象，而是多個位于不同產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)中屬于不同類型的具體產(chǎn)品時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，工廠方法模式針對的是一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)，而抽象工廠模式則需要面對多個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)。一個工廠等級結(jié)構(gòu)可以負責多個不同產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)中的產(chǎn)品對象的創(chuàng)建 。當一個工廠等級結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)建出分屬于不同產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)的一個產(chǎn)品族中的所有對象時，抽象工廠模式比工廠方法模式更為簡單、有效率。,,抽象工廠模式,模式動機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)：提供一個創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對象的接口，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,模式實例與解析實例一：電器工廠一個電器工廠可以產(chǎn)生多種類型的電器，如海爾工廠可以生產(chǎn)海爾電視機、海爾空調(diào)等，TCL工廠可以生產(chǎn)TCL電視機、TCL空調(diào)等，相同品牌的電器構(gòu)成一個產(chǎn)品族，而相同類型的電器構(gòu)成了一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)，現(xiàn)使用抽象工廠模式模擬該場景。,抽象工廠模式,模式實例與解析實例一：電器工廠,抽象工廠模式,模式實例與解析實例一：電器工廠參考代碼,演示

36、……,抽象工廠模式,模式實例與解析實例二：數(shù)據(jù)庫操作工廠 某系統(tǒng)為了改進數(shù)據(jù)庫操作的性能，自定義數(shù)據(jù)庫連接對象Connection和語句對象Statement，可針對不同類型的數(shù)據(jù)庫提供不同的連接對象和語句對象，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)實際需要動態(tài)更換系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。使用抽象工廠模式設(shè)計該系統(tǒng)。,抽象工廠模式,模式實例與解析實例二：數(shù)據(jù)庫操作工廠,抽象工廠模式,模式

37、優(yōu)缺點抽象工廠模式的優(yōu)點如下：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，更換一個具體工廠就變得相對容易。所有的具體工廠都實現(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例，就可以在某種程度上改變整個軟件系統(tǒng)的行為。另外，應用抽象工廠模式可以實現(xiàn)高內(nèi)聚低耦合的設(shè)計目的，因此抽象工廠模式得到了廣泛的應用。當一個產(chǎn)品族中的多個對象被設(shè)計成一起工作時，它能夠保證客戶端始終只使用同一個產(chǎn)品族中

38、的對象。這對一些需要根據(jù)當前環(huán)境來決定其行為的軟件系統(tǒng)來說，是一種非常實用的設(shè)計模式。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)缺點抽象工廠模式的缺點如下：在添加新的產(chǎn)品對象時，難以擴展抽象工廠以便生產(chǎn)新種類的產(chǎn)品，這是因為在抽象工廠角色中規(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)品就意味著要對該接口進行擴展，而這將涉及到對抽象工廠角色及其所有子類的修改，顯然會帶來較大的不便。

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：一個系統(tǒng)不應當依賴于產(chǎn)品類實例如何被創(chuàng)建、組合和表達的細節(jié)，這對于所有類型的工廠模式都是重要的。 系統(tǒng)中有多于一個的產(chǎn)品族，而每次只使用其中某一產(chǎn)品族。屬于同一個產(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)計中體現(xiàn)出來。系統(tǒng)提供一個產(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、具體實現(xiàn)。,抽象工廠模式,模式應用(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現(xiàn)在不同的操作系統(tǒng)中應用程序呈現(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，可以使用抽象工廠模式進行設(shè)計。,抽象工廠模式,模式應用(3) 微軟演示項目PetSho

41、p提供了對多種數(shù)據(jù)庫的支持。,抽象工廠模式,模式應用(3) 微軟演示項目PetShop提供了對多種數(shù)據(jù)庫的支持。,抽象工廠模式,模式擴展“開閉原則”的傾斜性“開閉原則”要求系統(tǒng)對擴展開放，對修改封閉，通過擴展達到增強其功能的目的。對于涉及到多個產(chǎn)品族與多個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其功能增強包括兩方面：(1) 增加產(chǎn)品族：對于增加新的產(chǎn)品族，工廠方法模式很好的支持了“開閉原則”，對于新增加的產(chǎn)品族，只需要對應增加一個新的具體工廠即可，

42、對已有代碼無需做任何修改。(2) 增加新的產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)：對于增加新的產(chǎn)品等級結(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)品等級結(jié)構(gòu)的增加提供這樣的方便。,抽象工廠模式,模式擴展工廠模式的退化 當抽象工廠模式中每一個具體工廠類

43、只創(chuàng)建一個產(chǎn)品對象，也就是只存在一個產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)時，抽象工廠模式退化成工廠方法模式；當工廠方法模式中抽象工廠與具體工廠合并，提供一個統(tǒng)一的工廠來創(chuàng)建產(chǎn)品對象，并將創(chuàng)建對象的工廠方法設(shè)計為靜態(tài)方法時，工廠方法模式退化成簡單工廠模式。,單例模式,模式動機對于系統(tǒng)中的某些類來說，只有一個實例很重要，例如：一個系統(tǒng)中可以存在多個打印任務，但是只能有一個正在工作的任務；一個系統(tǒng)只能有一個窗口管理器或文件系統(tǒng)；一個系統(tǒng)只能有一個計時工具或ID（序

44、號）生成器。,單例模式,模式動機如何保證一個類只有一個實例并且這個實例易于被訪問呢？定義一個全局變量可以確保對象隨時都可以被訪問，但不能防止我們實例化多個對象。一個更好的解決辦法是讓類自身負責保存它的惟一實例。這個類可以保證沒有其他實例被創(chuàng)建，并且它可以提供一個訪問該實例的方法。這就是單例模式的模式動機。,單例模式,模式定義 單例模式(Singleton Pattern)：單例模式確保某一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系

45、統(tǒng)提供這個實例，這個類稱為單例類，它提供全局訪問的方法。單例模式的要點有三個：一是某個類只能有一個實例；二是它必須自行創(chuàng)建這個實例；三是它必須自行向整個系統(tǒng)提供這個實例。單例模式是一種對象創(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：單例,單例模式,模式分析單例模式的目的是保證一個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。單例模式包含的角色只有一個，就是單例類——Singleton。單例類擁有一個私有構(gòu)造函數(shù)，確保用戶無法通過new關(guān)鍵字直接實例化它。除此之外，該模式中包含一個靜態(tài)私有成員變量與靜態(tài)公有的工廠方法，該工廠方法負責檢驗實例

47、的存在性并實例化自己，然后存儲在靜態(tài)成員變量中，以確保只有一個實例被創(chuàng)建。,單例模式,模式分析單例模式的實現(xiàn)代碼如下所示：,單例模式,模式分析在單例模式的實現(xiàn)過程中，需要注意如下三點：單例類的構(gòu)造函數(shù)為私有；提供一個自身的靜態(tài)私有成員變量；提供一個公有的靜態(tài)工廠方法。,單例模式,單例模式實例與解析實例一：身份證號碼在現(xiàn)實生活中，居民身份證號碼具有惟一性，同一個人不允許有多個身份證號碼，第一次申請身份證時將給居民分配一個身份

48、證號碼，如果之后因為遺失等原因補辦時，還是使用原來的身份證號碼，不會產(chǎn)生新的號碼。現(xiàn)使用單例模式模擬該場景。,單例模式,單例模式實例與解析實例一：身份證號碼,單例模式,單例模式實例與解析實例一：身份證號碼參考代碼,演示……,單例模式,單例模式實例與解析實例二：打印池在操作系統(tǒng)中，打印池(Print Spooler)是一個用于管理打印任務的應用程序，通過打印池用戶可以刪除、中止或者改變打印任務的優(yōu)先級，在一個系統(tǒng)中只允許運行一個

49、打印池對象，如果重復創(chuàng)建打印池則拋出異?！，F(xiàn)使用單例模式來模擬實現(xiàn)打印池的設(shè)計。,單例模式,單例模式實例與解析實例二：打印池,單例模式,單例模式實例與解析實例二：打印池參考代碼,演示……,單例模式,模式優(yōu)缺點單例模式的優(yōu)點如下：提供了對惟一實例的受控訪問。因為單例類封裝了它的惟一實例，所以它可以嚴格控制客戶怎樣以及何時訪問它，并為設(shè)計及開發(fā)團隊提供了共享的概念。由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個對象，因此可以節(jié)約系統(tǒng)資源，對于一些需

50、要頻繁創(chuàng)建和銷毀的對象單例模式無疑可以提高系統(tǒng)的性能。允許可變數(shù)目的實例。基于單例模式我們可以進行擴展，使用與單例控制相似的方法來獲得指定個數(shù)的對象實例。,單例模式,模式優(yōu)缺點單例模式的缺點如下：由于單例模式中沒有抽象層，因此單例類的擴展有很大的困難。單例類的職責過重，在一定程度上違背了“單一職責原則”。因為單例類既充當了工廠角色，提供了工廠方法，同時又充當了產(chǎn)品角色，包含一些業(yè)務方法，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面問題，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫連接池對象設(shè)計為單例類，可能會導致共享連接池對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#)的運行環(huán)境都提供了自動垃圾回收的技術(shù)，因此，如果實例化的對象長時間不被利用，系統(tǒng)會認為它是垃圾，會自動銷毀并回收資源，下次利用時又將重新實例化，這將導致對象狀態(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)只需要一個實例對象，如系統(tǒng)要求提供一個惟一

52、的序列號生成器，或者需要考慮資源消耗太大而只允許創(chuàng)建一個對象。客戶調(diào)用類的單個實例只允許使用一個公共訪問點，除了該公共訪問點，不能通過其他途徑訪問該實例。補充：在一個系統(tǒng)中要求一個類只有一個實例時才應當使用單例模式。反過來，如果一個類可以有幾個實例共存，就需要對單例模式進行改進，使之成為多例模式。,單例模式,模式應用(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,模式應用(2) 一個具有自動編號主鍵的表可以有多個用戶同時使用，但數(shù)據(jù)庫中只能有一個地方分配下一個主鍵編號，否則會

54、出現(xiàn)主鍵重復，因此該主鍵編號生成器必須具備惟一性，可以通過單例模式來實現(xiàn)。,單例模式,模式應用(3) 默認情況下，Spring會通過單例模式創(chuàng)建bean實例：,單例模式,模式擴展餓漢式單例類,單例模式,模式擴展懶漢式單例類,單例模式,模式擴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就將自己實例化。單從資源利用效率角度來講，這個比懶漢式單例類稍差些。從速度和反應時間角度來講，則比懶漢式單例類稍好些。懶漢式單例類在