有心不在迟

设计模式之框架源码剖析（实战+图解）

Java设计模式

1，概述

随着软件开发人员人数的增多，一些公司急需一些高端人才。作为一个高端人才，设计面向对象软件是必不可少的能力，而软件设计是需要很深的功力，设计模式就要求你必须掌握。

2，本章特色

本章是从设计模式的一些相关的概念开始，再到软件设计原则，重点讲解23种设计模式，针对每一种模式都配备了相关的代码。最后通过一个综合案例将常用的设计模式使用起来。

案例经典：学习spring框架是最好的提升的途径，spring框架将面向对象体现的淋漓尽致

学习方法及建议

多思考，多问为什么，多对比多个相似的模式的区别。多实践，文章中的代码需多敲敲，通过代码多理解设计模式。多翻翻源码，学习源码可以对设计模式的应用有更好的理解

第一章设计模式概述

"设计模式"最初并不是出现在软件设计中，而是被用于建筑领域的设计中。

1977年美国著名建筑大师、加利福尼亚大学伯克利分校环境结构中心主任克里斯托夫·亚历山大（Christopher Alexander）在他的著作《建筑模式语言：城镇、建筑、构造》中描述了一些常见的建筑设计问题，并提出了 253 种关于对城镇、邻里、住宅、花园和房间等进行设计的基本模式。

1.1 软件设计模式的概念

软件设计模式（Software Design Pattern），又称设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。它描述了在软件设计过程中的一些不断重复发生的问题，以及该问题的解决方案。也就是说，它是解决特定问题的一系列套路，是前辈们的代码设计经验的总结，具有一定的普遍性，可以反复使用。

1.2 学习设计模式的必要性

设计模式的本质是面向对象设计原则的实际运用，是对类的封装性、继承性和多态性以及类的关联关系和组合关系的充分理解。

正确使用设计模式具有以下优点。

1，可以提高程序员的思维能力、编程能力和设计能力。
2，使程序设计更加标准化、代码编制更加工程化，使软件开发效率大大提高，从而缩短软件的开发周期。
3，使设计的代码可重用性高、可读性强、可靠性高、灵活性好、可维护性强。

1.3 设计模式分类

创建型模式

用于描述“怎样创建对象”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。GoF（四人组）书中提供了单例、原型、工厂方法、抽象工厂、建造者等 5 种创建型模式。

结构型模式

用于描述如何将类或对象按某种布局组成更大的结构，GoF（四人组）书中提供了代理、适配器、桥接、装饰、外观、享元、组合等 7 种结构型模式。

行为型模式

用于描述类或对象之间怎样相互协作共同完成单个对象无法单独完成的任务，以及怎样分配职责。GoF（四人组）书中提供了模板方法、策略、命令、职责链、状态、观察者、中介者、迭代器、访问者、备忘录、解释器等 11 种行为型模式

第二章软件设计原则

在软件开发中，为了提高软件系统的可维护性和可复用性，增加软件的可扩展性和灵活性，程序员要尽量根据6条原则来开发程序，从而提高软件开发效率、节约软件开发成本和维护成本。

2.1 开闭原则

对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行拓展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。简言之，是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

想要达到这样的效果，我们需要使用接口和抽象类。

因为抽象灵活性好，适应性广，只要抽象的合理，可以基本保持软件架构的稳定。而软件中易变的细节可以从抽象派生来的实现类来进行扩展，当软件需要发生变化时，只需要根据需求重新派生一个实现类来扩展就可以了。

下面以“搜狗输入法” 的皮肤为例介绍开闭原则的应用。

【例】“搜狗输入法” 的皮肤设计。

分析：“搜狗输入法” 的皮肤是输入法背景图片、窗口颜色和声音等元素的组合。用户可以根据自己的喜爱更换自己的输入法的皮肤，也可以从网上下载新的皮肤。这些皮肤有共同的特点，可以为其定义一个抽象类（AbstractSkin），而每个具体的皮肤（DefaultSpecificSkin和HeimaSpecificSkin）是其子类。用户窗体可以根据需要选择或者增加新的主题，而不需要修改原代码，所以它是满足开闭原则的

// AbstractSkin 和 SouGouInput 是 聚合关系
// 抽象皮肤类
public abstract class AbstractSkin {
    // 显示的方法
    public abstract void display();
}

public class DefaultSkin extends AbstractSkin{
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("默认皮肤");
    }
}

public class HeimaSkinSkin extends AbstractSkin{
    @Override
    public void display() {
        System.out.println("黑马皮肤");
    }
}

public class SougouInput {
    private AbstractSkin skin;

    public void setSkin(AbstractSkin skin) {
        this.skin = skin;
    }

    public void display() {
        skin.display();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建搜狗输入法对象
        SougouInput input = new SougouInput();
        // 2. 创建皮肤对象
        //DefaultSkin skin = new DefaultSkin();
        HeimaSkinSkin skin = new HeimaSkinSkin();
        // 3. 将皮肤设置到输入法中
        input.setSkin(skin);

        // 4. 显示皮肤
        input.display();
    }
}

2.2 里氏代换原则

里氏代换原则是面向对象设计的基本原则之一。

里氏代换原则：任何基类可以出现的地方，子类一定可以出现。==通俗理解：子类可以扩展父类的功能，但不能改变父类原有的功能。==换句话说，子类继承父类时，除添加新的方法完成新增功能外，尽量不要重写父类的方法。要新增功能可以实现父类或者接口的抽象方法

如果通过重写父类的方法来完成新的功能，这样写起来虽然简单，但是整个继承体系的可复用性会比较差，特别是运用多态比较频繁时，程序运行出错的概率会非常大。

下面看一个里氏替换原则中经典的一个例子

【例】正方形不是长方形。

在数学领域里，正方形毫无疑问是长方形，它是一个长宽相等的长方形。所以，我们开发的一个与几何图形相关的软件系统，就可以顺理成章的让正方形继承自长方形。

代码如下

长方形类（Rectangle）：

public class Rectangle {
    private double length;
    private double width;

    public double getLength() {
        return length;
    }

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public double getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }
}

正方形（Square）：

由于正方形的长和宽相同，所以在方法setLength和setWidth中，对长度和宽度都需要赋相同值。

public class Square extends Rectangle {
    
    public void setWidth(double width) {
        super.setLength(width);
        super.setWidth(width);
    }

    public void setLength(double length) {
        super.setLength(length);
        super.setWidth(length);
    }
}

类RectangleDemo是我们的软件系统中的一个组件，它有一个resize方法依赖基类Rectangle，resize方法是RectandleDemo类中的一个方法，用来实现宽度逐渐增长的效果。

public class RectangleDemo {
    
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        while (rectangle.getWidth() <= rectangle.getLength()) {
            rectangle.setWidth(rectangle.getWidth() + 1);
        }
    }

    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Rectangle rectangle) {
        System.out.println(rectangle.getLength());
        System.out.println(rectangle.getWidth());
    }

    public static void main(String[] args) {
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setLength(20);
        rectangle.setWidth(10);
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);

        System.out.println("============");

        Rectangle rectangle1 = new Square();
        rectangle1.setLength(10);
        resize(rectangle1);
        printLengthAndWidth(rectangle1);
    }
}

我们运行一下这段代码就会发现，假如我们把一个普通长方形作为参数传入resize方法，就会看到长方形宽度逐渐增长的效果，当宽度大于长度,代码就会停止，这种行为的结果符合我们的预期；假如我们再把一个正方形作为参数传入resize方法后，就会看到正方形的宽度和长度都在不断增长，代码会一直运行下去，直至系统产生溢出错误。所以，普通的长方形是适合这段代码的，正方形不适合。
我们得出结论：在resize方法中，Rectangle类型的参数是不能被Square类型的参数所代替，如果进行了替换就得不到预期结果。因此，Square类和Rectangle类之间的继承关系违反了里氏代换原则，它们之间的继承关系不成立，正方形不是长方形。

如何改进呢？此时我们需要重新设计他们之间的关系。抽象出来一个四边形接口(Quadrilateral)，让Rectangle类和Square类实现Quadrilateral接口

// 四边形接口
public interface Quadrilateral {
    // 获取长
    double getLength();
    // 获取宽
    double getWidth();
}

// 长方形
public class Rectangle implements Quadrilateral{
    private double length;
    private double width;

    public void setLength(double length) {
        this.length = length;
    }

    public void setWidth(double width) {
        this.width = width;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return length;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return width;
    }
}

// 正方形
public class Square implements Quadrilateral{
    private double side;

    public double getSide() {
        return side;
    }

    public void setSide(double side) {
        this.side = side;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return side;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return side;
    }
}

// 正方形
public class Square implements Quadrilateral{
    private double side;

    public double getSide() {
        return side;
    }

    public void setSide(double side) {
        this.side = side;
    }

    @Override
    public double getLength() {
        return side;
    }

    @Override
    public double getWidth() {
        return side;
    }
}

public class RectangleDemo {
    // 扩宽的方法
    public static void resize(Rectangle rectangle) {
        while (rectangle.getLength() <= rectangle.getWidth()) {
            rectangle.setLength(rectangle.getLength() + 1);
        }
    }

    //打印长方形的长和宽
    public static void printLengthAndWidth(Quadrilateral quadrilateral) {
        System.out.println(quadrilateral.getLength());
        System.out.println(quadrilateral.getWidth());
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 创建长方形对象
        Rectangle rectangle = new Rectangle();
        rectangle.setLength(20);
        rectangle.setWidth(10);
        // 调用方法进行扩宽操作
        resize(rectangle);
        printLengthAndWidth(rectangle);

        System.out.println("=============");

        Square square = new Square();
        square.setSide(20);
        printLengthAndWidth(square);
    }
}

2.3 依赖倒转原则

==高层模块不应该依赖低层模块，两者都应该依赖其抽象；抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象。==简单的说就是要求对抽象进行编程，不要对实现进行编程，这样就降低了客户与实现模块间的耦合。

下面看一个例子来理解依赖倒转原则

【例】组装电脑

现要组装一台电脑，需要配件cpu，硬盘，内存条。只有这些配置都有了，计算机才能正常的运行。选择cpu有很多选择，如Intel，AMD等，硬盘可以选择希捷，西数等，内存条可以选择金士顿，海盗船等

类图如下：

代码如下：

希捷硬盘类（XiJieHardDisk）:

public class XiJieHardDisk {

    public void save(String data) {
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据" + data);
    }

    public String get() {
        System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");
        return "数据";
    }
}

Intel处理器（IntelCpu）：

public class IntelCpu {

    public void run() {
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

金士顿内存条（KingstonMemory）：

public class KingstonMemory {

    public void save() {
        System.out.println("使用金士顿作为内存条");
    }
}

电脑（Computer）：

public class Computer {

    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private IntelCpu cpu;
    private KingstonMemory memory;

    public IntelCpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(IntelCpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(KingstonMemory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public void run() {
        System.out.println("运行计算机");

        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘上获取的数据是：" + data);

        cpu.run();

        memory.save();
    }
}

测试类（TestComputer）：

测试类用来组装电脑。

public class TestComputer {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建组件对象
        XiJieHardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
        IntelCpu cpu = new IntelCpu();
        KingstonMemory memory = new KingstonMemory();

        // 创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        // 组装计算机
        computer.setHardDisk(hardDisk);
        computer.setCpu(cpu);
        computer.setMemory(memory);

        // 运行计算机
        computer.run();
    }
}

上面代码可以看到已经组装了一台电脑，但是似乎组装的电脑的cpu只能是Intel的，内存条只能是金士顿的，硬盘只能是希捷的，这对用户肯定是不友好的，用户有了机箱肯定是想按照自己的喜好，选择自己喜欢的配件。

根据依赖倒转原则进行改进：

代码我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。

类图如下：

代码如下：

希捷硬盘类（XiJieHardDisk）:

public class XiJieHardDisk {

    public void save(String data) {
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据" + data);
    }

    public String get() {
        System.out.println("使用希捷希捷硬盘取数据");
        return "数据";
    }
}

Intel处理器（IntelCpu）：

public class IntelCpu {

    public void run() {
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

金士顿内存条（KingstonMemory）：

public class KingstonMemory {

    public void save() {
        System.out.println("使用金士顿作为内存条");
    }
}

电脑（Computer）：

public class Computer {

    private XiJieHardDisk hardDisk;
    private IntelCpu cpu;
    private KingstonMemory memory;

    public IntelCpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(IntelCpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public KingstonMemory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(KingstonMemory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public XiJieHardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(XiJieHardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public void run() {
        System.out.println("运行计算机");

        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘上获取的数据是：" + data);

        cpu.run();

        memory.save();
    }
}

测试类（TestComputer）：

测试类用来组装电脑。

public class TestComputer {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建组件对象
        XiJieHardDisk hardDisk = new XiJieHardDisk();
        IntelCpu cpu = new IntelCpu();
        KingstonMemory memory = new KingstonMemory();

        // 创建计算机对象
        Computer computer = new Computer();
        // 组装计算机
        computer.setHardDisk(hardDisk);
        computer.setCpu(cpu);
        computer.setMemory(memory);

        // 运行计算机
        computer.run();
    }
}

根据依赖倒转原则进行改进：

代码我们只需要修改Computer类，让Computer类依赖抽象（各个配件的接口），而不是依赖于各个组件具体的实现类。

类图如下：

代码如下：

硬盘接口(HardDisk) 和希捷硬盘类（XiJieHardDisk）:

public interface HardDisk {
    // 存储数据
    public void save(String data);

    // 获取数据
    public String get();
}

public class XiJieHardDisk implements HardDisk{
    @Override
    public void save(String data) {
        System.out.println("使用希捷硬盘存储数据为：" + data);
    }

    @Override
    public String get() {
        System.out.println("使用希捷硬盘获取数据");
        return "数据";
    }
}

处理器接口(Cpu) 和 Intel处理器类（IntelCpu）：

public interface Cpu {
    // 运行cpu
    public void run();
}

public class IntelCpu implements Cpu{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("使用Intel处理器");
    }
}

内存条接口(Memory) 和金士顿内存条（KingstonMemory）：

public interface Memory {
    // 保存数据
    public void save();
}

public class KingstonMemory implements Memory{
    @Override
    public void save() {
        System.out.println("使用金士顿作为内存条");
    }
}

电脑（Computer）

public class Computer {

    private HardDisk hardDisk;
    private Cpu cpu;
    private Memory memory;

    public HardDisk getHardDisk() {
        return hardDisk;
    }

    public void setHardDisk(HardDisk hardDisk) {
        this.hardDisk = hardDisk;
    }

    public Cpu getCpu() {
        return cpu;
    }

    public void setCpu(Cpu cpu) {
        this.cpu = cpu;
    }

    public Memory getMemory() {
        return memory;
    }

    public void setMemory(Memory memory) {
        this.memory = memory;
    }

    public void run() {
        System.out.println("运行计算机");

        String data = hardDisk.get();
        System.out.println("从硬盘上获取的数据是：" + data);

        cpu.run();

        memory.save();
    }
}

面向对象的开发很好的解决了这个问题，一般情况下抽象的变化概率很小，让用户程序依赖于抽象，实现的细节也依赖于抽象。即使实现细节不断变动，只要抽象不变，客户程序就不需要变化。这大大降低了客户程序与实现细节的耦合度。

2.4 接口隔离原则

客户端不应该被迫依赖于它不使用的方法；一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口上。

下面看一个例子来理解接口隔离原则

【例】安全门案例

我们需要创建一个黑马品牌的安全门，该安全门具有防火、防水、防盗的功能。可以将防火，防水，防盗功能提取成一个接口，形成一套规范。类图如下：

public interface SafetyDoor {
    // 防盗
    void antiTheft();

    // 防火
    void fireProof();

    // 防水
    void waterProof();
}

public class HeimaSafetyDoor implements SafetyDoor{
    @Override
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    @Override
    public void fireProof() {
        System.out.println("防火");
    }

    @Override
    public void waterProof() {
        System.out.println("防水");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HeimaSafetyDoor safetyDoor = new HeimaSafetyDoor();
        safetyDoor.antiTheft();
        safetyDoor.fireProof();
        safetyDoor.waterProof();
    }
}

上面的设计我们发现了它存在的问题，黑马品牌的安全门具有防盗，防水，防火的功能。现在如果我们还需要再创建一个传智品牌的安全门，而该安全门只具有防盗、防水功能呢？很显然如果实现SafetyDoor接口就违背了接口隔离原则，那么我们如何进行修改呢？看如下类图：

代码如下：

AntiTheft（接口）：

public interface AntiTheft {
    void antiTheft();
}

Fireproof（接口）：

public interface Waterproof {
    void waterproof();
}

HeiMaSafetyDoor（类）：

public class HeiMaSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof,Waterproof {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof() {
        System.out.println("防火");
    }


    public void waterproof() {
        System.out.println("防水");
    }
}

ItcastSafetyDoor（类）：

public class ItcastSafetyDoor implements AntiTheft,Fireproof {
    public void antiTheft() {
        System.out.println("防盗");
    }

    public void fireproof() {
        System.out.println("防火");
    }
}

测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HeiMaSafetyDoor heiMaSafetyDoor = new HeiMaSafetyDoor();
        heiMaSafetyDoor.antiTheft();
        heiMaSafetyDoor.fireproof();
        heiMaSafetyDoor.waterproof();

        System.out.println("=======");
        ItcastSafetyDoor itcastSafetyDoor = new ItcastSafetyDoor();
        itcastSafetyDoor.antiTheft();
        itcastSafetyDoor.fireproof();
    }
}

3.5 迪米特法则

迪米特法则又叫最少知识原则。

只和你的直接朋友交谈，不跟“陌生人”说话（Talk only to your immediate friends and not to strangers）。

其含义是：==如果两个软件实体无须直接通信，那么就不应当发生直接的相互调用，可以通过第三方转发该调用。==其目的是降低类之间的耦合度，提高模块的相对独立性。

迪米特法则中的“朋友”是指：当前对象本身、当前对象的成员对象、当前对象所创建的对象、当前对象的方法参数等，这些对象同当前对象存在关联、聚合或组合关系，可以直接访问这些对象的方法。

下面看一个例子来理解迪米特法则

【例】明星与经纪人的关系实例

明星由于全身心投入艺术，所以许多日常事务由经纪人负责处理，如和粉丝的见面会，和媒体公司的业务洽淡等。这里的经纪人是明星的朋友，而粉丝和媒体公司是陌生人，所以适合使用迪米特法则。

类图如下：

代码如下：

明星类（Star）

public class Star {
    private String name;

    public Star(String name) {
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

粉丝类（Fans）

public class Fans {
    private String name;

    public Fans(String name) {
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

媒体公司类（Company）

public class Company {
    private String name;

    public Company(String name) {
        this.name=name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }
}

经纪人类（Agent）

public class Agent {
    private Star star;
    private Fans fans;
    private Company company;

    public void setStar(Star star) {
        this.star = star;
    }

    public void setFans(Fans fans) {
        this.fans = fans;
    }

    public void setCompany(Company company) {
        this.company = company;
    }

    public void meeting() {
        System.out.println(fans.getName() + "与明星" + star.getName() + "见面了。");
    }

    public void business() {
        System.out.println(company.getName() + "与明星" + star.getName() + "洽淡业务。");
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建经济人类
        Agent agent = new Agent();
        agent.setStar(new Star("白鹿"));
        agent.setFans(new Fans("李四"));
        agent.setCompany(new Company("媒体公司"));

        agent.meeting();
        agent.business();
    }
}

2.6 合成复用原则

合成复用原则是指：尽量先使用组合或者聚合等关联关系来实现，其次才考虑使用继承关系来实现。

通常类的复用分为继承复用和合成复用两种。

继承复用虽然有简单和易实现的优点，但它也存在以下缺点：

    1，继承复用破坏了类的封装性。因为继承会将父类的实现细节暴露给子类，父类对子类是透明的，所以这种复用又称为“白箱”复用。
    2，子类与父类的耦合度高。父类的实现的任何改变都会导致子类的实现发生变化，这不利于类的扩展与维护。
    3，它限制了复用的灵活性。从父类继承而来的实现是静态的，在编译时已经定义，所以在运行时不可能发生变化。

采用组合或聚合复用时，可以将已有对象纳入新对象中，使之成为新对象的一部分，新对象可以调用已有对象的功能，它有以下优点：

    1，它维持了类的封装性。因为成分对象的内部细节是新对象看不见的，所以这种复用又称为“黑箱”复用。
    2，对象间的耦合度低。可以在类的成员位置声明抽象。
    3，复用的灵活性高。这种复用可以在运行时动态进行，新对象可以动态地引用与成分对象类型相同的对象。

下面看一个例子来理解合成复用原则

【例】汽车分类管理程序

汽车按“动力源”划分可分为汽油汽车、电动汽车等；按“颜色”划分可分为白色汽车、黑色汽车和红色汽车等。如果同时考虑这两种分类，其组合就很多。类图如下：

从上面类图我们可以看到使用继承复用产生了很多子类，如果现在又有新的动力源或者新的颜色的话，就需要再定义新的类。我们试着将继承复用改为聚合复用看一下。

第三章创建者模式（5种）

创建型模式的主要关注点是“怎样创建对象？”，它的主要特点是“将对象的创建与使用分离”。

这样可以降低系统的耦合度，使用者不需要关注对象的创建细节。

创建型模式分为：

单例模式
工厂方法模式
抽象工程模式
原型模式
建造者模式

3.1 单例设计模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

① 单例模式的结构

单例模式的主要有以下角色：

单例类。只能创建一个实例的类
访问类。使用单例类

② 单例模式的实现

单例设计模式分类两种：

饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建

懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建

[1] 饿汉式-方式1（静态变量方式）

/**
 * 饿汉式
 *      静态变量创建类的对象
 */
public class Singleton {
    // 1.私有构造方法 ；不让外界创建
    private Singleton() {}

    // 2.在本类中创建本类对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 注意 静态方法 不能访问 非静态成员
    // 解决：在把上面变成静态成员
    // 3.提供一个公共的访问方式，让外界获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Singleton类对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();

        // 判断获取到的两个是否是同一个对象
        System.out.println(instance == instance1);  //true
    }
}

说明：

该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并创建Singleton类的对象instance。instance对象是随着类的加载而创建的。如果该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存的浪费。

[2] 饿汉式-方式2（静态代码块方式）

/**
 * 恶汉式
 *      在静态代码块中创建该类对象
 */
public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Singleton类对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();

        // 判断获取到的两个是否是同一个对象
        System.out.println(instance == instance1);  //true
    }
}

说明：

[2] 饿汉式-方式2（静态代码块方式）

/**
 * 恶汉式
 *      在静态代码块中创建该类对象
 */
public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

测试

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建Singleton类对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();

        // 判断获取到的两个是否是同一个对象
        System.out.println(instance == instance1);  //true
    }
}

说明：

该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，而对象的创建是在静态代码块中，也是对着类的加载而创建。所以和饿汉式的方式1基本上一样，当然该方式也存在内存浪费问题。

[3] 懒汉式-方式1（线程不安全）

/**
 * 懒汉式
 *  线程不安全
 */
public class Singleton {
    // 1.私有构造方法
    private Singleton() {}

    // 2.在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    // 3.对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

说明：

从上面代码我们可以看出该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并没有进行对象的赋值操作，那么什么时候赋值的呢？当调用getInstance()方法获取Singleton类的对象的时候才创建Singleton类的对象，这样就实现了懒加载的效果。但是，如果是多线程环境，会出现线程安全问题。
[4] 懒汉式-方式2（线程安全）

/**
 * 懒汉式
 *  线程安全
 */
public class Singleton {
    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    //在成员位置创建该类的对象
    private static Singleton instance;

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static synchronized Singleton getInstance() {

        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

说明：

该方式也实现了懒加载效果，同时又解决了线程安全问题。但是在getInstance()方法上添加了synchronized关键字，导致该方法的执行效果特别低。从上面代码我们可以看出，其实就是在初始化instance的时候才会出现线程安全问题，一旦初始化完成就不存在了。

[5] 懒汉式-方式3（双重检查锁）

再来讨论一下懒汉模式中加锁的问题，对于 getInstance() 方法来说，绝大部分的操作都是读操作，读操作是线程安全的，所以我们没必让每个线程必须持有锁才能调用该方法，我们需要调整加锁的时机。由此也产生了一种新的实现模式：双重检查锁模式

/**
 * 双重检查方式
 */
public class Singleton { 

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static Singleton instance;

   //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
		//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实例
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 第二次判断
                //抢到锁之后再次判断是否为null
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双重检查锁模式是一种非常好的单例实现模式，解决了单例、性能、线程安全问题，上面的双重检测锁模式看上去完美无缺，其实是存在问题，在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。

要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用 volatile 关键字, volatile 关键字可以保证可见性和有序性。

/**
 * 双重检查方式
 */
public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static volatile Singleton instance;

   //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
		//第一次判断，如果instance不为null，不进入抢锁阶段，直接返回实际
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 第二次判断
                // 抢到锁之后再次判断是否为空
                if(instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

小结：

添加 volatile 关键字之后的双重检查锁模式是一种比较好的单例实现模式，能够保证在多线程的情况下线程安全也不会有性能问题。

[6] 懒汉式-方式4（静态内部类方式）

静态内部类单例模式中实例由内部类创建，==由于 JVM 在加载外部类的过程中, 是不会加载静态内部类的, 只有内部类的属性/方法被调用时才会被加载, 并初始化其静态属性。==静态属性由于被 static 修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序

/**
 * 静态内部类方式
 */
public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

说明：

第一次加载Singleton类时不会去初始化INSTANCE，只有第一次调用getInstance，虚拟机加载SingletonHolder

并初始化INSTANCE，这样不仅能确保线程安全，也能保证 Singleton 类的唯一性。

小结：

静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是开源项目中比较常用的一种单例模式。在没有加任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费。

[7] 枚举方式 - 饿汉式

枚举类实现单例模式是极力推荐的单例实现模式，因为枚举类型是线程安全的，并且只会装载一次，设计者充分的利用了枚举的这个特性来实现单例模式，枚举的写法非常简单，而且枚举类型是所用单例实现中唯一一种不会被破坏的单例实现模式。

/**
 * 枚举方式
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

说明：

枚举方式属于饿汉式方式。

③ 存在的问题

[1] 问题演示

破坏单例模式：

使上面定义的单例类（Singleton）可以创建多个对象，枚举方式除外。有两种方式，分别是序列化和反射。

序列化反序列化

Singleton类：

public class Singleton implements Serializable {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Test类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //往文件中写对象
        //writeObject2File();
        //从文件中读取对象
        Singleton s1 = readObjectFromFile();
        Singleton s2 = readObjectFromFile();

        //判断两个反序列化后的对象是否是同一个对象
        System.out.println(s1 == s2);
    }

    private static Singleton readObjectFromFile() throws Exception {
        //创建对象输入流对象
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
        //第一个读取Singleton对象
        Singleton instance = (Singleton) ois.readObject();

        return instance;
    }

    public static void writeObject2File() throws Exception {
        //获取Singleton类的对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        //创建对象输出流
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
        //将instance对象写出到文件中
        oos.writeObject(instance);
    }
}

上面代码运行结果是false，表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式。

反射

Singleton类：

public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Test类：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1.获取Singleton字节码对象
        Class clazz = Singleton.class;
        // 2.获取无参构造方法对象
        Constructor cons = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 3.取消访问检查
        cons.setAccessible(true);
        // 4.创建对象
        Singleton s1 = (Singleton) cons.newInstance();
        Singleton s2 = (Singleton) cons.newInstance();

        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

上面代码运行结果是false，表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式

注意：枚举方式不会出现这两个问题

[2] 问题的解决

序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法

在Singleton类中添加readResolve()方法，在反序列化时被反射调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新new出来的对象。

Singleton类：

public class Singleton implements Serializable {

    //私有构造方法
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    
    /**
     * 下面是为了解决序列化反序列化破解单例模式
     */
    private Object readResolve() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

源码解析：

ObjectInputStream类

public final Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException{
    ...
    // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
    int outerHandle = passHandle;
    try {
        Object obj = readObject0(false);//重点查看readObject0方法
    .....
}
    
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
	...
    try {
		switch (tc) {
			...
			case TC_OBJECT:
				return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));//重点查看readOrdinaryObject方法
			...
        }
    } finally {
        depth--;
        bin.setBlockDataMode(oldMode);
    }    
}
    
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared) throws IOException {
	...
	//isInstantiable 返回true，执行 desc.newInstance()，通过反射创建新的单例类，
    obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null; 
    ...
    // 在Singleton类中添加 readResolve 方法后 desc.hasReadResolveMethod() 方法执行结果为true
    if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) {
    	// 通过反射调用 Singleton 类中的 readResolve 方法，将返回值赋值给rep变量
    	// 这样多次调用ObjectInputStream类中的readObject方法，继而就会调用我们定义的readResolve方法，所以返回的是同一个对象。
    	Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
     	...
    }
    return obj;
}

反射方式破解单例的解决方法

public class Singleton {

    //私有构造方法
    private Singleton() {
        /*
           反射破解单例模式需要添加的代码
           这里有多线程问题：再加个锁就行synchronized (Singleton.class){。。。}
        */
        if(instance != null) {
            throw new RuntimeException();
        }
    }
    
    private static volatile Singleton instance;

    //对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {

        if(instance != null) {
            return instance;
        }

        synchronized (Singleton.class) {
            if(instance != null) {
                return instance;
            }
            instance = new Singleton();
            return instance;
        }
    }
}

说明:

这种方式比较好理解。当通过反射方式调用构造方法进行创建创建时，直接抛异常。不运行此中操作。

④ JDK源码解析-Runtime类

Runtime类就是使用的单例设计模式。

通过源代码查看使用的是哪儿种单例模式

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class Runtime are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the Runtime object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}
    ...
}

从上面源代码中可以看出Runtime类使用的是恶汉式（静态属性）方式来实现单例模式的

使用Runtime类中的方法

public class RuntimeDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //获取Runtime类对象
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

        //返回 Java 虚拟机中的内存总量。
        System.out.println(runtime.totalMemory());
        //返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
        System.out.println(runtime.maxMemory());

        //创建一个新的进程执行指定的字符串命令，返回进程对象
        Process process = runtime.exec("ipconfig");
        //获取命令执行后的结果，通过输入流获取
        InputStream inputStream = process.getInputStream();
        byte[] arr = new byte[1024 * 1024* 100];
        int b = inputStream.read(arr);
        System.out.println(new String(arr,0,b,"gbk"));
    }
}

3.2 工厂模式

概述

需求：设计一个咖啡店点餐系统。

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

具体类的设计如下：

public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();
    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }
    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

public class AmericanCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

public class LatteCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        // 声明Coffee类型的变量，根据不同的类型创建不同的coffee子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 1.创建咖啡店类
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        // 2.点咖啡
        Coffee coffee = store.orderCoffee("american");

        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

在本教程中会介绍三种工厂的使用

    简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）
    工厂方法模式
    抽象工厂模式

② 简单工厂模式

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。

[1] 结构

简单工厂包含如下角色：

抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品：实现或者继承抽象产品的子类
具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

[2] 实现

现在使用简单工厂对上面案例进行改进，类图如下：

public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();
    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }
    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

public class AmericanCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

public class LatteCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        SimpleCoffeeFactory factory = new SimpleCoffeeFactory();
        Coffee coffee = factory.createCoffee(type);

        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();

        return coffee;
    }
}

工厂类代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {

    public Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
            coffee = new AmericanoCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        }
        return coffee;
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建咖啡店类对象
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        Coffee coffee = store.orderCoffee("latte");

        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要需求修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

[3] 优缺点

优点：

封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：

增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。
[4] 扩展

静态工厂

在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下

public class SimpleCoffeeFactory {

    public static Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
            coffee = new AmericanoCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        }
        return coffe;
    }
}

③ 工厂方法模式

针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。
[1] 概念

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。
[2] 结构

工厂方法模式的主要角色：

    抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品。
    具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
    抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
    具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

[3] 实现

使用工厂方法模式对上例进行改进，类图如下：

代码如下：

public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();
    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }
    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

抽象工厂：

public interface CoffeeFactory {
	// 创建咖啡对象的方法
    Coffee createCoffee();
}

具体工厂：

public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
	@Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
	@Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

咖啡店类：

public class CoffeeStore {

    private CoffeeFactory factory;

    public CoffeeStore(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }

    public Coffee orderCoffee(String type) {
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        coffee.addMilk();
        coffee.addsugar();
        return coffee;
    }
}

从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

[4] 优缺点

优点：

用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；

缺点：

每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

④ 抽象工厂模式

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、传智播客只培养计算机软件专业的学生等。

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

本节要介绍的抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族，下图所示横轴是产品等级，也就是同一类产品；纵轴是产品族，也就是同一品牌的产品，同一品牌的产品产自同一个工厂。

[1] 概念

是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。
[2] 结构

抽象工厂模式的主要角色如下：

    抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
    具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
    抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
    具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

[3] 实现

现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

代码如下：

public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();
    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }
    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}


public abstract class Dessert {
    public abstract void show();
}
public class MatchaMousse extends Dessert{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}
public class Tiramisu extends Dessert{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}

抽象工厂：

public interface DessertFactory {

    Coffee createCoffee();

    Dessert createDessert();
}

具体工厂：

//美式甜点工厂
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {

    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}
//意大利风味甜点工厂
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {

    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    public Dessert createDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

测试：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建的是意大利风味甜品工厂对象
        // ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();
        AmericanDessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();
        // 获取拿铁咖啡 和 提拉米苏甜品
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        Dessert dessert = factory.createDessert();

        System.out.println(coffee.getName());
        dessert.show();
    }
}

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。
[4] 优缺点

优点：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。
[5] 使用场景

当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等。

系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。

系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

⑤ 模式扩展

简单工厂+配置文件解除耦合Spring底层bean工厂

可以通过工厂模式+配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。在工厂类中加载配置文件中的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

第一步：定义配置文件

为了演示方便，我们使用properties文件作为配置文件，名称为bean.properties

american=com.feng.pro02_pattern.ms02_factory.config_factory.AmericanCoffee
latte=com.feng.pro02_pattern.ms02_factory.config_factory.LatteCoffee

public abstract class Coffee {
    public abstract String getName();
    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }
    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

第二步：改进工厂类

public class CoffeeFactory {
    // 加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建该类的对象进行存储
    // 1.定义容器对象存储咖啡对象
    private static HashMap map = new HashMap<>();

    // 2.加载配置文件，只需要加载一次
    static {
        // 2.1 创建Properties对象
        Properties p = new Properties();
        // 2.2 调用p对象中的load方法进行配置文件的加载
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            p.load(is);
            // 从 p集合 中获取全类名并创建对象
            Set