设计模式之工厂方法、单例及原型模式解析

设计模式是软件工程中的一种重要思想，它总结了软件开发中常见的、可重用的设计经验。在众多设计模式中，创建型设计模式尤为关键，它们通过封装对象的创建过程，使系统更加灵活和可维护。本文将深入探讨三种创建型设计模式：工厂方法模式、单例模式和原型模式，并分析它们的优缺点及适用场景。

工厂方法模式

简介

工厂方法模式通过定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。这样，我们可以将对象的创建与使用解耦，提高系统的可扩展性和灵活性。

示例代码

public interface Product {
    void use();
}

public class ConcreteProductA implements Product {
    public void use() {
        System.out.println("使用具体产品A");
    }
}

public class ConcreteProductB implements Product {
    public void use() {
        System.out.println("使用具体产品B");
    }
}

public abstract class Factory {
    public abstract Product createProduct();
}

public class ConcreteFactoryA extends Factory {
    public Product createProduct() {
        return new ConcreteProductA();
    }
}

public class ConcreteFactoryB extends Factory {
    public Product createProduct() {
        return new ConcreteProductB();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Factory factory = new ConcreteFactoryA();
        Product product = factory.createProduct();
        product.use();
    }
}

优缺点

优点：

1. 符合开闭原则，增加新产品时只需增加新的工厂和产品类。
2. 客户端无需关心产品的创建过程，只需关心产品的接口。

缺点：

1. 类的个数增加，增加了系统的复杂度。

单例模式

简介

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。它适用于管理共享资源，如数据库连接、配置文件等。

实现方式

1. 饿汉模式：类加载时就实例化单例。
2. 懒汉模式：第一次使用时实例化单例。
3. 枚举方式：利用枚举的特性实现单例。

示例代码（枚举方式）

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("单例方法");
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton.INSTANCE.doSomething();
    }
}

优缺点

优点：

1. 节省系统资源，提高性能。
2. 线程安全，防止多次实例化。

缺点：

1. 不符合单一职责原则。

原型模式

简介

原型模式通过复制已存在的实例来创建新实例，适用于需要频繁创建属性相近的对象。

示例代码

public interface Prototype {
    Prototype clone();
}

public class ConcretePrototype implements Prototype {
    public Prototype clone() {
        // 浅复制
        return this;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Prototype prototype = new ConcretePrototype();
        Prototype newPrototype = prototype.clone();
    }
}

优缺点

优点：

1. 减少代码量，提高可读性和可维护性。
2. 提高性能，避免重复创建对象。

缺点：

1. 不符合单一职责原则。
2. 深复制和浅复制需要根据具体场景选择。

总结

本文深入探讨了工厂方法模式、单例模式和原型模式，分析了它们的实现方式、优缺点和适用场景。在实际开发中，我们可以根据具体需求选择合适的设计模式，以提高代码的可维护性和可扩展性。