设计模式之创建型模式

　　GoF的设计模式一共23个，可以分为3大类：创建型、结构型和行为型，这篇文章主要讨论创建型。

　　创建型的设计模式包括：简单工厂（Simple Factory）、工厂方法（Factory Method）、抽象工厂（Abstract Factory）、单例（Singleton）、构造者（Builder）和原型（Prototype），我们分别来讨论。

　　我们首先来看工厂系列的3个设计模式，它们都主要是针对软件设计中的“开放-封闭”原则，即程序应该对扩展开放，对修改封闭。特别是当我们的程序采用XML+反射的方式来创建对象时，工厂模式的威力就完全展现出来了，这时我们可以通过维护配置文件的方式，来控制程序的逻辑。

　　1）简单工厂，当我们的程序在实例化对象时，如果输入条件不一样，产生的对象也不一样，那么我们可以考虑使用简单工厂对不同的实例进行统一封装， UML结构如下：

　　　　

　　优点：封装了具体对象的实例化过程，Client端和具体对象解耦，同时ProductManager可以作成静态类或者Singleton对象，然后可以使用HashMap缓存具体对象（前提是对象没有时间依赖性），降低创建对象的次数。

　　缺点：当增添一种新类型的对象时，需要修改Productmanager的代码（如果不采用XML）

　　2）工厂方法，它是针对简单工厂的改进版，添加了对ProductManager的抽象，UML结构如下：

　　　　

　　优点：结构更加灵活，对于某种类型的对象来说，会有一个特定的对象工厂指向它，这样当我们需要添加一种新类型的产品时，只需要添加两个类，一个是具体产品类，一个是新产品的工厂类。这样更加灵活。

　　缺点：结构开始变得复杂，而且最终还是需要Client端来确定究竟使用哪一个Factory（当然这个信息可以保存在上下文或者配置文件中）。

　　3）抽象工厂，这个是最复杂的工厂模式，它用来生成一个产品线上的所有产品，我们假设一个产品线上包括多个产品，不同的产品线上的产品个数是一样的，这样我们需要一个针对产品线的抽象，并且很显然不同产品线上的产品是不可能混到一起的。对应的UML结构图如下：

　　

　　上图表明，一个产品线上的产品由IProduct1和IProduct2组成，客户端在获取产品时，这两个产品应该是同时返回的，因此对于IProductManager来说，它需要同时生成这两个对象。

　　优点：对创建产品家族的行为高度抽象，添加一个产品线的逻辑比较清晰。

　　缺点：当我们对产品线上的产品进行增加和删除时，对应的操作比较麻烦，所有的产品工厂都需要进行修改。

　　4）单例，这是比较好理解的一个模式，从字面上说，就是程序在运行的过程中，希望在任意时刻，都只保留某个对象的唯一实例。对应的UML结构图如下：

　　

　　单例的实现方式一般包括几步：1）私有的指向自身的字段；2）私有构造函数；3）公开对私有字段进行实例化的方法。也有几种针对具体语言进行的改善，例如针对多线程采用double lock机制，采用常量方式定义私有字段、使用内嵌类来实例化字段等。

　　我们也可以对单例进行一些适当的扩展，例如我们将对象的个数由1个变为N个，这就成了对象池。

　　通常工厂模式中会使用到单例模式，特别是对于简单工厂来说。

　　5）构造者，对于一些复杂对象来说，它可以分成多个不同的部分，在实例化时，不同部分之间实例化的顺序，有时会有严格的限制，这时我们就可以使用构造者模式了。对应的UML结构图如下：

　　

　　我们定义了IBuilder接口来实例化对应的不同部分，同时有一个方法来返回对象的实例。而Constructor类的Construct方法会按照业务逻辑依次调用实例化部分对象的方法，即BuildPartA、BuildPartB，这里的调用顺序，完全由业务逻辑来控制，最后可以调用GetProduct方法取得完整的对象实例。

　　我们有时也会对上图进行修改，例如将GetProduct放到Constructor中，或者将Construct方法放入到GetProduct（取消Constructor）中。即使有这些变形，但是基本的思想是不变的。

　　6）原型，我们在程序运行过程中，当需要有新的实例对象时，有时并不希望是从头创建一个对象，而是希望新的实例的状态和某个已存在的实例保持一致，这就是原型模式发挥作用的地方。对应的UML结构图如下：

　　

　　在.NET中，已经定义了IClonable接口来实现原型模式。需要注意在实现时，会有深拷贝和浅拷贝的区别，深拷贝会同时拷贝堆栈和堆上的内容，而浅拷贝只会拷贝堆栈上的内容。