创建型模式关注点是如何创建对象，其核心思想是要把对象的创建和使用相分离，这样使得两者能相对独立地变换。创建型模式包括：

• 工厂方法：Factory Method
• 抽象工厂：Abstract Factory
• 建造者：Builder
• 原型：Prototype
• 单例：Singleton

工厂方法 Factory

当然还有静态工厂方法

抽象工厂 AbstractFactory

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

抽象工厂模式（Abstract Factory）是一个比较复杂的创建型模式。

抽象工厂模式和工厂方法不太一样，它要解决的问题比较复杂，不但工厂是抽象的，产品是抽象的，而且有多个产品需要创建，因此，这个抽象工厂会对应到多个实际工厂，每个实际工厂负责创建多个实际产品：

抽象工厂模式是为了让创建工厂和一组产品与使用相分离，并可以随时切换到另一个工厂以及另一组产品；

抽象工厂模式实现的关键点是定义工厂接口和产品接口，但如何实现工厂与产品本身需要留给具体的子类实现，客户端只和抽象工厂与抽象产品打交道。

代码定义

首先我们定义一个抽象工厂，里面有两个实现类

public interface AbstractFactory {
    // 创建Html文档:
    HtmlDocument createHtml(String md);
    // 创建Word文档:
    WordDocument createWord(String md);
}

然后在这个抽象工厂里面的两个方法因为实现笔记负责所以需要再定义两个接口

// Html文档接口:
public interface HtmlDocument {
    String toHtml();
    void save(Path path) throws IOException;
}

// Word文档接口:
public interface WordDocument {
    void save(Path path) throws IOException;
}

我们有两个厂商提供服务，这个厂商只需要实现这两个接口就行了

public class FastHtmlDocument implements HtmlDocument {
    public String toHtml() {
        ...
    }
    public void save(Path path) throws IOException {
        ...
    }
}

public class FastWordDocument implements WordDocument {
    public void save(Path path) throws IOException {
        ...
    }
}

实现接口后还需要提供一个工厂来生产产品

public class FastFactory implements AbstractFactory {
    public HtmlDocument createHtml(String md) {
        return new FastHtmlDocument(md);
    }
    public WordDocument createWord(String md) {
        return new FastWordDocument(md);
    }
}

然后我们只需要下面这样调用就行了

// 创建AbstractFactory，实际类型是FastFactory:
AbstractFactory factory = new FastFactory();
// 生成Html文档:
HtmlDocument html = factory.createHtml("#Hello\nHello, world!");
html.save(Paths.get(".", "fast.html"));
// 生成Word文档:
WordDocument word = factory.createWord("#Hello\nHello, world!");
word.save(Paths.get(".", "fast.doc"));

如果需要使用其他厂商提供的服务，只需要让其他厂商实现这个方法就行

如果我们要同时使用GoodDoc Soft的服务怎么办？因为用了抽象工厂模式，GoodDoc Soft只需要根据我们定义的抽象工厂和抽象产品接口，实现自己的实际工厂和实际产品即可：

// 实际工厂:
public class GoodFactory implements AbstractFactory {
    public HtmlDocument createHtml(String md) {
        return new GoodHtmlDocument(md);
    }
    public WordDocument createWord(String md) {
        return new GoodWordDocument(md);
    }
}

// 实际产品:
public class GoodHtmlDocument implements HtmlDocument {
    ...
}

public class GoodWordDocument implements HtmlDocument {
    ...
}

当然还有下面这种进阶型用法

注意到客户端代码除了通过new创建了FastFactory或GoodFactory外，其余代码只引用了产品接口，并未引用任何实际产品（例如，FastHtmlDocument），如果把创建工厂的代码放到AbstractFactory中，就可以连实际工厂也屏蔽了：

public interface AbstractFactory {
    public static AbstractFactory createFactory(String name) {
        if (name.equalsIgnoreCase("fast")) {
            return new FastFactory();
        } else if (name.equalsIgnoreCase("good")) {
            return new GoodFactory();
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid factory name");
        }
    }
}

生成器 Builder

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

生成器模式（Builder）是使用多个“小型”工厂来最终创建出一个完整对象。

当我们使用Builder的时候，一般来说，是因为创建这个对象的步骤比较多，每个步骤都需要一个零部件，最终组合成一个完整的对象。

我们仍然以Markdown转HTML为例，因为直接编写一个完整的转换器比较困难，但如果针对类似下面的一行文本：

很多时候，我们可以简化Builder模式，以链式调用的方式来创建对象。例如，我们经常编写这样的代码：

StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append(secure ? "https://" : "http://")
       .append("www.liaoxuefeng.com")
       .append("/")
       .append("?t=0");
String url = builder.toString();

由于我们经常需要构造URL字符串，可以使用Builder模式编写一个URLBuilder，调用方式如下：

String url = URLBuilder.builder() // 创建Builder
        .setDomain("www.liaoxuefeng.com") // 设置domain
        .setScheme("https") // 设置scheme
        .setPath("/") // 设置路径
        .setQuery(Map.of("a", "123", "q", "K&R")) // 设置query
        .build(); // 完成build

这个东西很好理解，但是我们应该如何去实现呢？我们就拿上面那个URL Builder来作为例子，下面是实现方法：

public class URLBuilder {
	private String scheme = "http";
	private int port = -1;
	private String domain = null;
	private String path = "/";
	private String username = null;
	private String password = null;
	private Map<String, String> query = null;
	public static URLBuilder builder() {
		return new URLBuilder();
	}
	public String build() {
		StringBuilder sb = new StringBuilder();
		sb.append(scheme).append("://");
		if (username != null && password != null) {
			sb.append(username).append(':').append(password).append('@');
		}
		sb.append(domain);
		if (port >= 0) {
			sb.append(':').append(port);
		}
		sb.append(path);
		if (query != null && !query.isEmpty()) {
			query.forEach((k, v) -> {
				sb.append(k).append('=').append(URLEncoder.encode(v, StandardCharsets.UTF_8));
			});
		}
		return sb.toString();
	}
	public URLBuilder setScheme(String scheme) {
		this.scheme = Objects.requireNonNull(scheme);
		return this;
	}
	public URLBuilder setDomain(String domain) {
		this.domain = Objects.requireNonNull(domain);
		return this;
	}
	public URLBuilder setPath(String path) {
		this.path = Objects.requireNonNull(path);
		return this;
	}
	public URLBuilder setQuery(Map<String, String> query) {
		this.query = query;
		return this;
	}
	public URLBuilder setPort(int port) {
		if (port < 0 || port > 65535) {
			throw new IllegalArgumentException("Invalid port");
		}
		this.port = port;
		return this;
	}
	public URLBuilder setCredential(String username, String password) {
		this.username = Objects.requireNonNull(username);
		this.password = Objects.requireNonNull(password);
		return this;
	}
}

原型 Prototype

用原型实例指定创建对象的种类，并且通过拷贝这些原型创建新的对象。

原型模式，即Prototype，是指创建新对象的时候，根据现有的一个原型来创建。

我们举个例子：如果我们已经有了一个String[]数组，想再创建一个一模一样的String[]数组，怎么写？

实际上创建过程很简单，就是把现有数组的元素复制到新数组。如果我们把这个创建过程封装一下，就成了原型模式。用代码实现如下：

// 原型:
String[] original = { "Apple", "Pear", "Banana" };
// 新对象:
String[] copy = Arrays.copyOf(original, original.length);

普通类如何拷贝？

public class Student implements Cloneable {
    private int id;
    private String name;
    private int score;
    // 复制新对象并返回:
    public Object clone() {
        Student std = new Student();
        std.id = this.id;
        std.name = this.name;
        std.score = this.score;
        return std;
    }
}

使用的时候，因为clone()的方法签名是定义在Object中，返回类型也是Object，所以要强制转型，比较麻烦：

Student std1 = new Student();
std1.setId(123);
std1.setName("Bob");
std1.setScore(88);
// 复制新对象:
Student std2 = (Student) std1.clone();
System.out.println(std1);
System.out.println(std2);
System.out.println(std1 == std2); // false

实际上，使用原型模式更好的方式是定义一个copy()方法，返回明确的类型：

public class Student {
    private int id;
    private String name;
    private int score;
    public Student copy() {
        Student std = new Student();
        std.id = this.id;
        std.name = this.name;
        std.score = this.score;
        return std;
    }
}

原型模式应用不是很广泛，因为很多实例会持有类似文件、Socket这样的资源，而这些资源是无法复制给另一个对象共享的，只有存储简单类型的“值”对象可以复制。

单例 Singleton

单例 - 廖雪峰的官方网站 (liaoxuefeng.com) (opens new window)

保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

单例模式（Singleton）的目的是为了保证在一个进程中，某个类有且仅有一个实例。

因为这个类只有一个实例，因此，自然不能让调用方使用new Xyz()来创建实例了。所以，单例的构造方法必须是private，这样就防止了调用方自己创建实例，但是在类的内部，是可以用一个静态字段来引用唯一创建的实例的：

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

那么问题来了，外部调用方如何获得这个唯一实例？答案是提供一个静态方法，直接返回实例：

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    // 通过静态方法返回实例:
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

或者直接把static变量暴露给外部：

public class Singleton {
    // 静态字段引用唯一实例:
    public static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    // private构造方法保证外部无法实例化:
    private Singleton() {
    }
}

所以，单例模式的实现方式很简单：

1. 只有private构造方法，确保外部无法实例化；
2. 通过private static变量持有唯一实例，保证全局唯一性；
3. 通过public static方法返回此唯一实例，使外部调用方能获取到实例。

Java标准库有一些类就是单例，例如Runtime这个类：

Runtime runtime = Runtime.getRuntime();

那我们什么时候应该用Singleton呢？实际上，很多程序，尤其是Web程序，大部分服务类都应该被视作Singleton，如果全部按Singleton的写法写，会非常麻烦，所以，通常是通过约定让框架（例如Spring）来实例化这些类，保证只有一个实例，调用方自觉通过框架获取实例而不是new操作符：

@Component // 表示一个单例组件
public class MyService {
    ...
}

因此，除非确有必要，否则Singleton模式一般以“约定”为主，不会刻意实现它。

小结

Singleton模式是为了保证一个程序的运行期间，某个类有且只有一个全局唯一实例；

Singleton模式既可以严格实现，也可以以约定的方式把普通类视作单例。