Java设计模式之三建造者模式和原型模式

建造者模式

简介

建造者模式是属于创建型模式。建造者模式使用多个简单的对象一步一步构建成一个复杂的对象。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。
简单的来说就是将一个复杂的东西抽离出来，对外提供一个简单的调用，可以在同样的构建过程创建不同的表示。和工厂模式很相似，不过相比而言更加注重组件的装配。

这里用一个示例来进行说明。
我们一天吃的食物有这些，煎饼、盒饭、拉面、豆浆、牛奶和果汁。分为三餐、早餐、午餐和晚餐，餐点主要包含吃的(俗称饭)和喝的(豆浆，果汁之类的)，那么我们可以把煎饼和豆浆作为早餐，盒饭和果汁作为午餐，这样我们可以清楚的知道要吃早餐和午餐包含什么食物。

首先我们定义一个食物类，有两个属性，吃的和喝的。

class Meal{
    private String food;
    private String drinks;
    
    public String getFood() {
        return food;
    }
    public void setFood(String food) {
        this.food = food;
    }
    
    public String getDrinks() {
        return drinks;
    }
    public void setDrinks(String drinks) {
        this.drinks = drinks;
    }
}

定义了食物时候，我们在定义一个食物的标准接口，一份食物包含什么，其实也就是吃的和喝的。

interface IBuilderFood{
    void buildFood();
    void buildDrinks();
    Meal createMeal();
}

食物接口定义一个吃的和一个喝的组件，然后通过createMeal()方法返回我们需要的食物。
那么现在我们便可以定义一份早餐和午餐。
代码示例:

class Breakfast implements IBuilderFood{
    Meal meal;

    public Breakfast(){
        meal=new Meal();
    }
    
    @Override
    public void buildFood() {
        meal.setFood("煎饼");
    }

    @Override
    public void buildDrinks() {
        meal.setDrinks("豆浆");   
    }
    
    @Override
    public Meal createMeal() {
        return meal;
    }
}

class Lunch implements IBuilderFood{
    Meal meal;

    public Lunch(){
        meal=new Meal();
    }
    
    @Override
    public void buildFood() {
        meal.setFood("盒饭");
    }

    @Override
    public void buildDrinks() {
        meal.setDrinks("果汁");   
    }
    
    @Override
    public Meal createMeal() {
        return meal;
    }
}

定义完之后，建造早餐和午餐的的过程已经完毕了。但是这并不是建造者模式，它有个核心的Director(导演者)，它用来创建复杂对象的部分，对该部分进行完整的创建或者按照一定的规则进行创建。那么这里我们可以创建一个Director，用来创建一份餐点。至于创建的是什么餐点，它不用知道，这一点由调用者来进行决定。

这里我们就可以定义一个饭店，可以创建一份餐点，创建什么餐点有顾客决定。
代码示例:

class FoodStore{
    public Meal createBreakfast(IBuilderFood bf){
        bf.buildDrinks();
        bf.buildFood();
        return bf.createMeal();
    }
}

创建完成这个Director之后，我们再来进行调用测试。

代码示例：

public class BuilderTest {

    public static void main(String[] args) {
        FoodStore foodStore=new FoodStore();
        Meal meal=foodStore.createBreakfast(new Breakfast());
        Meal meal2=foodStore.createBreakfast(new Lunch());
        System.out.println("小明早上吃的是:"+meal.getFood()+",喝的饮料是:"+meal.getDrinks());
        System.out.println("小明中午吃的是:"+meal2.getFood()+",喝的饮料是:"+meal2.getDrinks()); 
    }

}

输出结果：

小明早上吃的是:煎饼,喝的饮料是:豆浆
小明中午吃的是:盒饭,喝的饮料是:果汁

   从代码看出，建造者模式将很多功能集成到一个类里，这个类可以创造出比较复杂的东西。所以与工厂模式的区别就是：工厂模式关注的是创建单个产品，而建造者模式则关注创建符合对象，多个部分。因此，是选择工厂模式还是建造者模式，依实际情况而定。

最后简单的介绍了下建造者模式的运作原理，可以概况为这4点:

1. Builder：指定一个抽象的接口，规定该产品所需实现部件的创建，并不涉及具体的对象部件的创建。

2. ConcreteBuilder：需实现Builder接口，并且针对不同的逻辑，进行不同方法的创建，最终提供该产品的实例。

3. Director：用来创建复杂对象的部分，对该部分进行完整的创建或者按照一定的规则进行创建。

4. Product：示被构造的复杂对象。

使用场景:
适用一些基本组件不变，但是组合经常变化的时候。比如超市促销的大礼包。

优点:

1. 建造者独立，易扩展。
2. 便于控制细节风险。

缺点

1. 内部结构复杂，不易于理解。
2. 产品直接需要有共同点，范围有控制。

原型模式

原型模式（Prototype Pattern）是用于创建重复的对象，同时又能保证性能。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。

一般来说我们在创建对象的时候是直接创建的，但是创建该对象的代价很大的时候，重复的二次创建就有些不划算，这时我们就可以使用原型模式。
打个比方，我们都发送过邮件，在节日的时候一般发送的是祝福语句，在这些祝福语句中，一般除了名字不一样之外，大部分都是一样的。这时我们就可以利用该模式来进行相应出创建。

这里还是用一个的简单的示例来说明。
小明和小红在同一天生日，然后我们需要给他们发送邮件进行祝福，但是由于比较懒，祝福语除了名字之外都是一样的。这时我们就可以先完成祝福语的编写，然后克隆该祝福语，最后根据不同的名称进行发送。不过这里就从简了，只是简单的打印下而已。

代码示例：

public class PrototypeTest {

    public static void main(String[] args) {
        Mail mail=new Mail();
        mail.setMsg("生日快乐!");
        Mail mail2=(Mail) mail.clone();
        mail.setName("小明");
        mail2.setName("小红");
        System.out.println(mail.toString());
        System.out.println(mail2.toString());
    }
}

 class Mail implements Cloneable {
    private String name;
    private String msg;
    
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String getMsg() {
        return msg;
    }

    public void setMsg(String msg) {
        this.msg = msg;
    }
    public Object clone() {
        Object clone = null;
        try {
            clone = super.clone();
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return clone;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name + ":" + msg ;
    }
    
}

输出结果：

小明:生日快乐!
小红:生日快乐!

看完原型模式的创建，是不是感觉就是和Java中克隆即为类似呢?
实际上它的核心也就是克隆。
克隆有两种，浅克隆和深克隆，本文主要介绍的是浅克隆。
浅克隆:

在浅克隆中，如果原型对象的成员变量是值类型，将复制一份给克隆对象；如果原型对象的成员变量是引用类型，则将引用对象的地址复制一份给克隆对象，也就是说原型对象和克隆对象的成员变量指向相同的内存地址。
简单来说，在浅克隆中，当对象被复制时只复制它本身和其中包含的值类型的成员变量，而引用类型的成员对象并没有复制。
实现Cloneable接口并重写Object类中的clone()方法；

深克隆:

在深克隆中，无论原型对象的成员变量是值类型还是引用类型，都将复制一份给克隆对象，深克隆将原型对象的所有引用对象也复制一份给克隆对象。

简单来说，在深克隆中，除了对象本身被复制外，对象所包含的所有成员变量也将复制。
实现Serializable接口，通过对象的序列化和反序列化实现克隆，可以实现真正的深度克隆。

使用场景:

1. 类初始化的时候需要消耗大量资源的时候；
2. 获取数据库连接繁琐的时候；
3. 一个对象，有很多个修改者的时候；

优点::

可以提升性能。

缺点:

因为必须实现Cloneable 接口，所以用起来可能不太方便。