面向对象23种设计模式系列（一）- 创建型设计模式
本章是面向对象23种设计模式系列开篇，首先我们来看下什么是设计模式？
面向对象23种设计模式：
1、面向对象语言开发过程中，遇到的种种场景和问题，提出了解决方案和思路，沉淀下来就变成了设计模式。
2、解决具体问题的具体招数---套路---站在前辈的肩膀上。
3、没有什么设计模式是完美无缺的，一种设计模式就是解决一类问题，通常设计模式在解决一类问题的同时，还会带来别的问题，我们设计者要做的事儿，就是要扬长避短，充分发挥长处！
设计模式可以大概分为三大类：
1、创建型设计模式：关注对象的创建。
2、结构型设计模式：关注类与类之间的关系。
3、行为型设计模式：关注对象和行为的分离。
我们要做的就是学习核心套路，这里就不做过多的描述，如果有机会会通过具体例子再和大家分享。下面我们正式进入本章主题。
创建型设计模式：关注对象的创建。（5个）
1、单例模式（Singleton Pattern）
单例模式：
就是限制了对象的创建，重用了对象。保证进程中，某个类只有一个实例。
即使是单例，变量也不是线程安全的，单例不是为了保证线程安全。
单例的好处就是单例，就是全局唯一的一个实例。
应对一些特殊情况，比如数据库连接池(内置了资源) ，全局唯一号码生成器。
单例可以避免重复创建，但是也会常驻内存，除非是真的有必要，否则就不要使用单例。
1.1、单例模式经典写法（懒汉式）
using System;using System.Threading;namespace SingletonPattern
{/// <summary>/// 懒汉式单例模式（经典写法）/// 单例类：一个构造对象很耗时耗资源类型。/// </summary>public class Singleton
{/// <summary>/// 构造函数耗时耗资源/// </summary>private Singleton()
{long lResult = 0;for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
lResult += i;
}
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("{0}被构造一次", this.GetType().Name);
}/// <summary>/// 全局唯一静态 重用这个变量/// volatile 促进线程安全 让线程按顺序操作/// </summary>private static volatile Singleton _singleton = null;/// <summary>/// 引用类型对象/// </summary>private static readonly object lockSingleton = new object();/// <summary>/// 公开的静态方法提供对象实例/// </summary>/// <returns>/// </returns>public static Singleton CreateInstance()
{if (_singleton == null) //_singleton已经被初始化之后，就不要进入锁等待了 {//保证任意时刻只有一个线程进入lock范围//也限制了并发，尤其是_singleton已经被初始化之后，故使用了双if来解决并发限制问题lock (lockSingleton)
{//Thread.Sleep(1000);//Console.WriteLine("等待锁1s之后才继续。。。");if (_singleton == null) //保证只实例化一次 {
_singleton = new Singleton();
}
}
}return _singleton;
}public int iTotal = 0;/// <summary>/// 既然是单例，大家用的是同一个对象，用的是同一个方法，那还会并发吗 还有线程安全问题吗？/// 即使是单例，变量也不是线程安全的，单例不是为了保证线程安全。/// </summary>public void Increment()
{//lock (lockSingleton)//{this.iTotal++;//} }public static void Show()
{
Console.WriteLine(_singleton.iTotal);
}
}
}
使用如下：
using System;using System.Collections.Generic;using System.Threading.Tasks;namespace SingletonPattern
{/// <summary>/// 为什么要有单例设计模式？/// 构造对象耗时耗资源，很多地方都需要去new， 这个方法 其他方法 其他类/// </summary>class Program
{static void Main(string[] args)
{try{
{//保证进程中，某个类只有一个实例//1 构造函数私有化 避免别人还去new//2 公开的静态方法提供对象实例//3 初始化一个静态字段用于返回 保证全局都是这一个Singleton singleton1 = Singleton.CreateInstance();
Singleton singleton2 = Singleton.CreateInstance();
Singleton singleton3 = Singleton.CreateInstance();
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(singleton1, singleton2));
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(singleton3, singleton2));
}
{
List<Task> tasks = new List<Task>();for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
tasks.Add(Task.Run(() =>{
Singleton singleton = Singleton.CreateInstance();
singleton.Increment();
}));
}
Task.WaitAll(tasks.ToArray());
Singleton.Show();//即使是单例，变量也不是线程安全的，单例不是为了保证线程安全。//iTotal 是0 1 10000 还是其他的//结果为：其他值，1到10000范围内都可能 线程不安全 }
}catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.Read();
}
}
}
1.2、饿汉式写法（静态构造函数）
using System;using System.Threading;namespace SingletonPattern
{/// <summary>/// 饿汉式/// </summary>public class SingletonSecond
{private static SingletonSecond _singletonSecond = null;/// <summary>/// 构造函数耗时耗资源/// </summary>private SingletonSecond()
{long lResult = 0;for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
lResult += i;
}
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("{0}被构造一次", this.GetType().Name);
}/// <summary>/// 静态构造函数：由CLR保证，程序第一次使用这个类型前被调用，且只调用一次。/// </summary>static SingletonSecond()
{
_singletonSecond = new SingletonSecond();
Console.WriteLine("SingletonSecond 被启动");
}/// <summary>/// 饿汉式 只要使用类就会被构造/// </summary>/// <returns>/// </returns>public static SingletonSecond CreateInstance()
{return _singletonSecond;
}
}
}
1.3、饿汉式写法（静态字段）
using System;using System.Threading;namespace SingletonPattern
{/// <summary>/// 饿汉式/// </summary>public class SingletonThird
{/// <summary>/// 静态字段：在第一次使用这个类之前，由CLR保证，初始化且只初始化一次。/// 这个比构造函数还早/// </summary>private static SingletonThird _singletonThird = new SingletonThird(); //打印个日志/// <summary>/// 构造函数耗时耗资源/// </summary>private SingletonThird()
{long lResult = 0;for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
lResult += i;
}
Thread.Sleep(1000);
Console.WriteLine("{0}被构造一次", this.GetType().Name);
}/// <summary>/// 饿汉式 只要使用类就会被构造/// </summary>/// <returns>/// </returns>public static SingletonThird CreateInstance()
{return _singletonThird;
}public void Show()
{
Console.WriteLine("这里是{0}.Show", this.GetType().Name);
}
}
}
2、原型模式（Prototype Pattern）
原型模式：
换个方式创建对象，不走构造函数，而是内存拷贝。
单例的基础上升级了一下，把对象从内存层面复制了一下，然后返回。
是个新对象，但是又不是new出来的。
using System;using System.Threading;namespace PrototypePattern
{/// <summary>/// 原型模式：单例的基础上升级了一下，把对象从内存层面复制了一下，然后返回。/// 是个新对象，但是又不是new出来的。/// </summary>public class Prototype
{/// <summary>/// 构造函数耗时耗资源/// </summary>private Prototype()
{long lResult = 0;for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
lResult += i;
}
Thread.Sleep(2000);
Console.WriteLine("{0}被构造一次", this.GetType().Name);
}/// <summary>/// 全局唯一静态 重用这个变量/// </summary>private static volatile Prototype _prototype = new Prototype();/// <summary>/// 公开的静态方法提供对象实例/// </summary>/// <returns>/// </returns>public static Prototype CreateInstance()
{
Prototype prototype = (Prototype)_prototype.MemberwiseClone(); //从内存层面复制return prototype;
}
}
}
下面为了演示鼎鼎大名的三大工厂我们创建几个接口和类：
/// <summary>/// 种族/// </summary>public interface IRace
{void ShowKing();
}/// <summary>/// 军队/// </summary>public interface IArmy
{void ShowArmy();
}/// <summary>/// 英雄/// </summary>public interface IHero
{void ShowHero();
}/// <summary>/// 资源/// </summary>public interface IResource
{void ShowResource();
}/// <summary>/// 幸运值/// </summary>public interface ILuck
{void ShowLuck();
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryPattern.War3.Service
{/// <summary>/// 人族（War3种族之一）/// </summary>public class Human : IRace
{public Human(int id, DateTime dateTime, string reamrk)
{ }public Human()
{ }public void ShowKing()
{
Console.WriteLine("The King of {0} is {1}", this.GetType().Name, "Sky");
}
}public class HumanArmy : IArmy
{public void ShowArmy()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "footman，火枪，骑士，狮鹫");
}
}public class HumanHero : IHero
{public void ShowHero()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "大法师、山丘、圣骑士、血法师");
}
}public class HumanResource : IResource
{public void ShowResource()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "1000G1000W");
}
}
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryPattern.War3.Service
{/// <summary>/// 不死族（War3种族之一）/// </summary>public class Undead : IRace
{public void ShowKing()
{
Console.WriteLine("The King of {0} is {1}", this.GetType().Name, "GoStop");
}
}public class UndeadArmy : IArmy
{public void ShowArmy()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "食尸鬼,蜘蛛，雕像，战车，憎恶，冰霜巨龙");
}
}public class UndeadHero : IHero
{public void ShowHero()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "DK、Lich、小强、恐惧魔王");
}
}public class UndeadResource : IResource
{public void ShowResource()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "1000G1000W");
}
}
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryPattern.War3.Service
{/// <summary>/// War3种族之一/// </summary>public class ORC : IRace
{public void ShowKing()
{
Console.WriteLine("The King of {0} is {1}", this.GetType().Name, "Grubby");
}
}public class ORCArmy : IArmy
{public void ShowArmy()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "大G、风骑士、蝙蝠、战车、牛头人");
}
}public class ORCHero : IHero
{public void ShowHero()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "剑圣、小萨满、先知、牛头人酋长");
}
}public class ORCResource : IResource
{public void ShowResource()
{
Console.WriteLine("The Army of {0} is {1}", this.GetType().Name, "1000G1000W");
}
}
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryPattern.War3.Service
{/// <summary>/// War3种族之一/// </summary>public class NE : IRace
{public void ShowKing()
{
Console.WriteLine("The King of {0} is {1}", this.GetType().Name, "Moon");
}
}
}
3、简单工厂（Simple Factory）
简单工厂：不直接new，把对象创建转移到工厂类。（简单工厂不属于23种设计模式）
核心代码如下：
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace SimpleFactory
{/// <summary>/// 简单工厂/// </summary>public class ObjectFactory
{/// <summary>/// 细节没有消失 只是转移/// 转移了矛盾，并没有消除矛盾/// 此处集中了矛盾/// </summary>/// <param name="raceType">/// </param>/// <returns>/// </returns>public static IRace CreateRace(RaceType raceType)
{
IRace iRace;switch (raceType)
{case RaceType.Human:
iRace = new Human();break;case RaceType.Undead:
iRace = new Undead();break;case RaceType.ORC:
iRace = new ORC();break;case RaceType.NE:
iRace = new NE();break;//每增加一个分支就需要修改代码default:throw new Exception("wrong raceType");
}return iRace;
}
}/// <summary>/// 种族类型枚举/// </summary>public enum RaceType
{
Human,
Undead,
ORC,
NE
}
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace SimpleFactory
{/// <summary>/// 玩家/// </summary>public class Player
{public int Id { get; set; }public string Name { get; set; }/// <summary>/// 面向抽象/// </summary>/// <param name="race">/// 种族/// </param>public void PlayWar3(IRace race)
{
Console.WriteLine("******************************");
Console.WriteLine("This is {0} Play War3.{1}", this.Name, race.GetType().Name);
race.ShowKing();
}
}
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace SimpleFactory
{/// <summary>/// 简单工厂：非常简单的工厂/// 工厂就是创建对象的地方/// </summary>class Program
{static void Main(string[] args)
{try{
Player player = new Player()
{
Id = 123,
Name = "候鸟"};
{
Human human = new Human();//1 到处都是细节 player.PlayWar3(human);
}
{
IRace human = new Human();//2 左边是抽象 右边是细节 player.PlayWar3(human);
}
{
IRace human = ObjectFactory.CreateRace(RaceType.Human); //3 没有细节 细节被转移 player.PlayWar3(human);
}
{
IRace undead = ObjectFactory.CreateRace(RaceType.Undead); //4 没有细节 细节被转移 player.PlayWar3(undead);
}
}catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.Read();
}
}
}
4、工厂方法模式（Factory Method Pattern）
工厂方法模式：
屏蔽对象的创建，留下了扩展空间。
把简单工厂拆分成多个工厂，保证每个工厂的相对稳定。
多new一次工厂，难免，中间层，屏蔽业务类变化的影响，而且可以留下创建对象的扩展空间。
核心代码如下：
using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryMethod.Factory
{public interface IFactory
{/// <summary>/// 创建种族/// </summary>/// <returns>/// </returns> IRace CreateRace();
}
}
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace FactoryMethod.Factory
{public class HumanFactory : IFactory
{public virtual IRace CreateRace()
{return new Human();
}
}/// <summary>/// 后期可以对其扩展/// </summary>public class HumanFactoryAdvanced : HumanFactory
{public override IRace CreateRace()
{
Console.WriteLine("123");return new Human();
}
}
}
using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace FactoryMethod.Factory
{public class UndeadFactory : IFactory
{public IRace CreateRace()
{return new Undead();
}
}
}
using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace FactoryMethod.Factory
{public class ORCFactory : IFactory
{public IRace CreateRace()
{return new ORC();
}
}
}
using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace FactoryMethod.Factory
{public class NEFactory : IFactory
{public IRace CreateRace()
{return new NE();
}
}
}
using System;using FactoryMethod.Factory;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryMethod
{/// <summary>/// 工厂方法：把简单工厂拆分成多个工厂，保证每个工厂的相对稳定。/// 但是要多new一次工厂？ 难免，中间层，屏蔽业务类变化的影响，而且可以留下创建对象的扩展空间。/// 开闭原则：对扩展开发，对修改封闭。/// 工厂方法完美遵循了开闭原则/// </summary>class Program
{static void Main(string[] args)
{try{
{//humanIFactory factory = new HumanFactory();//包一层IRace race = factory.CreateRace();//何苦 搞了这么多工厂 还不是创建个对象//以前依赖的是Human 现在换成了HumanFactory//1 工厂可以增加一些创建逻辑 屏蔽对象实例化的复杂度//2 对象创建的过程中 可能扩展(尤其是ioc) }
{//UndeadIFactory factory = new UndeadFactory();
IRace race = factory.CreateRace();
}
}catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.Read();
}
}
}
可以看出工厂方法模式，就是把简单工厂拆分成多个工厂，保证每个工厂的相对稳定。多new一次工厂，难免，中间层，屏蔽业务类变化的影响，而且可以留下创建对象的扩展空间。
另外工厂方法完美遵循了开闭原则，例如：Demo中原先我们有4个种族，分别为Human、Undead、ORC和NE，此时如果业务发生变化需要增加一个Five种族，
这时候我们只需要添加一个Five工厂类就好了，不会影响原来的代码。
using System;using FactoryPattern.War3.Interface;namespace FactoryPattern.War3.ServiceExtend
{/// <summary>/// War3种族之一/// </summary>public class Five : IRace
{public Five()
: this(1, "old", 1) //当前类的构造函数 {
}public Five(int id, string name, int version)
{
}public void ShowKing()
{
Console.WriteLine("The King of {0} is {1}", this.GetType().Name, "Moon");
}
}
}
using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.ServiceExtend;namespace FactoryMethod.Factory
{/// <summary>/// 比如构造很复杂。。比如依赖其他对象/// 屏蔽变化/// </summary>public class FiveFactory : IFactory
{public virtual IRace CreateRace()
{//return new Five();return new Five(2, "New", 2);
}
}
}
5、抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）
抽象工厂模式：
屏蔽对象的创建，约束强制保障产品簇。
创建一组密不可分的对象。
创建产品簇：创建一组密不可分的对象。
工厂+约束
倾斜的可扩展性设计，扩展种族很方便，增加产品很麻烦。
核心代码如下：
using FactoryPattern.War3.Interface;namespace AbstractFactory.Factory
{/// <summary>/// 一个工厂负责一些产品的创建/// 产品簇/// 单一职责就是创建完整的产品簇/// /// 继承抽象类后，必须显式的override父类的抽象方法。/// </summary>public abstract class FactoryAbstract
{public abstract IRace CreateRace();public abstract IArmy CreateArmy();public abstract IHero CreateHero();public abstract IResource CreateResource();//倾斜的可扩展性设计：扩展种族很方便，增加产品(元素)很麻烦。//public abstract ILuck CreateLuck(); //增加产品(元素)则每个种族的代码都要修改 }
}
using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace AbstractFactory.Factory
{/// <summary>/// 一个工厂负责一些产品的创建/// </summary>public class HumanFactory : FactoryAbstract
{public override IRace CreateRace()
{return new Human();
}public override IArmy CreateArmy()
{return new HumanArmy();
}public override IHero CreateHero()
{return new HumanHero();
}public override IResource CreateResource()
{return new HumanResource();
}
}
}
using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace AbstractFactory.Factory
{/// <summary>/// 一个工厂负责一些产品的创建/// </summary>public class UndeadFactory : FactoryAbstract
{public override IRace CreateRace()
{return new Undead();
}public override IArmy CreateArmy()
{return new UndeadArmy();
}public override IHero CreateHero()
{return new UndeadHero();
}public override IResource CreateResource()
{return new UndeadResource();
}
}
}
using System;using AbstractFactory.Factory;using FactoryPattern.War3.Interface;using FactoryPattern.War3.Service;namespace AbstractFactory
{/// <summary>/// 抽象工厂：创建一组密不可分的对象。/// 创建产品簇：多个对象是个整体，不可分割。/// /// 工厂+约束/// /// 倾斜的可扩展性设计：扩展种族很方便，增加产品(元素)很麻烦。/// </summary>class Program
{static void Main(string[] args)
{try{
Console.WriteLine("想要玩一款游戏，必须4大元素备齐");//System.Data.SqlClient.SqlClientFactory //使用的就是抽象工厂模式 {
IRace race = new Undead();
IArmy army = new UndeadArmy();
IHero hero = new UndeadHero();
IResource resource = new UndeadResource();//1 对象转移，屏蔽细节，让使用者更轻松//2 对象簇的工厂 }
{
FactoryAbstract undeadFactory = new UndeadFactory();
IRace race = undeadFactory.CreateRace();// new Undead();IArmy army = undeadFactory.CreateArmy();//new UndeadArmy();IHero hero = undeadFactory.CreateHero();//new UndeadHero();IResource resource = undeadFactory.CreateResource();//new UndeadResource(); }
{
FactoryAbstract humanFactory = new HumanFactory();
IRace race = humanFactory.CreateRace();
IArmy army = humanFactory.CreateArmy();
IHero hero = humanFactory.CreateHero();
IResource resource = humanFactory.CreateResource();
}
}catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
Console.Read();
}
}
}
可以看出抽象工厂模式，屏蔽对象的创建，约束强制保障产品簇，创建一组密不可分的对象（例如：Demo中每个种族都有四个密不可分的元素，分别为Race、Army、Hero和Resource）。
另外抽象工厂模式是倾斜的可扩展性设计，扩展种族很方便，增加产品(元素)很麻烦，例如在Demo中如果产品簇增加一个Luck元素则每个种族的代码都需要修改。
6、建造者模式（Builder Pattern）
建造者模式：复杂的工厂方法。
Demo源码：
链接：https://pan.baidu.com/s/1x_quZxEUpCmqqc3Gf-QlFg
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