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前五个设计模式

Prototype模式

通过复制生成实例

有时候会有这种需求：“在不指定类名的前提下生成实例”

具体一种情况就是想要让生成实例的框架不依赖于具体的类，二是事先注册一个原型实例，然后通过复制该实例来生成新的实例

Prototype模式的思想就是通过实例来生成实例

示例程序

在本示例程序中，Product接口和Message类中完全没有出现MessageBox类和UnderlinePen类的名字，因为在代码的编写中，一旦在类中使用到了别的类的名字，就意味着该类与其他类紧密地耦合在了一起

我们在framework包中编写的类并没有牵扯到具体的类名，Product接口是连接Manager类与其他具体类之间的桥梁

源代码

framework包

Product.java

package framework;public interface Product extends Cloneable{public abstract void use(String a);public abstract Product createClone();
}

Manager.java

package framework;import java.util.*;public class Manager {private HashMap showcase = new HashMap();public void register(String name, Product proto) {showcase.put(name, proto);}public Product create(String protoname) {Product product = (Product)showcase.get(protoname);return product.createClone();}
}

default包

UnderlinePen.java

import framework.*;public class UnderlinePen implements Product {private char ulchar;public UnderlinePen(char ulchar) {this.ulchar = ulchar; }public void use(String s) {int length = s.getBytes().length;System.out.println("\"" + s + "\"");for(int i=0; i<length; i++) {System.out.print(ulchar);}System.out.println("");}public Product createClone() {Product p = null;try {p = (Product)clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return p;}
}

MessageBox.java

import framework.Product;public class MessageBox implements Product {private char decochar;public MessageBox(char decochar) {this.decochar = decochar; }public void use(String s) {int length = s.getBytes().length;for(int i=0; i<length+4; i++) {System.out.print(decochar);}System.out.println("");System.out.println(decochar + " " + s + " " + decochar);for (int i = 0; i < length + 4; i++) {System.out.print(decochar);}System.out.println("");}public Product createClone() {Product p = null;try {p = (Product)clone();} catch (CloneNotSupportedException e) {e.printStackTrace();}return p;}
}

main.java

import framework.Manager;
import framework.Product;public class Main {public static void main(String[] args) {Manager manager = new Manager();UnderlinePen upen = new UnderlinePen('~');MessageBox mbox = new MessageBox('*');MessageBox sbox = new MessageBox('/');manager.register("strong message", upen);manager.register("warning box", mbox);manager.register("slash box", sbox);Product p1 = manager.create("strong message");p1.use("Hello, world.");Product p2 = manager.create("warning box");p2.use("Hellp, world.");Product p3 = manager.create("slash box");p3.use("Hello, world.");}
}

下面我来稍微解释一下源代码

首先Manager类中有两个方法：register和createClone方法，register方法负责把一个任意（实现了Product接口的）类的实例和该类的描述性字符串关联起来（使用HashMap数据结构实现，在Manager类中声明了一个showcase，HashMap对象）:

showcase.put(name, proto);

createClone方法使用showcase的get方法，根据传入的参数protoname（类的描述性字符串）来得到对应类的实例，然后强转为Product类型：

Product product = (Product)showcase.get(protoname);

这时，因为Product是一个接口，而且这些类都已经实现了Product接口，因此，product可以使用use和createClone方法，这样我们就实现了不同的对象调用同一个方法产生不同的效果，而且因为createClone方法中调用的clone方法的特性，可以确保该方法只会产生本对象的复制品，顺便提一下，要想使用clone方法，需要实现java.lang.Cloneable接口，该接口中并未定义任何方法（典型的标记接口），在本示例程序中Product接口继承了该接口，因此实现了Product接口的类的对象都可以调用clone方法来复制自身

本示例程序很好的实现了类之间的低耦合，类与类之间没有太强的依赖性

运行结果：给不同的对象传入不同的参数会产生不同的修饰效果

"Hello, world."
~~~~~~~~~~~~~
*****************
* Hellp, world. *
*****************
/
/ Hello, world. /
/

Builder模式

组装复杂的实例

示例程序

UML图

源代码

Director.java

public class Director {private Builder builder;public Director(Builder builder) {this.builder = builder;}public void construct() {builder.makeTitle("Greeting");builder.makeString("从早上到下午");builder.makeItems(new String[] {"早上好。","下午好。",});builder.makeString("晚上");builder.makeItems(new String[] {"晚上好。","晚安。","再见。",});builder.close();}
}

Builder.java

public abstract class Builder {public abstract void makeTitle(String title);public abstract void makeString(String str);public abstract void makeItems(String[] items);public abstract void close();
}

TextBuilder.java

public class TextBuilder extends Builder {private StringBuffer buffer = new StringBuffer();public void makeTitle(String title) {buffer.append("============================\n");buffer.append("[" + title + "]\n");buffer.append("\n");}public void makeString(String str) {buffer.append("██" + str + "\n");buffer.append("\n");}public void makeItems(String[] items) {for (int i = 0; i < items.length; i++) {buffer.append("    " + items[i] + "\n");}buffer.append("\n");}public void close() {buffer.append("============================\n");}public String getResult() {return buffer.toString();}
}

HTMLBuilder.java

import java.io.*;public class HTMLBuilder extends Builder {private String filename;private PrintWriter writer;public void makeTitle(String title) {filename = title + ".html";try {writer = new PrintWriter(new FileWriter(filename));} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}writer.print("<html><head><title>" + title + "</title><head><body>");writer.println("<h1>" + title + "</h1>");}public void makeString(String str) {writer.println("<p>" + str + "</p>");}public void makeItems(String[] items) {writer.println("<ul>");for (int i = 0; i < items.length; i++) {writer.print("<li>" + items[i] + "</li>");}writer.println("</ul>");}public void close() {writer.println("</body></html>");writer.close();}public String getResult() {return filename;}
}

Main.java

public class Main {public static void main(String[] args) {if(args.length != 1) {usage();System.exit(0);}if(args[0].equals("plain")) {TextBuilder textbuilder = new TextBuilder();Director director = new Director(textbuilder);director.construct();String result = textbuilder.getResult();System.out.println(result);} else if(args[0].equals("html")) {HTMLBuilder htmlbuilder = new HTMLBuilder();Director director = new Director(htmlbuilder);director.construct();String filename = htmlbuilder.getResult();System.out.println(filename + "文件编写完成。");} else {usage();System.exit(0);}}public static void usage() {System.out.println("Usage: java Main plain编写纯文本文档");System.out.println("Usage: java Main html 编写HTML文档");}
}

在本示例程序中，具体的创建者角色，是由TextBuilder和HTMLBuilder两个类来创建的，在Director类中，只是调用Builder抽象类中的抽象方法，这样就能与具体的实现者：TextBuilder类和HTMLBuilder类隔离开，降低类之间的耦合

可以看到，我们在Director类中聚合了一个Builder对象，Client使用Director来创建出Builder对象，并指导该对象创建什么样的内容，具体如何创建，取决于TextBuilder类和HTMLBuilder类的实现方式

这里的组合体现在Director类中，该类组合TextBuilder类和HTMLBuilder类中的方法生成一个construct方法

Abstract Factory模式

将关联零件组装成产品

示例程序

类列表：

UML图：

源代码

factory包

Factory.java

package factory;public abstract class Factory {public static Factory getFactory(String classname) {Factory factory = null;try {factory = (Factory)Class.forName(classname).newInstance();} catch (ClassNotFoundException e) {System.err.println("没有找到" + classname + "类。");} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}return factory;}public abstract Link createLink(String caption, String url);public abstract Tray createTray(String caption);public abstract Page createPage(String title, String author);
}

Item.java

package factory;public abstract class Item {protected String caption;public Item(String caption) {this.caption = caption;}public abstract String makeHTML();
}

Link.java

package factory;public abstract class Link extends Item {protected String url;public Link(String caption, String url) {super(caption);this.url = url;}
}

Page.java

package factory;
import java.io.*;
import java.util.ArrayList;public abstract class Page {protected String title;protected String author;protected ArrayList content = new ArrayList();public Page(String title, String author) {this.title = title;this.author = author;}public void add(Item item) {content.add(item);}public void output() {try {String filename = title + ".html";Writer writer = new FileWriter(filename);writer.write(this.makeHTML());writer.close();System.out.println(filename + "编写完成。");} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}}public abstract String makeHTML();
}

Tray.java

package factory;
import java.util.ArrayList;public abstract class Tray extends Item {protected ArrayList tray = new ArrayList();public Tray(String caption) {super(caption);}public void add(Item item) {tray.add(item);}
}

listfactory包

ListFactory.java

package listfactory;
import factory.*;public class ListFactory extends Factory {public Link createLink(String caption, String url) {return new ListLink(caption, url);}public Tray createTray(String caption) {return new ListTray(caption);}public Page createPage(String title, String author) {return new ListPage(title, author);}
}

ListLink.java

package listfactory;
import factory.*;public class ListLink extends Link {public ListLink(String caption, String url) {super(caption, url);}public String makeHTML() {return "  <li><a href=\"" + url + "\">" + caption + "</a></li>\n";}
}

ListPage.java

package listfactory;
import factory.*;
import java.util.Iterator;public class ListPage extends Page {public ListPage(String title, String author) {super(title, author);}public String makeHTML() {StringBuffer buffer = new StringBuffer();buffer.append("<html><head><title>" + title + "</title></head>\n");buffer.append("<body>\n");buffer.append("<h1>" + title + "</h1>\n");buffer.append("<ul>\n");Iterator it = content.iterator();while (it.hasNext()) {Item item = (Item)it.next();buffer.append(item.makeHTML());}buffer.append("</ul>\n");buffer.append("<hr><address>" + author + "</address>");buffer.append("</body></html>\n");return buffer.toString();}
}

ListTray.java

package listfactory;
import factory.*;
import java.util.Iterator;public class ListTray extends Tray {public ListTray(String caption) {super(caption);}public String makeHTML() {StringBuffer buffer = new StringBuffer();buffer.append("<li>\n");buffer.append(caption + "\n");buffer.append("<ul>\n");Iterator it = tray.iterator();while (it.hasNext()) {Item item = (Item)it.next();buffer.append(item.makeHTML());}buffer.append("</ul>\n");buffer.append("</li>\n");return buffer.toString();}
}

tablefactory包

TableFactory.java

package tablefactory;
import factory.*;public class TableFactory extends Factory {public Link createLink(String caption, String url) {return new TableLink(caption, url);}public Tray createTray(String caption) {return new TableTray(caption);}public Page createPage(String title, String author) {return new TablePage(title, author);}
}

TableList.java

package tablefactory;
import factory.*;public class TableLink extends Link {public TableLink(String caption, String url) {super(caption, url);}public String makeHTML() {return "<td><a href=\"" + url + "\">" + caption + "</a></td>\n";}
}

TablePage.java

package tablefactory;
import factory.*;
import java.util.Iterator;public class TablePage extends Page {public TablePage(String title, String author) {super(title, author);}public String makeHTML() {StringBuffer buffer = new StringBuffer();buffer.append("<html><head><title>" + title + "</title></head>\n");buffer.append("<body>\n");buffer.append("<h1>" + title + "</h1>\n");buffer.append("<table width=\"80%\" border=\"3\">\n");Iterator it = content.iterator();while (it.hasNext()) {Item item = (Item)it.next();buffer.append("<tr>" + item.makeHTML() + "</tr>");}buffer.append("</table>\n");buffer.append("<hr><address>" + author + "</address>");buffer.append("</body></html>\n");return buffer.toString();}
}

TableTray.java

package tablefactory;
import factory.*;
import java.util.Iterator;public class TableTray extends Tray {public TableTray(String caption) {super(caption);                    }public String makeHTML() {StringBuffer buffer = new StringBuffer();buffer.append("<td>");buffer.append("<table width=\"100%\" border=\"1\"><tr>");buffer.append("<td bgcolor=\"#cccccc\" align=\"center\" colspan=\""+ tray.size() + "\"><b>" + caption + "</b></td>");buffer.append("</tr>\n");buffer.append("<tr>\n");Iterator it = tray.iterator();while (it.hasNext()) {Item item = (Item)it.next();buffer.append(item.makeHTML());}buffer.append("</tr></table>");buffer.append("</td>");return buffer.toString();}
}

default包

import factory.*;public class Main {public static void main(String[] args) {if (args.length != 1) {System.out.println("Usage: java Main class.name.of.ConcreteFactory");System.out.println("Example 1: java Main listfactory.ListFactory");System.out.println("Example 2: java Main tablefactory.TableFactory");System.exit(0);}//根据传入的参数来生成具体的工厂Factory factory = Factory.getFactory(args[0]);Link people = factory.createLink("人民日报", "http://www.people.com.cn/");Link gmw = factory.createLink("光明日报", "http://www.gmw.cn/");Link us_yahoo = factory.createLink("Yahoo!", "http://www.yahoo.com/");Link jp_yahoo = factory.createLink("Yahoo!Japan", "http://www.yahoo.co.jp/");Link excite = factory.createLink("Excite", "http://www.excite.com/");Link google = factory.createLink("Google", "http://www.google.com/");Tray traynews = factory.createTray("日报");traynews.add(people);traynews.add(gmw);Tray trayyahoo = factory.createTray("Yahoo!");trayyahoo.add(us_yahoo);trayyahoo.add(jp_yahoo);Tray traysearch = factory.createTray("检索引擎");traysearch.add(trayyahoo);traysearch.add(excite);traysearch.add(google);Page page = factory.createPage("LinkPage", "杨文轩");page.add(traynews);page.add(traysearch);page.output();}
}

我发现要想真正理解这些模式，还真没那么容易，果然抽象的东西才是最难懂的东西，但同时也是层次比较高的一种概念，它完全摆脱了实际的束缚，让我们在维护和更新程序的时候变得轻松了许多

就拿上面的示例程序来说吧，我们建立了两个实际的Factory抽象类的子类，对应listfactory包和tablefactory包，而在Main函数中，我们至始至终使用的都是抽象类，这就摆脱了类的实际实现方式对程序的影响，使得整个代码拥有了一个抽象的框架，如果后期需要增加新的文档显示方式，我们可以再创建出新的抽象类的子类来实现抽象类中定义的抽象方法

Main函数根据传入的不同工厂类以不同的方式编写文档，因为实际的工厂类都继承了抽象工厂类，这其实就是一个多态，都是Factory对象，但是调用相同的方法会产生不同的效果

需要注意的是，程序在编译的时候，只会编译Main.java和factory包中的java文件，因为Main.java并没有使用另外两个包中的文件，只有必要的类才会被编译，但是如果使用的是IDE，比如eclipse，就不需要我们自己编译了，即使不必要，eclipse也会帮我们编译

只不过在使用的时候，需要使用以下形式，把指定的工厂类的名字作为参数传递给Main

java Main listfactory.ListFactory

前面之所以要加 . 是因为ListFactory在listfactory包中，而不是和Main在同一个包

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