创建型模式总览

凌晨 2 点，你接手了一个新项目，需要创建一个数据库连接池对象。这个对象的构造函数有 7 个参数，每个参数都有默认值，你翻了半天才找到正确的配置方式。类似的场景在日常开发中并不少见——ThreadPoolExecutor 需要 6 个参数、HttpClient 需要一堆配置项、OkHttpClient 的 Builder 配置项超过 20 个。

这类问题的本质是：对象的创建过程太复杂，导致调用方必须了解大量的实现细节。创建型模式就是为了解决这个问题而产生的。

创建型模式的核心价值

创建型模式（Creational Patterns）关注的是「如何创建对象」，它解决的不是"创建什么"的问题，而是"谁来创建"和"怎么创建"的问题。通过将对象创建过程封装起来，创建型模式实现了三个核心目标：

封装创建细节：调用方不需要知道对象是如何被创建和组装的
统一创建入口：所有对象都通过相同的入口创建，便于管理和替换
抽象依赖关系：调用方依赖于抽象接口，而不是具体实现类

flowchart LR
    subgraph "客户端"
        A[调用方]
    end
    subgraph "创建型模式"
        B[单例模式]
        C[工厂模式]
        D[建造者模式]
        E[原型模式]
    end
    subgraph "产品"
        F[复杂对象]
    end
    A -->|请求创建| B & C & D & E
    B & C & D & E -->|创建| F

五种创建型模式概览

单例模式（Singleton）

确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式解决的是"全局唯一性"问题，比如配置管理器、连接池、线程池等。

典型使用场景：

数据库连接池（整个应用只需要一个实例）
日志记录器（所有模块共用一个日志实例）
配置中心客户端（全局配置统一管理）

工厂模式（Factory）

工厂模式是一族模式的统称，包括简单工厂、工厂方法和抽象工厂。它们的共同特点是：定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。

classDiagram
    class Product {
        <<interface>>
        +operation()
    }
    class ConcreteProductA {
        +operation()
    }
    class ConcreteProductB {
        +operation()
    }
    class Creator {
        <<interface>>
        +factoryMethod() Product
    }
    class ConcreteCreatorA {
        +factoryMethod() Product
    }
    class ConcreteCreatorB {
        +factoryMethod() Product
    }
    Product <|.. ConcreteProductA
    Product <|.. ConcreteProductB
    Creator <|.. ConcreteCreatorA
    Creator <|.. ConcreteCreatorB
    ConcreteCreatorA ..> ConcreteProductA : creates
    ConcreteCreatorB ..> ConcreteProductB : creates

适用场景：

对象创建逻辑可能变化
需要解耦对象创建者和使用者
需要根据配置或环境创建不同类型的对象

建造者模式（Builder）

当一个对象构造过程复杂、参数众多时，建造者模式通过链式调用逐步构建对象，避免了构造函数参数列表过长的问题。

// 不使用建造者
User user = new User("zhangsan", "zhangsan@example.com", "13800000000",
    "北京市", "朝阳区", "某大厦", "123456", true, 1, new Date());

// 使用建造者
User user = User.builder()
    .name("zhangsan")
    .email("zhangsan@example.com")
    .phone("13800000000")
    .address("北京市朝阳区某大厦")
    .zipCode("123456")
    .vip(true)
    .level(1)
    .build();

适用场景：

对象有多个可选参数
需要创建不同表示的同一类产品
需要构建不可变对象

原型模式（Prototype）

通过复制现有对象（原型）来创建新对象，而不是通过构造函数。当创建成本较高时，原型模式可以显著提升性能。

flowchart TD
    A[原型对象] -->|clone| B[新对象]
    A -->|clone| C[新对象]
    A -->|clone| D[新对象]

适用场景：

创建成本高（如数据库查询、远程调用）
对象结构复杂但差异化小
需要避免使用构造函数创建对象

创建型模式对比

模式	核心目标	线程安全	延迟加载	适用场景
单例模式	全局唯一实例	可选	可选	全局共享资源
简单工厂	统一创建入口	否	否	产品种类少且稳定
工厂方法	子类决定创建	可选	可选	产品种类扩展
抽象工厂	产品族创建	可选	可选	多个产品线
建造者模式	复杂对象构建	可选	可选	多参数、不可变对象
原型模式	对象复制	否	否	高成本对象创建

选择决策树

flowchart TD
    A[需要创建对象] --> B{是否需要全局唯一？}
    B -->|是| C[单例模式]
    B -->|否| D{创建过程是否复杂？}
    D -->|是，参数多| E[建造者模式]
    D -->|是，逻辑复杂| F{是否需要复制？}
    F -->|是| G[原型模式]
    F -->|否| H{产品是否固定？}
    H -->|是| I[简单工厂]
    H -->|否| J{是否需要扩展？}
    J -->|是| K[工厂方法/抽象工厂]

模式之间的组合使用

在实际项目中，创建型模式很少单独使用。它们往往组合出现：

工厂 + 建造者：工厂负责决定创建什么类型的对象，建造者负责构建这个对象的细节。

单例 + 工厂：工厂本身可以是单例，确保全局只有一个工厂实例。

原型 + 工厂：原型管理器结合工厂，原型作为创建新对象的模板。

思考题

问题 1：为什么说单例模式是「假并发安全」？

参考答案

单例模式的线程安全实现是有前提条件的。以双重检查锁为例，如果实例变量没有加 volatile，在某些 JVM 实现下可能发生「指令重排序」问题：其他线程可能看到一个部分构造的对象。但这种「假并发安全」实际上很少触发，因为：

现代 JDK 的对象分配已经非常快，构造函数执行时间很短
volatile 的语义在 Java 5 之后才完全明确

所以现在的建议是：如果要写单例，要么用「静态内部类」方式，要么用「枚举」方式，都不需要额外加 volatile。这两种方式由 JVM 的类加载机制保证线程安全。

问题 2：建造者模式和工厂模式都能创建对象，什么时候用建造者而不是工厂？

参考答案

核心区别在于「构建过程」是否复杂：

工厂模式：关注的是「创建什么类型的产品」，不关心产品内部如何组装
建造者模式：关注的是「如何一步步构建产品」，强调构建步骤和参数配置

简单判断：如果创建对象只需要一行代码 new Xxx() 或 factory.create()，用工厂；如果需要配置大量参数、设置多个可选值，用建造者。

一个典型的反例：用建造者模式创建一个只有 2-3 个必需参数的简单对象，这是过度设计。

问题 3：原型模式中的「深拷贝」和「浅拷贝」有什么区别？各自有什么代价？

参考答案

浅拷贝：只复制对象的引用，不复制引用指向的实际对象。

class Order {
    private List<Item> items; // 引用类型
}

Order copy = original.clone();
// copy.items 和 original.items 指向同一个 List

深拷贝：递归复制所有引用类型，直到基本类型。

Order copy = original.clone();
copy.setItems(new ArrayList<>(original.getItems()));
// copy.items 是全新的 List

代价对比：

维度	浅拷贝	深拷贝
实现复杂度	简单	复杂（需要递归或序列化）
性能	快（只复制引用）	慢（需要递归复制所有对象）
内存	共享引用，节省内存	独立副本，占用更多内存
副作用	修改会互相影响	完全独立，无副作用

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