Java設(shè)計(jì)模式-工廠模式

Songlcy 發(fā)布于2019-08-19 11:44 / 2936人閱讀

摘要：一簡單工廠定義簡單工廠其實(shí)并不屬于種設(shè)計(jì)模式之一，該模式是工廠方法模式的弱化或者說是工廠方法模式的一種特例，因?yàn)楹唵危苑Q為簡單工廠模式，也叫做靜態(tài)工廠模式。

一、簡單工廠 定義

簡單工廠其實(shí)并不屬于23種GOF設(shè)計(jì)模式之一，該模式是工廠方法模式的弱化（或者說是工廠方法模式的一種特例），因?yàn)楹唵危苑Q為簡單工廠模式（Simple Factory Pattern），也叫做靜態(tài)工廠模式。雖然不是"標(biāo)準(zhǔn)"的設(shè)計(jì)模式（更像是一種編程習(xí)慣），但在實(shí)際項(xiàng)目中，采用該方法的案例還是比較多的。

簡單工廠模式?jīng)]有嚴(yán)格的定義，我們姑且使用以下描述：

提供一個(gè)創(chuàng)建對象實(shí)例的功能，而無須關(guān)心其具體實(shí)現(xiàn)。被創(chuàng)建實(shí)例的類型可以是接口、抽象類，也可以是具體的類

關(guān)鍵點(diǎn)

具體的工廠類

創(chuàng)建產(chǎn)品的工廠方法

靜態(tài)方法（靜態(tài)工廠名字的由來）

通常會(huì)有一個(gè)"類型"參數(shù)（還有一種是可以提供多個(gè)靜態(tài)工廠方法并通過不同方法名區(qū)別要?jiǎng)?chuàng)建的產(chǎn)品）

根據(jù)參數(shù)，利用if或者switch創(chuàng)建產(chǎn)品并返回

實(shí)現(xiàn) 抽象產(chǎn)品類（接口或抽象類）

public interface Product {
    void doSomething();
    void doAnything();
}

具體產(chǎn)品類

public class ConcreteProductA implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductA doSomething");

    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductA doAnything");
    }
}

public class ConcreteProductB implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductB doSomething");

    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductB doAnything");
    }
}

工廠類

public class Creator {

    public static Product createProduct(String type) {
        Product product = null;
        switch (type) {
            case "A":
                product = new ConcreteProductA();
                break;
            case "B":
                product = new ConcreteProductB();
                break;
        }
        return product;
    }
}

客戶端代碼

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        Product productA = Creator.createProduct("A");
        productA.doSomething();
        productA.doAnything();
      
        Product productB = Creator.createProduct("B");
        productB.doSomething();
        productB.doAnything();
    }

}

優(yōu)點(diǎn)

簡單

解耦

客戶端不需要依賴具體的產(chǎn)品類，只依賴工廠類，傳入不同的參數(shù)就可以得到不同的對象；

工廠方法可以根據(jù)用戶條件返回同一類型的不同子類；

工廠方法中可以增加額外創(chuàng)建對象的細(xì)節(jié)，并且對客戶端屏蔽這些細(xì)節(jié)。

缺點(diǎn)

工廠類的擴(kuò)展比較困難，每增加一個(gè)產(chǎn)品，就要在工廠中添加相應(yīng)的分支，對擴(kuò)展開放的同時(shí)對修改也開放了，不符合開閉原則。如果有很多產(chǎn)品，那么工廠方法會(huì)顯得特別"臃腫"，降低可讀性且不易維護(hù)。

使用場景

new的替代品，需要用new創(chuàng)建對象的地方都可以考慮簡單工廠；

產(chǎn)品種類較少，并且基本可以預(yù)見不需要太多擴(kuò)展的情況（產(chǎn)品需求基本已經(jīng)確定，例如計(jì)算器，已知的運(yùn)算類型大概就那么多種）

二、工廠方法 定義

Define an interface for creating an object,but let subclasses decide which class toinstantiate.Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses.定義一個(gè)用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實(shí)例化哪一個(gè)類。工廠方法使一個(gè)類的實(shí)例化延遲到其子類。

實(shí)現(xiàn) 抽象產(chǎn)品類

public interface Product {
    void doSomething();
    void doAnything();
}

具體產(chǎn)品類

public class ConcreteProductA implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductA doSomething");

    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductA doAnything");
    }
}

public class ConcreteProductB implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductB doSomething");

    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductB doAnything");
    }
}

抽象工廠類

public interface Creator {
    Product createProduct();
}

具體工廠類

public class ConcreteCreatorA implements Creator {
    @Override
    public Product createProduct() {
        return new ConcreteProductA();
    }
}

public class ConcreteCreatorB implements Creator {
    @Override
    public Product createProduct() {
        return new ConcreteProductB();
    }
}

客戶端代碼

public static void main(String[] args) {
        Creator creatorA = new ConcreteCreatorA();
        Product productA = creatorA.createProduct();
        productA.doSomething();
        productA.doAnything();

        Creator creatorB = new ConcreteCreatorB();
        Product productB = creatorB.createProduct();
        productB.doSomething();
        productB.doAnything();
    }

優(yōu)點(diǎn)

良好的封裝性，代碼結(jié)構(gòu)清晰

一個(gè)對象創(chuàng)建是有條件約束的，如一個(gè)調(diào)用者需要一個(gè)具體的產(chǎn)品對象，只要知道這個(gè)產(chǎn)品的類名（或約束字符串）就可以了，不用知道創(chuàng)建對象的艱辛過程，降低模塊間的耦合。

工廠方法模式的擴(kuò)展性非常優(yōu)秀

在增加產(chǎn)品類的情況下，只要適當(dāng)?shù)匦薷木唧w的工廠類或擴(kuò)展一個(gè)工廠類，就可以完成“擁抱變化”。

工廠方法模式是典型的解耦框架

高層模塊值需要知道產(chǎn)品的抽象類，其他的實(shí)現(xiàn)類都不用關(guān)心，符合迪米特法則，我不需要的就不要去交流；也符合依賴倒置原則，只依賴產(chǎn)品類的抽象；當(dāng)然也符合里氏替換原則，使用產(chǎn)品子類替換產(chǎn)品父類。

缺點(diǎn)

每增加一個(gè)產(chǎn)品類，就需要增加一個(gè)對應(yīng)的工廠類，增加了額外的開發(fā)量。

擴(kuò)展

利用反射機(jī)制來解決"每增加一個(gè)產(chǎn)品類，就需要增加一個(gè)對應(yīng)的工廠類"的問題

抽象工廠類

public interface Creator {
     T createProduct(Class clazz);
}

具體工廠類

public class ConcreteCreator implements Creator {
    @Override
    public  T createProduct(Class clazz) {
        Product product= null;
        try {
            product = (Product) Class.forName(clazz.getName()).newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return (T) product;
    }
}

客戶端代碼

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Creator creator = new ConcreteCreator();

        Product productA = creator.createProduct(ConcreteProductA.class);
        productA.doSomething();
        productA.doAnything();

        Product productB = creator.createProduct(ConcreteProductB.class);
        productB.doSomething();
        productB.doAnything();
    }
}

工廠方法 VS 簡單工廠

工廠方法模式是對簡單工廠的進(jìn)一步抽象和解耦。和簡單工廠比：

工廠方法模式多了一個(gè)抽象工廠類

每個(gè)產(chǎn)品都對應(yīng)一個(gè)具體的工廠類

工廠方法模式把簡單工廠的內(nèi)部邏輯判斷轉(zhuǎn)移到了客戶端代碼來進(jìn)行。各個(gè)實(shí)例對象的創(chuàng)建代碼，沒有耦合在同一個(gè)工廠類里。

工廠方法模式更易于擴(kuò)展，克服了簡單工廠會(huì)違背開閉原則的缺點(diǎn)，又保持了封裝對象創(chuàng)建過程的優(yōu)點(diǎn)。

三、抽象工廠 定義

Provide an interface for creating families of related or dependent objects without specifyingtheir concrete classes.

為創(chuàng)建一組相關(guān)或相互依賴的對象提供一個(gè)接口，而且無須指定它們的具體類。

實(shí)現(xiàn) 抽象產(chǎn)品類

產(chǎn)品A家族

public interface ProductA {
    void doSomething();
    void doAnything();
}

產(chǎn)品B家族

public interface ProductB {
    void doSomething();
    void doAnything();
}

具體產(chǎn)品類

產(chǎn)品A家族，產(chǎn)品等級1

public class ConcreteProductA1 implements ProductA {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductA1 doSomething");
    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductA1 doAnything");
    }
}

產(chǎn)品A家族，產(chǎn)品等級2

public class ConcreteProductA2 implements ProductA {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductA2 doSomething");
    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductA2 doAnything");
    }
}

產(chǎn)品B家族，產(chǎn)品等級2

public class ConcreteProductB1 implements ProductB {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductB1 doSomething");
    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductB1 doAnything");
    }
}

產(chǎn)品B家族，產(chǎn)品等級2

public class ConcreteProductB2 implements ProductB {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("ConcreteProductB2 doSomething");
    }

    @Override
    public void doAnything() {
        System.out.println("ConcreteProductB2 doAnything");
    }
}

抽象工廠類

public interface Creator {
    /**
     * 創(chuàng)建A產(chǎn)品家族
     * @return
     */
    ProductA createProductA();

    /**
     * 創(chuàng)建B產(chǎn)品家族
     * @return
     */
    ProductB createProductB();

    // ...
    // 有N個(gè)產(chǎn)品族，在抽象工廠類中就應(yīng)該有N個(gè)創(chuàng)建方法
}

有N個(gè)產(chǎn)品族，在抽象工廠類中就應(yīng)該有N個(gè)創(chuàng)建方法

具體工廠類

public class ConcreteCreator1 implements Creator {
    @Override
    public ProductA createProductA() {
        return new ConcreteProductA1();
    }

    @Override
    public ProductB createProductB() {
        return new ConcreteProductB1();
    }
}

public class ConcreteCreator2 implements Creator {
    @Override
    public ProductA createProductA() {
        return new ConcreteProductA2();
    }

    @Override
    public ProductB createProductB() {
        return new ConcreteProductB2();
    }
}

有M個(gè)產(chǎn)品等級，就應(yīng)該有M個(gè)具體工廠實(shí)現(xiàn)

客戶端代碼

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Creator creator1 = new ConcreteCreator1();

        ProductA productA1 = creator1.createProductA();
        productA1.doSomething();
        productA1.doAnything();

        ProductB productB1 = creator1.createProductB();
        productB1.doSomething();
        productB1.doAnything();

        Creator creator2 = new ConcreteCreator2();

        ProductA productA2 = creator2.createProductA();
        productA2.doSomething();
        productA2.doAnything();

        ProductB productB2 = creator2.createProductB();
        productB2.doSomething();
        productB2.doAnything();
    }
}

優(yōu)點(diǎn)

封裝性，高層模塊不需要關(guān)心每個(gè)產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)類，不關(guān)心對象是如何創(chuàng)建出來的，只要知道工廠類是誰，就能創(chuàng)建出一個(gè)需要的對象

一個(gè)產(chǎn)品族中的多個(gè)對象被設(shè)計(jì)成一起工作時(shí)，它能保證客戶端始終只使用同一個(gè)產(chǎn)品族中的對象，并且很容易交換產(chǎn)品系列

可以定義產(chǎn)品族內(nèi)的約束，并且這樣的約束對高層模塊來說是透明的

缺點(diǎn)

抽象工廠模式的最大缺點(diǎn)就是產(chǎn)品族擴(kuò)展非常困難，以上面的通用代碼為例，如果要增加一個(gè)產(chǎn)品C，也就是說產(chǎn)品家族由原來的2個(gè)增加到3個(gè)，抽象工廠類Creator要增加一個(gè)方法createProductC()，然后每個(gè)實(shí)現(xiàn)類都要修改，違反了開閉原則。

注意是產(chǎn)品族擴(kuò)展困難，而不是產(chǎn)品等級，如果新增一個(gè)產(chǎn)品等級，只需增加一個(gè)具體工廠類的實(shí)現(xiàn)即可完成擴(kuò)展

抽象工廠 VS 工廠方法

抽象工廠模式是工廠方法模式的升級版本，在有多個(gè)業(yè)務(wù)品種、業(yè)務(wù)分類時(shí)，通過抽象工廠模式產(chǎn)生需要的對象是一種非常好的解決方式。

工廠方法模式生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品，抽象工廠模式生產(chǎn)多個(gè)產(chǎn)品（一系列產(chǎn)品）；在編程中，通常表現(xiàn)為一個(gè)接口或者抽象類，也就是說，工廠方法模式提供的所有產(chǎn)品都是衍生自同一個(gè)接口或抽象類，而抽象工廠模式所提供的產(chǎn)品則是衍生自不同的接口或抽象類。

四、總結(jié)

簡單工廠、工廠方法、抽象工廠這三種模式是逐步抽象的，后者適用于更為一般的場景，而前者是后者的特例。但它們的目標(biāo)是殊途同歸的，目的都是靈活地創(chuàng)建所需的對象并且對客戶端隱藏對象創(chuàng)建細(xì)節(jié)，三者的擴(kuò)展性和開發(fā)量有所不同，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的模式來代替以new的方式創(chuàng)建對象的過程：

簡單工廠適用于產(chǎn)品種類較少，且不需要太多擴(kuò)展的場景

工廠方法模式作為簡單工廠的進(jìn)一步抽象和補(bǔ)充，更加適用于有很多擴(kuò)展需求的場景

如果一個(gè)產(chǎn)品族都有相同的約束（在有多個(gè)業(yè)務(wù)品種、業(yè)務(wù)分類時(shí)，即：具有產(chǎn)品族&產(chǎn)品等級結(jié)構(gòu)的概念），則可以使用抽象工廠模式

例如一個(gè)文本編輯器和一個(gè)圖片處理器，都是軟件實(shí)體，但是*nix下的文本編輯器和Windows下的文本編輯器雖然功能和界面都相同，但是代碼實(shí)現(xiàn)是不同的，圖片處理器也有類似情況。也就是具有了共同的約束條件：操作系統(tǒng)類型。于是我們可以使用抽象工廠模式，產(chǎn)生不同操作系統(tǒng)下的編輯器和圖片處理器。

源碼地址：https://gitee.com/tianranll/java-design-patterns.git

參考文獻(xiàn)：《設(shè)計(jì)模式之禪》、《大話設(shè)計(jì)模式》