GOF23设计模式-创建型模式2-工厂模式:简单工厂、工厂方法、抽象工厂

设计模式GOF23-工厂模式

  • 面向对象设计的基本原则
  • 工厂模式
    • 核心本质
    • 详细分类
    • 无工厂模式
    • 简单工厂模式
    • 工厂方法模式
    • 简单工厂模式 VS 工厂方法模式
    • 如何选择?
    • 抽象工厂模式
    • 工厂模式要点
    • 应用场景

面向对象设计的基本原则

  1. OCP(开闭原则,Open-Closed Principle):一个软件的实体应当对扩展开放,对修改关闭。
  2. DIP(依赖倒转原则,Dependence Inversion Principle):要针对接口编程,不要针对实现编程。
  3. LoD(迪米特法则,Law of Demeter):只与你直接的朋友进行通信,而避免和陌生人通信。

工厂模式

工厂模式,实现了创建者和调用者得分离。

核心本质

  1. 实例化对象,用工厂方法代替new操作。
  2. 将选择实现类、创建对象统一管理和控制。从而将调用者和我们的实现类解耦。

详细分类

  1. 简单工厂模式
    用来生产同一等级结构中的任意产品。(对于增加新的产品,需要修改已有代码)
  2. 工厂方法模式
    用来生产同一等级结构中的固定产品。(支持增加任意产品)
  3. 抽象工厂模式
    用来生产不同产品族的全部产品。(对于增加新的产品,无能为力,支持增加新的产品族)

无工厂模式

如果不用工厂模式,假设我们现在有一个汽车接口(Car)两个具体实现类(Audi、Byd),一个客户端类调用具体方法运行,那么代码如下:

  1. 汽车接口Car.java
/**
 *  User:tumbler
 *  Desc:汽车接口
 */
public interface Car {
    void run();
}
  1. 奥迪类Audi.java
/**
 * User:tumbler
 * Desc:奥迪类
 */
public class Audi implements Car {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是奥迪...");
    }
}
  1. 比亚迪类Byd.java
/**
 * User:tumbler
 * Desc:比亚迪类
 */
public class Byd implements Car {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("我是比亚迪...");
    }
}
  1. 无工厂客户端调用类Client01.java
/**
 * User:tumbler
 * Desc:无工厂模式调用
 */
public class Client01 {
    public static void main(String[] args) {
        Car c1 = new Audi();
        Car c2 = new Byd();
        c1.run();
        c2.run();
    }
}
  1. UML图
    从图中可以看出客户端想要创建一个汽车,需要依赖接口和具体的实现类。
    GOF23设计模式-创建型模式2-工厂模式:简单工厂、工厂方法、抽象工厂_第1张图片

简单工厂模式

创建一个简单工厂的示例类,负责创建汽车,而客户端无需知道是怎么创建的,只需告诉工厂我需要什么。

/**
 * User:tumbler
 * Desc:简单工厂类
 */
public class CarFactory {
    public static Car createCar(String type) {
        if ("奥迪".equals(type)) {
            return new Audi();
        }else if ("比亚迪".equals(type)) {
            return new Byd();
        }else {
            return null;
        }
    }
}

客户端调用时,无需知道具体创建,只需知道我需要什么:

/**
 * User:tumbler
 * Desc:简单工厂客户端调用
 */
public class Client02 {
    public static void main(String[] args) {
        Car c1 = CarFactory.createCar("奥迪");
        Car c2 = CarFactory.createCar("比亚迪");
        c1.run();
        c2.run();
    }
}

此时的UML如下,客户端只依赖于汽车接口和工厂类:
GOF23设计模式-创建型模式2-工厂模式:简单工厂、工厂方法、抽象工厂_第2张图片

工厂方法模式

**要点:**为了避免简单工厂模式的缺点,不完全满足OCP。工厂方法模式和简单工厂模式最大的区别在于:简单工厂模式只有一个(对于一个项目或者一个独立模块而言)工厂类,而工厂方法模式有一组实现了相同接口的工厂类。
**示例:**依然使用上面的汽车接口Car.java,奥迪实现类Audi.java、比亚迪实现类Byd.java。再创建一个工厂接口CarFactory.java,包含一个创建汽车的方法createCar():

/**
 * User:tumbler
 * Desc:工厂模式:工厂方法模式-汽车工厂接口
 */
public interface CarFactory {
    Car createCar();
}

接下来分别新建奥迪工厂类和比亚迪工厂类,都实现汽车工厂接口:

/**
 * User:tumbler
 * Desc:工厂方法模式:奥迪工厂
 */
public class AudiFactory implements CarFactory{
    @Override
    public Car createCar() {
        return new Audi();
    }
}

/**
 * User:tumbler
 * Desc:工厂方法模式:比亚迪工厂
 */
public class BydFactory implements CarFactory{
    @Override
    public Car createCar() {
        return new Byd();
    }
}

客户端调用:

/**
 * User:tumbler
 * Desc:工厂方法模式-客户端调用
 */
public class Client01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 通过各自的工厂创建各类汽车
        Car c1 = new AudiFactory().createCar();
        Car c2 = new BydFactory().createCar();
        c1.run(); // 我是奥迪...
        c2.run(); // 我是比亚迪...
    }
}

那么现在我想新增一个奔驰类Benz.java,然而我们不需要修改其他的任何代码,只需要新增Benz.java、奔驰工厂BenzFactory.java实现汽车工厂CarFactory.java,即可,方便了扩展,符合了开闭原则(OCP)。
工厂方法模式的UML图如下所示:
GOF23设计模式-创建型模式2-工厂模式:简单工厂、工厂方法、抽象工厂_第3张图片

简单工厂模式 VS 工厂方法模式

  • 结构复杂度
    从这个角度比较,显然简单工厂模式占优势。简单工厂模式只需要一个工厂类,而工厂方法模式的工厂类随着产品类个数的增加而增加,这无疑会是类的个数越来越多,从而增加了结构的复杂程度。
  • 代码复杂度
    代码复杂度和结构复杂度是矛盾的,既然简单工厂模式在结构方面相对简单,那么它在代码方面肯定是比工厂方法模式复杂的了,简单工厂模式的工厂类随着产品类的增加需要加很多的方法(或代码),而工厂方法模式每个具体工厂类只完成单一任务,代码简洁。
  • 客户端编程难度
    工厂方法模式虽然在在工厂类的结构中引入了接口满足了OCP,但是在客户端编码中需要对工厂类进行实例化;而简单工厂模式的工厂类是个静态类,在客户端无需实例化,这无疑是个吸引人的优点。
  • 管理上的难度
    这是个关键的问题。我们先说扩展,众所周知,工厂方法模式完全满足OCP,即它具有良好的扩展性。那是否就说明了 简单工厂模式就没有扩展性呢?答案是否定的,简单工厂模式同样具备良好的扩展性——扩展的时候只需修改少量的代码(修改工厂的代码)就可以满足扩展性的要求了,尽管这没有满足OCP,但我们不需要太拘泥于设计理论。要知道,即使是sun提供的java官方工具包中也有不少没有满足OCP的。
    然后从理论性的角度分析下,假如某个具体产品类需要进行一定的修改,很可能需要修改对应的工厂类,当同时需要修改多个产品类的时候,工厂方法模式对工厂类的修改会变得相当的麻烦(对号入座已经是个问题了),显然简单工厂没有这些麻烦,当多个产品类需要修改时,简单工厂模式仍然只需要修改唯一的工厂类。

如何选择?

根据设计理论建议:工厂方法模式
实际情况下:一般都用简单工厂模式

抽象工厂模式

作用: 用来生产不同产品族的全部产品。(对于增加新的功能,无能为力,支持增加新的产品族)。抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本,在有多个业务品种、业务分类时,通过抽象工厂模式产生需要的对象是一个非常好的解决方式。
在汽车中,发动机、轮胎、座椅属于一个产品族。由高端发动机、高端轮胎、高端座椅构成高端汽车产品;由低端发动机、低端轮胎、低端座椅构成低端汽车产品;

下面我们创建以下类来实现抽象工厂模式:
发动机接口-Engine.java、高端发动机-LuxuryEngine.java、低端发动机-LowEngine.java
座椅接口-Seat.java、高端座椅-LuxurySeat.java、低端座椅-LowSeat.java
轮胎接口-Tyre.java、高端轮胎-LuxuryTyre.java、低端轮胎-LowTyre.java
汽车工厂接口-CarFactory.java
高端汽车工厂-LuxuryCarFactory.java
低端汽车工厂-LowCarFactory.java
客户端-Client.java

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式-发动机接口
 */
public interface Engine {
    void run();
    void start();
}

/**
 * 发动机实现类-高端发动机
 */
class LuxuryEngine implements Engine {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("高端发动机--跑的快");
    }

    @Override
    public void start() {
        System.out.println("高端发动机--启动快");
    }
}

/**
 * 发动机实现类-低端发动机
 */
class LowEngine implements Engine {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("低端发动机--跑的慢");
    }

    @Override
    public void start() {
        System.out.println("低端发动机--启动慢");
    }
}

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式-座椅接口
 */
public interface Seat {
    void massage();
}

/**
 * 高端座椅实现类
 */
class LuxurySeat implements Seat {
    @Override
    public void massage() {
        System.out.println("高端座椅--舒服--可自动按摩");
    }
}

/**
 * 低端座椅实现类
 */
class LowSeat implements Seat {
    @Override
    public void massage() {
        System.out.println("低端座椅--不舒服--不可自动按摩");
    }
}

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式--轮胎接口
 */
public interface Tyre {
    void revolve();
}

/**
 * 高端轮胎实现类
 */
class LuxuryTyre implements Tyre {
    @Override
    public void revolve() {
        System.out.println("高端轮胎--旋转耐磨损");
    }
}

/**
 * 高端轮胎实现类
 */
class LowTyre implements Tyre {
    @Override
    public void revolve() {
        System.out.println("低端轮胎--旋转易磨损");
    }
}

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式--汽车工厂接口
 */
public interface CarFactory {
    Engine createEngine();
    Seat createSeat();
    Tyre createTyre();
}


package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式--高端汽车工厂类
 */
public class LuxuryCarFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Engine createEngine() {
        return new LuxuryEngine();
    }

    @Override
    public Seat createSeat() {
        return new LuxurySeat();
    }

    @Override
    public Tyre createTyre() {
        return new LuxuryTyre();
    }
}

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式--低端汽车工厂类
 */
public class LowCarFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Engine createEngine() {
        return new LowEngine();
    }

    @Override
    public Seat createSeat() {
        return new LowSeat();
    }

    @Override
    public Tyre createTyre() {
        return new LowTyre();
    }
}

客户端:

package src.com.tumbler.factory.abstractFactory;

/**
 * User:tumbler
 * Desc:抽象工厂模式--客户端
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CarFactory factory = new LuxuryCarFactory();
        Engine e = factory.createEngine();
        e.run();   // 高端发动机--跑的快
        e.start(); // 高端发动机--启动快
    }
}

抽象工厂模式各类关系UML图:
GOF23设计模式-创建型模式2-工厂模式:简单工厂、工厂方法、抽象工厂_第4张图片

工厂模式要点

  • 简单工厂模式(静态工厂模式):虽然某种程度不符合设计原则,但实际使用最多。
  • 工厂方法模式:不修改已有类的前提下,通过增加新的扩展类实现扩展。
  • 抽象工厂模式:不可以增加产品,可以增加产品族。

应用场景

  • JDK中的Calendar的getInstance()方法
  • JDBC中的Connection对象的获取
  • Hibernate中SessionFactory创建Session
  • Spring中的IOC容器创建管理bean对象
  • XML解析时的DocumentBuilderFactory创建解析器对象
  • 反射中Class对象的newInstance()方法

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