JAVA设计模式之工厂模式(详解篇)
目录
什么是工厂模式
简单工厂模式
工厂方法模式
抽象工厂模式
总结
什么是工厂模式
- 工厂模式是我们最常用的实例化对象模式了，是用工厂方法代替new操作的一种模式。著名的Jive论坛 ,就大量使用了工厂模式，工厂模式在Java程序系统可以说是随处可见。因为工厂模式就相当于创建实例对象的new，我们经常要根据类Class生成实例对象，如A a=new A() 工厂模式也是用来创建实例对象的，所以以后new时就要多个心眼，是否可以考虑使用工厂模式，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。 工厂模式让对象的使用者无需了解具体实现，只需要通过对象工厂直接拿过来用就行了。
- 工厂模式分为简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式，它们都属于设计模式中的创建型模式。
简单工厂模式
含义：
- 简单工厂模式（Simple Factory Pattern）是指由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。
适用场景：
- 工厂类负责创建的对象较少。
- 客户端只需要传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不需要关心。
优点：
- 只需传入一个正确的参数，就可以获取你所需要的对象无须知道其创建的细节。
缺点 ：
- 工厂类的职责相对过重，增加新的产品时需要修改工厂类的判断逻辑，违背开闭原则。
- 不易于扩展过于复杂的产品结构。
实现方式：
- 客户端只需要传入工厂类的参数，工厂类创建对象返回客户端。
举例说明：
IT行业目前开有 Java 架构、大数据、人工智能等等众多课程，我们以获取每个科目的课程为例。
我们可以定义一个课程标准 ICourse 接口：
//课程录播记录接口
public interface ICourse {
public void record();
}创建一个 Java 课程的实现 JavaCourse 类：
public class JavaCourse implements ICourse {
@Override
public void record() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("录制 Java 课程");
}
}看客户端调用代码，我们会这样写：
public static void main(String[] args) {
ICourse course = new JavaCourse();
course.record();
}
看上面的代码，父类 ICourse 指向子类 JavaCourse 的引用，应用层代码需要依赖JavaCourse，如果业务扩展，我继续增加 PythonCourse 甚至更多，那么我们客户端的依赖会变得越来越臃肿。因此，我们要想办法把这种依赖减弱，把创建细节隐藏虽然目前的代码中，我们创建对象的过程并不复杂，但从代码设计角度来讲不易于扩展。现在，我们用简单工厂模式对代码进行优化。先增加课程 PythonCourse 类：
public class PythonCourse implements ICourse {
@Override
public void record() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("录制 Python 课程");
}
}
创建 CourseFactory 工厂类：
public class CourseFactory {
public ICourse create(String name) {
if ("java".equals(name)) {
return new JavaCourse();
} else if ("python".equals(name)) {
return new PythonCourse();
} else {
return null;
}
}
}
修改客户端调用代码：
public class SimpleFactoryTest {
public static void main(String[] args) {
CourseFactory factory = new CourseFactory();
factory.create("java");
}
}
当然，我们为了调用方便，可将 factory 的 create()改为静态方法，下面来看一下类图：
客户端调用是简单了，但如果我们业务继续扩展，要增加前端课程，那么工厂中的 create()就要根据产品链的丰富每次都要修改代码逻辑。不符合开闭原则。因此，我们对简单工厂还可以继续优化，可以采用反射技术：（解决了直接new对象频繁更改工厂）
public class CourseFactory {
public ICourse create(String className) {
try {
if (!(null == className || "".equals(className))) {
return (ICourse) Class.forName(className).newInstance();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
修改客户端调用代码：
public static void main(String[] args) {
CourseFactory factory = new CourseFactory();
ICourse course = factory.create("com.example.simpleFactoryPattern.JavaCourse");
course.record();
}
优化之后，产品不断丰富不需要修改 CourseFactory 中的代码。但是，有个问题是，方法参数是字符串，可控性有待提升，而且还需要强制转型。我们再修改一下代码：
public static ICourse createICourseClass2(Class clazz) {
try {
if(null != clazz) {
return (ICourse) clazz.newInstance();
}
} catch (Exception e) {
// TODO: handle exception
e.printStackTrace();
}
return null;
}
优化客户端代码：
public static void main(String[] args) {
CourseFactory factory = new CourseFactory();
ICourse course = factory.create(JavaCourse.class);
course.record();
}
再看一下类图：
源码查询：
- 例如 Calendar 类，看Calendar.getInstance()方法，下面打开的是 Calendar 的具体创建类：
private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
Locale aLocale)
{
CalendarProvider provider =
LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
.getCalendarProvider();
if (provider != null) {
try {
return provider.getInstance(zone, aLocale);
} catch (IllegalArgumentException iae) {
// fall back to the default instantiation
}
}
Calendar cal = null;
if (aLocale.hasExtensions()) {
String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
if (caltype != null) {
switch (caltype) {
case "buddhist":
cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
break;
case "japanese":
cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
break;
case "gregory":
cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
break;
}
}
}
if (cal == null) {
// If no known calendar type is explicitly specified,
// perform the traditional way to create a Calendar:
// create a BuddhistCalendar for th_TH locale,
// a JapaneseImperialCalendar for ja_JP_JP locale, or
// a GregorianCalendar for any other locales.
// NOTE: The language, country and variant strings are interned.
if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
} else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
&& aLocale.getCountry() == "JP") {
cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
} else {
cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
}
}
return cal;
}
- 再比如经常使用的 logback，LoggerFactory 中有多个重载的方法getLogger()
public static Logger getLogger(String name) {
ILoggerFactory iLoggerFactory = getILoggerFactory();
return iLoggerFactory.getLogger(name);
}
public static Logger getLogger(Class clazz) {
return getLogger(clazz.getName());
}在此处请回忆简单工厂的含义、优点、缺点及使用场景，使其进一步促进理解
工厂方法模式
含义：
- 工厂方法模式（Fatory Method Pattern）是指定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类来决定实例化哪个类，工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。主要解决产品扩展的问题。
适用场景：
- 创建对象需要大量重复的代码。
- 客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节。
-
一个类通过其子类来指定创建哪个对象。
优点：
- 用户只需关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节。
- 加入新产品符合开闭原则，提高了系统的可扩展性。
缺点 ：
- 类的个数容易过多，增加了代码结构的复杂度。
- 增加了系统的抽象性和理解难度。
实现方式：
- 定义父类接口，子类实现父类方法进行对象的创建。
举例说明：
在简单工厂中，随着产品链的丰富，如果每个课程的创建逻辑有区别的话，工厂的职责会变得越来越多，有点像万能工厂，并不便于维护。根据单一职责原则我们将职能继续拆分，专人干专事。Java 课程由 Java 工厂创建，Python 课程由 Python 工厂创建，对工厂本身也做一个抽象。来看代码
先创建 ICourseFactory 接口：
public interface ICourseFactory {
public ICourse createICourse();
}在分别创建子工厂，JavaCourseFactory 类：
public class JavaCourseFactory implements ICourseFactory {
@Override
public ICourse createICourse() {
// TODO Auto-generated method stub
return new JavaCourse();
}
}PythonCourseFactory 类：
public class PythonCourseFactory implements ICourseFactory {
@Override
public ICourse createICourse() {
// TODO Auto-generated method stub
return new PythonCourse();
}
}
看测试代码：
public class FactoryMethodTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
JavaCourseFactory javaCourseFactory = new JavaCourseFactory();
javaCourseFactory.createICourse().record();
PythonCourseFactory pythonCourseFactory = new PythonCourseFactory();
pythonCourseFactory.createICourse().record();
}
}
现在再来看一下类图：
源码查询：
再来看看 logback 中工厂方法模式的应用，看看类图就明白了
在此处请回忆简单工厂和工厂方法模式的含义、优点、缺点及使用场景，使其更进一步促进理解
抽象工厂模式
含义：
- 抽象工厂模式（Abastract Factory Pattern）是指提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，无须指定他们具体的类。
- 客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节，强调的是一系列相关的产品对象（属于同一产品族）一起使用创建对象需要大量重复的代码。需要提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于具体实现。
适用场景：
- 客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节。
- 强调一系列相关的产品对象（属于同一产品族）一起使用创建对象需要大量重复的代码。
- 提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于具体实现。
优点：
- 具体产品在应用层代码隔离，无须关心创建细节
- 将一个系列的产品族统一到一起创建。
缺点 ：
- 规定了所有可能被创建的产品集合，产品族中扩展新的产品困难，需要修改抽象工厂的接口。
- 增加了系统的抽象性和理解难度。
产品等级结构和产品族概念理解：
先看下面的图：
从上图中看出有正方形，圆形和菱形三种图形，相同颜色深浅的就代表同一个产品族，相同形状的代表同一个产品等级结构。同样可以从生活中来举例，比如，美的电器生产多种家用电器。那么上图中，颜色最深的正方形就代表美的洗衣机、颜色最深的圆形代表美的空调、颜色最深的菱形代表美的热水器，颜色最深的一排都属于美的品牌，都是美的电器这个产品族。再看最右侧的菱形，颜色最深的我们指定了代表美的热水器，那么第二排颜色稍微浅一点的菱形，代表海信的热水器。同理，同一产品结构下还有格力热水器，格力空调，格力洗衣机。
再看下面的这张图，最左侧的小房子我们就认为具体的工厂，有美的工厂，有海信工厂，有格力工厂。每个品牌的工厂都生产洗衣机、热水器和空调。
通过上面两张图的对比理解，对抽象工厂应该有了非常形象的理解
举例说明：
以每个课程提供课程的录播视频、提供课堂笔记为例。相当于现在的业务变更为同一个课程不单纯是一个课程信息，要同时包含录播视频、课堂笔记甚至还要提供源码才能构成一个完整的课程。在产品等级中增加两个产品 IVideo 录播视频和 INote 课堂笔记。
IVideo 接口：
//录播视频
public interface IVideo {
public void record();
}INote 接口：
//课堂笔记
public interface INote {
void edit();
}然后创建一个抽象工厂 CourseFactory 类：
/**
* 抽象工厂是用户的主入口
* 在 Spring 中应用得最为广泛的一种设计模式
* 易于扩展
* @author
*
*/
public interface ICourseFactory {
public INote createNote();
public IVideo createVideo();
}接下来，创建 Java 产品族，Java 视频 JavaVideo 类
public class JavaVideo implements IVideo {
@Override
public void record() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("录制 Java 视频");
}
}扩展产品等级 Java 课堂笔记 JavaNote 类：
public class JavaNote implements INote {
@Override
public void edit() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("编写 Java 笔记");
}
}创建 Java 产品族的具体工厂 JavaCourseFactory:
public class JavaCourseFactory implements ICourseFactory {
@Override
public INote createNote() {
// TODO Auto-generated method stub
return new JavaNote();
}
@Override
public IVideo createVideo() {
// TODO Auto-generated method stub
return new JavaVideo();
}
}然后创建 Python 产品，Python 视频 PythonVideo 类：
public class PythonVideo implements IVideo {
@Override
public void record() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("录制 Python 视频");
}
}扩展产品等级 Python 课堂笔记 PythonNote 类：
public class PythonNote implements INote {
@Override
public void edit() {
// TODO Auto-generated method stub
System.out.println("编写 Python 笔记");
}
}创建 Python 产品族的具体工厂 PythonCourseFactory:
public class PythonCourseFactory implements ICourseFactory {
@Override
public INote createNote() {
// TODO Auto-generated method stub
return new PythonNote();
}
@Override
public IVideo createVideo() {
// TODO Auto-generated method stub
return new PythonVideo();
}
}来看客户端调用：
public class AbstractFactoryTest {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
JavaCourseFactory javaCourseFactory = new JavaCourseFactory();
javaCourseFactory.createICourse().record();
javaCourseFactory.createNote().edit();
PythonCourseFactory pythonCourseFactory = new PythonCourseFactory();
pythonCourseFactory.createICourse().record();
pythonCourseFactory.createNote().edit();
}
}
上面的代码完整地描述了两个产品族 Java 课程和 Python 课程，也描述了两个产品等级视频和手记。抽象工厂非常完美清晰地描述这样一层复杂的关系。但是，不知道大家有没有发现，如果我们再继续扩展产品等级，将源码 Source 也加入到课程中，那么我们的代码从抽象工厂，到具体工厂要全部调整，很显然不符合开闭原则。
因此抽象工厂也是有缺点的：
- 规定了所有可能被创建的产品集合，产品族中扩展新的产品困难，需要修改抽象工厂的接口。
- 增加了系统的抽象性和理解难度。
总结
产品工厂 ------->多个产品对应一个工厂------------->简单工厂--->精确到产品
工厂的工厂 ----->一个产品对应一个工厂 ----------->工厂方法--->精确到产品
复杂产品工厂 --->一个产品及产品功能对应一个工厂---->抽象工厂 -->精确到产品功能在实际应用中，我们千万不能犯强迫症甚至有洁癖。在实际需求中产品等级结构升级是非常正常的一件事情。我们可以根据实际情况，只要不是频繁升级，可以不遵循开闭原则。代码每半年升级一次或者每年升级一次又有何不可呢？
以上就是工厂模式的全部内容，现在回忆一下每种工厂模式的含义、使适用场景、优缺点、具体案例来增强记忆，多多想想他么你的区别，在实际应用根据不同场景选择不同的工厂模式使用就好。