设计模式（二）工厂模式：简单工厂模式

模拟场景：

 

　　现在有如下需求，需要构造一个运算器（Operation）去实现加减乘除的功能，怎么设计？

 

 

思想：

 

　　所需要构造的对象是运算器（Operation），因为没有具体功能的运算器，是毫无作用的，所以可以将其定义为抽象类（Abstract Class）。

　　需要有具体意义的构造器：加法运算器（OperationAdd），减法运算器（OperationSub），乘法运算器（OperationMul），除法运算器（OperationDiv）。

　　根据工厂模式的思想，将这些构造器的创建工作，统一的管理起来，用一个工厂（OperationFactory）去创建。

 

 

UML：

 

　　

 

 

分析：

 

　　以上是一个简化版（只有加法和减法）的运算器工厂模式 UML 图。

　　通过包级别的代码控制，使所有运算器类的构造器，不被外部获得，只能通过 OperationFactory 的 createOperation() 方法完成。

　　OperationFactory 的 createOperation()  负责管理所有类的创建，根据入参（在 UML 中未标出）的不同选择不同运算器的初始化。

 

 

代码：

 

1 public abstract class AbsOperation {
2 
3     abstract double calc(double... vals);
4 
5 }

AbsOperation

 1 public final class OperationAdd extends AbsOperation {
 2 
 3     OperationAdd() {
 4 
 5     }
 6 
 7     @Override
 8     public double calc(double... vals) {
 9         double sum = 0;
10         for (double num : vals) {
11             sum += num;
12         }
13         return sum;
14     }
15 
16 }

OperationAdd

1 public enum OperatorEnum {
2 
3     OPERATOR_ADD, OPERATOR_SUB, OPERATOR_MUL, OPERATOR_DIV
4 
5 }

OperatorEnum

 1 public final class OperationFactory {
 2 
 3     public static AbsOperation createOperation(OperatorEnum operator) {
 4         switch (operator) {
 5         case OPERATOR_ADD:
 6             return new OperationAdd();
 7         case OPERATOR_SUB:
 8             return new OperationSub();
 9         case OPERATOR_MUL:
10             return new OperationMul();
11         case OPERATOR_DIV:
12             return new OperationDiv();
13         default:
14             throw new ArithmeticException("未定义的运算类型");
15         }
16     }
17 
18 }

OperationFactory

 

 

反射优化：

 

　　通过以上代码分析，工厂根据传入的枚举值，决定到底初始化哪一个运算器类，这么做有2个缺点：

• 返回类型，是定义的抽象类，如果需要调用子类的个性化方法，需要在外部代码强转。
• 需要多维护一个枚举类，如果运算器的种类很多，枚举类会变得难以维护，而且 createOperation() 方法会变得很膀肿。

 

　　可以通过反射的方式，将 Class 对象作为 createOperation() 方法的入参，利用泛型的特点，避免以上这2个缺点。

 

 1 public final class OperationFactory {
 2 
 3     public static extends AbsOperation> T createOperation(Class operationClass) {
 4         try {
 5             return operationClass.newInstance();
 6         } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
 7             throw new ArithmeticException("未定义的运算类型");
 8         }
 9     }
10 
11 }

OperationFactory

 

 

考虑单例：

 

　　最后再多考虑一件事情，运算器这个东西，比较特殊。

　　在整个系统中，并不需要多个运算器对象，也就是说这应该被认为是一个单例的对象。那么，工厂负责管理对象，也需要考虑单例的情况。

　　显然，在各个运算器对象中，增加代码来控制单例显然并不现实，那么类似之前说过的第6种单例实现：登记模式，就是一个很好地思想。

　　类比而言，Factory 起的作用，和登记模式中的 Registry，差别不大。

 

 1 public final class OperationFactory {
 2 
 3     private static final Map, AbsOperation> operMap = new HashMap<>();
 4 
 5     @SuppressWarnings("unchecked")
 6     public static extends AbsOperation> T createOperation3(Class operationClass) {
 7         try {
 8             T t;
 9             if (operMap.containsKey(operationClass)) {
10                 t = (T) operMap.get(operationClass);
11             } else {
12                 t = operationClass.newInstance();
13                 operMap.put(operationClass, t);
14             }
15             return t;
16         } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
17             throw new ArithmeticException("未定义的运算类型");
18         }
19     }
20 
21 }

OperationFactory

 

　　通过存储一个 Map，将已经创建过的对象，存储在 Map 中，在第二次调用方法时，直接从 Map 中获取对象，从而达到单例的目的。

 

 

总结：

• 　　简单工厂模式，由于其工厂对象是独立的，一般都是将其中创建对象的方法设置为 static，避免创建工厂对象，所以也被称为静态工厂模式（Static Factory Method）.
• 　　由于方法是静态的，导致在实现单例时，代码有点不舒服，就是在需要将 Map 设计为 Class-AbsOperation 结构，导致在具体实现中，需要强转。
• 　　简单工厂模式最大的缺点在于，面对新增的类，例如阶乘运算器，不但需要新增一个运算器类，还要对 createOperation() 方法做出改变，这就违反了开闭原则。
• 　　这一点，在之后的工厂方法模式（Factory Method）中给出了解决方案。