工厂模式
动 机
设计模式相信大家早已不再陌生，尤其在Java语言被广泛使用以后 ，GoF设计模式更是被广大Java程序员所熟知。
抽象工厂模式作为GoF模式中最重要和最经典的一个模式 ，几乎无处不被使用。
但是你真正地完全理解了抽象工厂设计模式了吗？你能默写出一个抽象工厂框架吗？
看了许多抽象工厂设计模式的中文文档，总觉得阐述得还不够简单，文档格式的组织也不够良好，提供的代码不够完整，这都导致了读者要么没有耐心读完整篇文档，要么不能真正实践例子代码。
于是有了"新解"的想法，即虚拟一个足够简单的案例，尝试从一个全新的、更加通俗的角度去诠释它，并提供完整的可以运行的Eclipse工程去调试运行它，非常适合设计模式初学者。
虚拟案例
中国企业需要一项简单的财务计算：每月月底，财务人员要计算员工的工资。
员工的工资 = (基本工资 + 奖金 - 个人所得税)。这是一个放之四海皆准的运算法则。
为了简化系统，我们假设员工基本工资总是4000美金。
中国企业奖金和个人所得税的计算规则是:
奖金 = 基本工资(4000) * 10%
个人所得税 = (基本工资 + 奖金) * 40%
MaxDO软件公司要为此构建一个软件系统（代号叫Softo），满足中国企业的需求。
奖金(Bonus)、个人所得税(Tax)的计算是Softo系统的业务规则(Service)
工资的计算(Calculator)则调用业务规则(Service)来计算员工的实际工资。
工资的计算作为业务规则的前端(或者客户端Client)将提供给最终使用该系统的用户(财务人员)使用。
针对中国企业为系统建模
根据上面的分析，为Softo系统建模如下:
<!--[if gte vml 1]><v:shapetype id="_x0000_t75" coordsize="21600,21600" o:spt="75" o:preferrelative="t" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" filled="f" stroked="f"> <v:stroke joinstyle="miter" /> <v:formulas> <v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0" /> <v:f eqn="sum @0 1 0" /> <v:f eqn="sum 0 0 @1" /> <v:f eqn="prod @2 1 2" /> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth" /> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight" /> <v:f eqn="sum @0 0 1" /> <v:f eqn="prod @6 1 2" /> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth" /> <v:f eqn="sum @8 21600 0" /> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight" /> <v:f eqn="sum @10 21600 0" /> </v:formulas> <v:path o:extrusionok="f" gradientshapeok="t" o:connecttype="rect" /> <o:lock v:ext="edit" aspectratio="t" /> </v:shapetype><v:shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:24pt; height:24pt' /><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
图 1
相应业务规则(Service)类源码如下:
package com.maxdo.sample.service;
public class Constant {
public static double BASE_SALARY = 4000;
}
//////////////////////////////////////////////////
package com.maxdo.sample.service.chinese;
import com.maxdo.sample.service.Constant;
public class ChineseTax{
public double calculate() {
return (Constant.BASE_SALARY + (Constant.BASE_SALARY * 0.1)) * 0.4;
}
}
//////////////////////////////////////////////////
package com.maxdo.sample.service.chinese;
import com.maxdo.sample.service.Constant;
public class ChineseBonus{
public double calculate(){
return Constant.BASE_SALARY * 0.1;
}
}
那么前端类Calculator源码如下:
package com.maxdo.sample.client;
import com.maxdo.sample.service.*;
import com.maxdo.sample.service.chinese.*;
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
ChineseBonus bonus = new ChineseBonus();
double bonusValue = bonus.calculate();
ChineseTax tax = new ChineseTax();
double taxValue = tax.calculate();
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue;
System.out.println("Salary is " + salary);
}
}
运行Calculator,输出结果如下:
Salary is 2640.0
针对美国企业为系统建模
问题提出
为了拓展国际市场,MaxDO要把该系统移植给美国公司使用。
美国企业的工资计算同样是: 员工的工资 = 基本工资 + 奖金 - 个人所得税。
但是他们的奖金和个人所得税的计算规则不同于中国企业:
美国企业奖金和个人所得税的计算规则是:
奖金 = 基本工资 * 15 %
个人所得税 = (基本工资 * 5% + 奖金 * 25%)
解决方案
根据前面为中国企业建模经验，我们仅仅将ChineseTax、ChineseBonus修改为AmericanTax、AmericanBonus。 修改后的模型如下：
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1026" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:24pt;height:24pt' /><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
图 2
相应业务规则(Service)源码如下:
package com.maxdo.sample.service;
public class Constant {
public static double BASE_SALARY = 4000;
}
//////////////////////////////////////////////////
package com.maxdo.sample.service.american;
import com.maxdo.sample.service.Bonus;
import com.maxdo.sample.service.Constant;
public class AmericanBonus{
public double calculate(){
return Constant.BASE_SALARY * 0.15;
}
}
//////////////////////////////////////////////////
package com.maxdo.sample.service.american;
import com.maxdo.sample.service.Constant;
//////////////////////////////////////////////////
public class AmericanTax{
public double calculate() {
return (Constant.BASE_SALARY * 0.05 + Constant.BASE_SALARY * 0.25);
}
}
前端类Calculator源码如下(红色的部分是被修正处):
package com.maxdo.sample;
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
AmericanBonus bonus = new AmericanBonus();
double bonusValue = bonus.calculate();
AmericanTax tax = new AmericanTax();
double taxValue = tax.calculate();
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue;
System.out.println("Salary is " + salary);
}
}
运行Calculator,输出结果如下:
Salary is 3400.0
整合成通用系统
问题提出
让我们回顾一下该系统的发展历程：
最初，我们只考虑将Softo系统运行于中国企业。但随着MaxDO公司业务向海外拓展， MaxDO需要将该系统移植给美国使用。
移植时,MaxDO不得不抛弃中国企业的业务规则类ChineseTax和ChineseBonus， 然后为美国企业新建两个业务规则类: AmericanTax,AmericanBonus。最后修改了业务规则调用Calculator类。
结果我们发现：每当Softo系统移植的时候，就抛弃原来的类。现在，如果中国联想集团要购买该系统，我们不得不再次抛弃AmericanTax,AmericanBonus，修改回原来的业务规则。
解决方案
一个可以立即想到的做法就是在系统中保留所有业务规则模型，即保留中国和美国企业工资运算规则。
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:24pt;height:24pt' /><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
图 3
通过保留中国企业和美国企业的业务规则模型，如果该系统在美国企业和中国企业之间切换时，我们仅仅需要修改Caculator类即可。
问题提出
前面系统的整合问题在于：当系统在客户在美国和中国企业间切换时仍然需要修改Caculator代码。
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1028" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:15.75pt;height:22.5pt'> <v:imagedata src="file:///C:/DOCUME~1/tengwe/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg" o:href="http://blog.csdn.net/images/blog_csdn_net/ailon/lamp.jpg" /> </v:shape><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->一个维护性良好的系统应该使系统源码的修改量降为最小。
解决方案
MaxDO 发现不论是中国企业还是美国企业，他们的业务运规则都采用同样的计算接口。 于是很自然地想到建立两个业务接口类Tax，Bonus，然后让AmericanTax、AmericanBonus和ChineseTax、 ChineseBonus分别实现这两个接口， 据此修正后的模型如下:
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1029" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:24pt;height:24pt' /><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
图 4
修改后的Calculator代码如下:
package com.maxdo.sample;
import com.maxdo.sample.service.*;
import com.maxdo.sample.service.american.*;
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Bonus bonus = new AmericanBonus();
double bonusValue = bonus.calculate();
Tax tax = new AmericanTax();
double taxValue = tax.calculate();
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue;
System.out.println("Salary is " + salary);
}
}
显然，系统经过改造，当它在美国和中国企业间切换时Caculator代码的修改量减少了(不必修改绿色的部分)。
问题提出
然而，上面增加的接口几乎没有解决任何问题，因为当系统的客户在美国和中国企业间切换时Caculator代码仍然需要修改。
只 不过修改少了两处，但是仍然需要修改红色代码部分。致命的问题是：MaxDO常常将这个移植工作转包给一个叫Hippo的软件公司。 由于版权问题,MaxDO并未提供Softo系统的源码给Hippo公司，因此Hippo公司根本无法修改Calculator，导致实际上移植工作无法 进行。
解决方案
为此，MaxDO考虑增加一个工具类(命名为Factory)，代码如下:
package com.maxdo.sample.service;
import com.maxdo.sample.service.chinese.*;
public class Factory {
public Tax createTax(){
return new ChineseTax();
}
public Bonus createBonus(){
return new ChineseBonus();
}
}
那么修改后的Caculator看起来如下:
package com.maxdo.sample;
import com.maxdo.sample.service.*;
import com.maxdo.sample.service.american.*;
public class Calculator {
public static void main(String[] args) {
Bonus bonus = new Factory().createBonus();
double bonusValue = bonus.calculate();
Tax tax = new Factory().createTax();
double taxValue = tax.calculate();
double salary = 4000 + bonusValue - taxValue;
System.out.println("Salary is " + salary);
}
}
不错，MaxDO解决了一个大问题，设想一下：当该系统从中国企业移植到美国企业时，我们现在需要做什么？
答案是: 对于Caculator类我们什么也不用做。我们需要做的是修改Factory类的红色部分，修改结果如下:
package com.maxdo.sample;
import com.maxdo.sample.service.american.*;
public class Factory {
public Tax createTax(){
return new AmericanTax();
}
public Bonus createBonus(){
return new AmericanBonus();
}
}
问题提出
很 显然，前面的解决方案带来了一个副作用：就是系统不但增加了新的类Factory，而且当系统移植时，移植工作仅仅是转移到Factory类上，工作量并 没有任何缩减，而且还是要修改系统的源码。 从Factory类在系统移植时修改的内容我们可以看出: 实际上它是专属于美国企业或者中国企业的。名称上应该叫AmericanFactory,ChineseFactory更合适.
解决方案
解 决方案是增加一个抽象工厂类AbstractFactory，增加一个静态方法，该方法根据一个配置文件(可以是XML/Properties文件) 一个项(比如factoryName)动态地判断应该实例化哪个工厂类，这样，我们就把移植工作转移到了对配置文件的修改。修改后的模型和代码.
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1030" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:678.75pt;height:428.25pt' /><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
图 5
抽象工厂类的代码如下:
package com.maxdo.sample.service;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
import com.maxdo.sample.service.chinese.*;
import com.maxdo.sample.service.american.*;
abstract public class AbstractFactory {
abstract public Tax createTax();
abstract public Bonus createBonus();
public static AbstractFactory getInstance(){
AbstractFactory instance = null;
Properties prop = new Properties();
InputStream stream = null;
try {
// 从config.properties读取factoryName项的值
stream = new FileInputStream("config.properties");
prop.load(stream);
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
String factoryName = prop.getProperty("factoryName");
// 根据FactoryName的值决定实例化哪一个工厂类
if(factoryName.equals("American")){
return new AmericanFactory();
}
else if(factoryName.equals("Chinese")){
return new ChineseFactory();
}
return instance;
}
}
config.properties内容如下:
factoryName=Chinese
采用上面的解决方案，当系统在美国企业和中国企业之间切换时，我们需要做什么移植工作？
答案是: 我们仅仅需要修改配置文件config.proerties，将factoryName的值改为American。
修改config.properties的工作很简单， MaxDO的工程师只要写一篇幅配置文档说明书提供给移植该系统的团队(比如Hippo公司) 就可以方便地切换使该系统运行在美国或中国企业。
问题提出
前面的解决方案几乎很完美，但是还有一点瑕疵，瑕疵虽小，但可能是致命的。
考虑一下，现在日本NEC公司决定购买该系统，NEC公司的工资的运算规则遵守的是日本的法律。如果采用上面的系统构架，这个移植我们要做哪些工作呢?
- 增加新的业务规则类JapaneseTax,JapaneseBonus分别实现Tax和Bonus接口。
- 修改AbstractFactory的getInstance方法，增加else if(factoryName.equals("Japanese")){....
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1031" type="#_x0000_t75" alt="" style='width:15.75pt;height:22.5pt'> <v:imagedata src="file:///C:/DOCUME~1/tengwe/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg" o:href="http://blog.csdn.net/images/blog_csdn_net/ailon/lamp.jpg" /> </v:shape><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->注意: 系统中增加业务规则不是模式所能解决的，因此无论采用什么设计模式，JapaneseTax,JapaneseBonus总是少不了的。
我 们真正不能接受的是：我们仍然修要修改系统中原来的类(AbstractFactory)。前面提到过该系统的移植工作，MaxDO可能转包给一个叫 Hippo的软件公司。 为了维护版权，MaxDO未将该系统的源码提供给Hippo公司，那么Hippo公司根本无法修改AbstractFactory，所以系统移植其实无从 谈起，或者说系统移植总要MaxDO亲自参与。
解决方案
解决方案是将AbstractFactory的getInstance方法的if/else改变为java类反射方式实现，修正后的AbstractFactory代码如下:
package com.maxdo.sample.service;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
abstract public class AbstractFactory {
abstract public Tax createTax();
abstract public Bonus createBonus();
public static AbstractFactory getInstance(){
AbstractFactory instance = null;
Properties prop = new Properties();
InputStream stream = null;
try {
stream = new FileInputStream("config.properties");
prop.load(stream);
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
String factoryName = prop.getProperty("factoryName");
try {
instance = (AbstractFactory)Class.forName(factoryName).newInstance();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
instance = null;
}
return instance;
}
}
注意源码中红色部分，得益于JAVA这个API提供的反射机制，我们才得以这么做。
配合java反射机制，你需要修改config.properties文件的factoryName值为实际的类名:
#factoryName=Chinese
factoryName=com.maxdo.sample.service.chinese.ChineseFactory
总 结
图5是最终版的系统模型图。我们发现作为客户端角色的Calculator仅仅依赖com.maxdo.sample.service包， 它不必去理解中国和美国企业具体的业务规则如何实现，Calculator面对的仅仅是业务规则接口Tax和Bonus。
Softo系统的实际开发的分工可能是一个团队专门做业务规则，另一个团队专门做前端的业务规则组装。 抽象工厂模式有助于这样的团队的分工: 两个团队通讯的约定是业务接口，由抽象工厂作为纽带粘合业务规则和前段调用，大大降低了模块间的耦合性，提高了团队开发效率。
抽象工厂模式的实现得益于OO语言的特性。对于Java语言，相应的的特性是：
- Java的接口特性: 比如,Tax obj = new ChineseTax();
实例化一个真正的类ChineseTax，然后返回一个接口Tax。这个是Java的基础知识，如果你还不能明白，我建议你先去看看一些Java编程的基础书籍。 - Java的类反射机制: Class.forName("RealClassName").newInstance();
正是因为这个API，我们才得以将系统的移植(实际是实现类的切换)转移到配置文件的字符串修改上面。
Java世界几乎所有的组件都有抽象工厂模式。完完全全地理解抽象工厂模式的意义非常重大，可以说对它的理解是你对OOP理解上升到一个新的里程碑的重要标志。 学会了用抽象工厂模式编写框架类，你将理解OOP的精华:面向接口编程.。
完整的代码请在这里下载。