JAVA设计模式之工厂模式

JAVA设计模式之工厂模式  
一、工厂模式的介绍  
工厂模式专门负责将大量有共同接口的类实例化。工厂模式可以动态决定将哪一个类实例化，不必事先知道每次要实例化哪一个类。  
工厂模式的几种形态：  
（1）简单工厂（Simple Factory）模式，又称静态工厂方法模式（Static Factory Method  
Pattern）。  
（2）工厂方法（Factory Method）模式，又称多态性工厂（Polymorphic Factory）模式  
或虚拟构造子（Virtual Constructor）模式；  
（3）抽象工厂（Abstract Factory）模式，又称工具箱（Kit 或Toolkit）模式。  
  
二、简单工厂模式  
2.1简单工厂模式介绍  
简单工厂模式(Simple Factory Pattern)：又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。在简单工厂模式中，可以根据自变量的不同返回不同类的实例。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。   
  
  
2.2简单工厂模式角色  
（1）工厂类（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，含有与应用紧密相关的商业逻辑。工厂类在客户端的直接调用下创建产品对象，它往往由一个具体Java 类实现。  
（2）抽象产品（Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。抽象产品角色可以用一个Java 接口或者Java 抽象类实现。  
（3）具体产品（Concrete Product）角色：工厂方法模式所创建的任何对象都是这个角色的实例，具体产品角色由一个具体Java 类实现。  
  
2.3简单工厂模式的优缺点  
简单工厂模式的优点如下：  
（1）工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品；简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象。  
（2）客户端无需知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量。  
（3）通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。  
简单工厂模式的缺点如下：  
（1）由于工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。  
（2）使用简单工厂模式将会增加系统中类的个数，在一定程序上增加了系统的复杂度和理解难度。  
（3）系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护。  
（3）简单工厂模式由于使用了静态工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。  
  
2.4简单工厂模式的适用环境  
（1）工厂类负责创建的对象比较少：由于创建的对象较少，不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂；  
（2）客户端只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象不关心：客户端既不需要关心创建细节，甚至连类名都不需要记住，只需要知道类型所对应的参数。  
  
2.5简单工厂模式的举例  
例：  
 //抽象产品角色
public interface Car{  
      public void drive();  
}  
//具体产品角色  
public class Benz implements Car{  
      public void drive() {  
         System.out.println("Driving Benz ");  
      }  
}  
public class Bmw implements Car{  
      public void drive() {  
       System.out.println("Driving Bmw ");  
      }  
}  
//工厂类角色  
public class Driver{  
            //工厂方法.注意 返回类型为抽象产品角色  
             public static Car driverCar(String s)throws Exception{  
                   //判断逻辑，返回具体的产品角色给Client  
                   if(s.equalsIgnoreCase("Benz"))  
                        return new Benz();  
                   else if(s.equalsIgnoreCase("Bmw"))  
                            return new Bmw();  
                     else throw new Exception();  
           }  
}  

三、工厂方法模式  
3.1工厂方法模式的介绍  
    工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method是一个类的实例化延迟到其子类。  
在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有的产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做。这个核心类则摇身一变，成为了一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。  
3.2工厂方法模式角色  
（1）抽象工厂（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用程序无关的。任何在模式中创建对象的工厂类必须实现这个接口。在上面的系统中这个角色由Java 接口Creator 扮演；在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象Java 类实现。  
（2）具体工厂（Concrete Creator）角色：担任这个角色的是实现了抽象工厂接口的具体Java 类。具体工厂角色含有与应用密切相关的逻辑，并且受到应用程序的调用以创建产品对象。在本系统中给出了两个这样的角色，也就是具体Java 类ConcreteCreator1 和ConcreteCreator2。  
（3）抽象产品（Product）角色：工厂方法模式所创建的对象的超类型，也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。在本系统中，这个角色由Java 接口Product 扮演；在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象Java 类实现。  
（4）具体产品（Concrete Product）角色：这个角色实现了抽象产品角色所声明的接口。工厂方法模式所创建的每一个对象都是某个具体产品角色的实例。  
3.3工厂方法模式的优缺点  
工厂方法模式的优点如下：  
（1）在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无需关心创建细节，甚至无需知道具体产品类的类名。  
（2）基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。  
（3）使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无需修改客户端，也无需修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。  
工厂方法模式的缺点如下：  
（1）在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。  
（2）由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。  
3.4工厂方法模式的适用环境  
在以下情况下可以使用工厂方法模式：  
（1）一个类不知道它所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建；客户端需要知道创建具体产品的工厂类。  
（2）一个类通过其子类来指定创建哪个对象：在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。  
（3）将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无需关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。  
3.5工厂方法模式的举例  
例：  
//抽象产品   
PenCore.java
public abstract class PenCore{  
String color;  
public abstract void writeWord(String s);  
}  
//具体产品  
RedPenCore.java  
public class RedPenCore extends PenCore {  
    RedPenCore() {  
        color = "红色";  
    }  
    public void writeWord(String s) {  
        System.out.println("写出" + color + "的字" + s);  
    }  
}  
BluePenCore.java  
public class BluePenCore extends PenCore {  
    BluePenCore() {  
        color = "蓝色";  
    }  
    public void writeWord(String s) {  
        System.out.println("写出" + color + "的字" + s);  
    }  
}  
BlackPenCore.java  
public class BlackPenCore extends PenCore {  
    BlackPenCore() {  
        color = "黑色";  
    }  
    public void writeWord(String s) {  
        System.out.println("写出" + color + "的字" + s);  
    }  
}  
//构造者  
BallPen.java  
public abstract class BallPen {  
    BallPen(){  
        System.out.println("生产一只装有"+getPenCore().color+"笔芯的圆珠笔");  
    }  
    public abstract PenCore getPenCore();  
}  
//具体构造者  
RedBallPen.java  
public class RedBallPen extends BallPen {  
    public PenCore getPenCore() {  
        return new RedPenCore();  
    }  
}  
BlueBallPen.java  
public class BlueBallPen extends BallPen {  
    public PenCore getPenCore() {  
        return new BluePenCore();  
    }  
}  
BlackBallPen.java  
public class BlackBallPen extends BallPen {  
    public PenCore getPenCore() {  
        return new BlackPenCore();  
    }  
}  
  

四、抽象工厂模式  
4.1抽象工厂模式的介绍  
    抽象工厂模式提供一个创建一系列或相互依赖的对象的接口，而无需指定它们具体的类。  
4.2抽象工厂模式角色  
抽象工厂模式涉及到的系统角色  
（1）抽象工厂（AbstractFactory）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用系统的商业逻辑无关的。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现，而所有的具体工厂类必须实现这个Java 接口或继承这个抽象Java 类。  
（2）具体工厂类（Conrete Factory）角色：这个角色直接在客户端的调用下创建产品的实例。这个角色含有选择合适的产品对象的逻辑，而这个逻辑是与应用系统的商业逻辑紧密相关的。通常使用具体Java 类实现这个角色。  
（3）抽象产品（Abstract Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现这一角色。  
（4）具体产品（Concrete Product）角色：抽象工厂模式所创建的任何产品对象都是某一个具体产品类的实例。这是客户端最终需要的东西，其内部一定充满了应用系统的商业逻辑。通常使用具体Java 类实现这个角色。  
4.3抽象工厂模式的优缺点  
优点：  
（1） 隔离了具体类的生成，使得用户不需要知道什么被创建了。  
（2） 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。  
缺点：  
（1）添加新的产品对像时，难以扩展抽象工厂以便生产新种类的产品。  
4.4抽象工厂模式的适用环境  
（1）一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节。这对于所有形态的工厂模式都是重要的；  
（2）一个系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品；  
（3）同属于同一个产品族的产品是在一起使用的，这一约束必须要在系统的设计中体现出来；  
（4）系统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实现。  
4.5抽象工厂模式的举例  
例：  
//抽象产品  
UpperClothes.java
public abstract class UpperClothes {  
    public abstract int getChestSize();  
    public abstract int getHeight();  
    public abstract String getName();  
}  
Trousers.java  
public abstract class Trousers {  
    public abstract int getWaistSize();  
    public abstract int getHeight();  
    public abstract String getName();  
}  
//具体产品  
WesternUpperClothes.java  
public class WesternUpperClothes extends UpperClothes {  
    private int chestSize;  
    private int height;  
    private String name;  
    WesternUpperClothes(String name,int chestSize,int height){  
        this.name=name;  
        this.chestSize=chestSize;  
        this.height=height;  
    }  
    public int getChestSize() {  
        return chestSize;  
    }  
    public int getHeight() {  
        return height;  
    }  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
}  
CowboyUpperClothes.java  
public class CowboyUpperClothes extends UpperClothes {  
    private int chestSize;  
    private int height;  
    private String name;  
    CowboyUpperClothes(String name,int chestSize,int height){  
        this.name=name;  
        this.chestSize=chestSize;  
        this.height=height;  
    }  
    public int getChestSize() {  
        return chestSize;  
    }  
    public int getHeight() {  
        return height;  
    }  
    public String getName () {  
        return name;  
    }  
}  
WesternTrousers.java  
public class WesternTrousers extends Trousers {  
    private int waistSize;  
    private int height;  
    private String name;  
    WesternTrousers(String name,int waistSize,int height){  
        this.name=name;  
        this.waistSize=waistSize;  
        this.height=height;  
    }  
    public int getHeight() {  
        return height;  
    }  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
    public int getWaistSize() {  
        return waistSize;  
    }  
}  
CowboyTrousers.java  
public class CowboyTrousers extends Trousers {  
    private int waistSize;  
    private int height;  
    private String name;  
    CowboyTrousers(String name,int waistSize,int height){  
        this.name=name;  
        this.waistSize=waistSize;  
        this.height=height;  
    }  
    public int getHeight() {  
        return height;  
    }  
    public String getName() {  
        return name;  
    }  
    public int getWaistSize() {  
        return waistSize;  
    }  
}  
//抽象工厂  
ClothesFactory.java  
public abstract class ClothesFactory {  
    public abstract UpperClothes createUpperClothes(int chestSize,int height);  
    public abstract Trousers createTrousers(int waistSize,int height);  
}  
//具体工厂  
BeijingClothesFactory.java  
public class BeijingClothesFactory extends ClothesFactory {  
    public Trousers createTrousers(int waistSize, int height) {  
        return new WesternTrousers("北京牌裤子",waistSize,height);  
    }  
    public UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height) {  
        return new WesternUpperClothes("北京牌上衣",chestSize,height);  
    }  
}  
ShanghaiClothesFactory.java  
public class ShanghaiClothesFactory extends ClothesFactory {  
    public Trousers createTrousers(int waistSize, int height) {  
        return new WesternTrousers("上海牌裤子",waistSize,height);  
    }  
    public UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height) {  
        return new WesternUpperClothes("上海牌上衣",chestSize,height);  
    }  
}