工厂方法模式

工厂方法模式的定义

定义：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。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

通用类图如下：

工厂模式通用类图.png

通用代码示例：

产品类

public abstract class Product {
     //产品类的公共方法
     public void method1(){
             //业务逻辑处理
     }
     //抽象方法
     public abstract void method2();
}

具体产品类

public class ConcreteProduct1 extends Product {
     public void method2() {
             //业务逻辑处理
     }
}
public class ConcreteProduct2 extends Product {
     public void method2() {
             //业务逻辑处理
     }
}

抽象工厂类

public abstract class Creator {
     /*
      * 创建一个产品对象，其输入参数类型可以自行设置
      * 通常为String、Enum、Class等，当然也可以为空
      */
     public abstract <T extends Product> T createProduct(Class<T> c);
}

具体工厂类

public class ConcreteCreator extends Creator {
     public <T extends Product> T createProduct(Class<T> c){
             Product product=null;
             try {
                    product = (Product)Class.forName(c.getName()).newInstance();
             } catch (Exception e) {
                    //异常处理
             }
             return (T)product;
     }
}

场景类

public class Client {
     public static void main(String[] args) {
             Creator creator = new ConcreteCreator();
             Product product = creator.createProduct(ConcreteProduct1.class);
             /*
              * 继续业务处理
              */
     }
}

工厂方法模式的应用

优点

首先，良好的封装性，代码结构清晰。一个对象创建时具有条件约束的，如一个调用者需要一个具体的产品对象，只要知道这个产品的类名（或约束字段）就可以了，不用知道创建俺对象的艰辛过程，降低模块间的耦合。

其次，工厂方法模式的扩展性非常优秀。在增加产品类的情况下，只要适当地修改具体的工厂类或扩展一个工厂类，就可以完成“拥抱变化”。

再次，屏蔽产品类。这一特点非常重要，产品类的实现如何变化，调用者都不需要关系，它只需要关心产品的接口，只要接口保持不变，系统中的 上层模块就不要发生变化。因为产品类的实例化工作是由工厂类负责的，一个产品对象具体由哪一个产品生成是由工厂类决定的。在数据库开发中，大家应该能够深刻体会到工厂方法的模式好处：如果使用JDBC连接数据库，数据库从MySQL切换到Oracle，需要改动的地方就是换一个驱动名称（前提条件是SQL语句是标准语句），其他的都不需要修改，这是工厂方法模式灵活的一个直接案例。

最后，工厂方法模式是典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，其他的实现类都不用关心，符合迪米特法则，我不需要的就不要去交流；也符合依赖倒置原则，只依赖产品类的抽象；当然符合里氏替换原则，使用产品子类替换产品父类，没有任何问题！

使用场景

首先，工厂方法模式是new一个对象的替代品，所以在所有需要生成对象的地方都可以使用，但是需要谨慎地考虑是否要增加一个工厂类进行管理，增加代码的复杂度。

其次，需要灵活的、可扩展的框架时，可以考虑用工厂方法模式。万物皆对象，那万物也就皆产品类，例如需要设计一个连接邮件服务器的框架，有三种网络协议可供选择：POP3、IMAP、HTTP，我们就可以把这三种连接方法作为产品类，定义一个接口如IConnectMail，然后定义对邮件的操作方法，用不同的方法实现三个具体的产品类（也就是连接方式），再定义一个工厂方法，按照传入的条件，选择不同的连接方式。如此设计，可以做到完美的扩展，如某些邮件服务器提供了WebService接口，那我们只需要增加一个产品类就可以了。

再次，工厂方法模式可以用在异构项目中，例如通过WebService与一个非Java的项目交互，虽然WebService号称是可以做到异构系统的同构化，但是在实际开发中，还是会碰到很多问题，如类型问题、WSDL文件的支持问题，等等。

最后，可以使用在测试驱动开发的框架下。例如，测试一个类A，就需要把与类A有关联关系的类B也同时生产出来，我们可以使用工厂方法模式把类B虚拟出来，避免类A与类B的耦合。

女娲造人示例

简单工厂模式

类图

女娲造人类图.png

工厂类

public class HumanFactory {
     public static <T extends Human> T createHuman(Class<T> c){
             //定义一个生产出的人种
             Human human=null;
             try {
                     //产生一个人种
                    human = (Human)Class.forName(c.getName()).newInstance();
             } catch (Exception e) {
                    System.out.println("人种生成错误！");
             }
            return (T)human;
     }
}

human接口及实现类

public interface Human {
     //每个人种的皮肤都有相应的颜色
     public void getColor();
     //人类会说话
     public void talk();
}

public class BlackHuman implements Human {
     public void getColor(){
             System.out.println("黑色人种的皮肤颜色是黑色的！");
     }
     public void talk() {
             System.out.println("黑人会说话，一般人听不懂。");
     }
}

public class YellowHuman implements Human {
     public void getColor(){
             System.out.println("黄色人种的皮肤颜色是黄色的！");
     }
     public void talk() {
             System.out.println("黄色人种会说话，一般说的都是双字节。");
     }
}

public class WhiteHuman implements Human {
     public void getColor(){
             System.out.println("白色人种的皮肤颜色是白色的！");
     }
     public void talk() {
             System.out.println("白色人种会说话，一般都是但是单字节。");
     }
}

女娲造人的场景类

public class NvWa {
     public static void main(String[] args) {
             //女娲第一次造人
             System.out.println("--造出的第一批人是白色人种--");
             Human whiteHuman = HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
             whiteHuman.getColor();
             whiteHuman.talk();
             //女娲第二次造人
             System.out.println("\n--造出的第二批人是黑色人种--");
             Human blackHuman = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
             blackHuman.getColor();
             blackHuman.talk();
             //第三次造人
             System.out.println("\n--造出的第三批人是黄色人种--");
             Human yellowHuman = HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
             yellowHuman.getColor();
             yellowHuman.talk();
     }
}

多个工厂类

当我们在做一个比较复杂的项目时，经常会遇到初始化一个对象很耗费精力的情况，所有的产品类都放到一个工厂方法中进行初始化会使代码结构不清晰。例如，一个产品类有5个具体实现，每个实现类的初始化（不仅仅是new，初始化包括new一个对象，并对对象设置一定的初始值）方法都不相同，如果写在一个工厂方法，势必导致该方法巨大无比。

考虑到要结构清晰，我们就为每个产品定义一个创造者，然后由调用者去选择与哪个工厂方法关联。女娲造人修改后的类图结构如下：

类图

多工厂类图.png

每个人种（具体的产品类）都对应了一个创造者，每个创造者都独立负责创建对应的产品对象，非常符合单一直责原则。

多工厂模式的抽象工厂类

public abstract class AbstractHumanFactory {
     public abstract Human createHuman();
}

各工厂类的实现

public class BlackHumanFactory extends AbstractHumanFactory {
     public Human createHuman() {
             return new BlackHuman();
     }
}

public class YellowHumanFactory extends AbstractHumanFactory {
     public Human createHuman() {
             return new YellowHuman();
     }
}

public class whiteHumanFactory extends AbstractHumanFactory {
     public Human createHuman() {
             return new WhiteHuman();
     }
}

女娲场景类

public class NvWa {
     public static void main(String[] args) {
             //女娲第一次造人
             System.out.println("--造出的第一批人是白色人种--");
             Human whiteHuman = (new WhiteHumanFactory()).createHuman();
             whiteHuman.getColor();
             whiteHuman.talk();
             //女娲第二次造人
             System.out.println("\n--造出的第二批人是黑色人种--");
             Human blackHuman = (new BlackHumanFactory()).createHuman();
             blackHuman.getColor();
             blackHuman.talk();
             //第三次造人
             System.out.println("\n--造出的第三批人是黄色人种--");
             Human yellowHuman = (new YellowHumanFactory()).createHuman();
             yellowHuman.getColor();
             yellowHuman.talk();
     }
}

替换单例模式

也可以使用工厂模式替换单例模式

类图

工厂替代单例类图.png

单例类

public class Singleton {
     //不允许通过new产生一个对象
     private Singleton(){
     }
     public void doSomething(){
             //业务处理
     }
}

负责生产单例的工厂类

public class SingletonFactory {
     private static Singleton singleton;
     static{
             try {
                    Class cl= Class.forName(Singleton.class.getName());
                    //获得无参构造
                    Constructor constructor=cl.getDeclaredConstructor();
                    //设置无参构造是可访问的
                    constructor.setAccessible(true);
                    //产生一个实例对象
                    singleton = (Singleton)constructor.newInstance();
             } catch (Exception e) {
                    //异常处理
             }
     }
     public static Singleton getSingleton(){
             return singleton;
     }
}

延迟初始化

延迟初始化：一个对象被消费完毕后，并不立刻释放，工厂类保持其初始化状态，等待再次被使用。延迟初始化是工厂方法模式的一个扩展应用，通用类图如下：

延迟初始化.png

ProductFactory负责产品类对象的创建工作，并且通过prMap变量产生一个缓存，对需要再次被重用的对象保留，Product和ConcreteProduct是一个示例代码

延迟加载的工厂类

public class ProductFactory {
     private static final Map<String,Product> prMap = new HashMap();
     public static synchronized  Product createProduct(String type) throws Exception{
             Product product =null;
             //如果Map中已经有这个对象
             if(prMap.containsKey(type)){
                    product = prMap.get(type);
             }else{
                    if(type.equals("Product1")){
                            product = new ConcreteProduct1();
                    }else{
                            product = new ConcreteProduct2();
                    }
                    //同时把对象放到缓存容器中
                    prMap.put(type,product);
             }
             return product;
     }
}

代码比较简单，通过定义一个Map容器，容纳所有产生的对象，如果在Map容器中已经有的对象，则直接返回；如果没有，则根据需要的类型产生一个对象并放入到Map容器中，以便下次调用。

延迟加载是可以扩展的，例如限制某一个产品类的最大实例化数量，通过通过判断Map中已有的对象数量来实现，这样的处理是非常有意义的，例如JDBC连接数据库，都会要求设置一个MaxConnections最大连接数量，该数量就是内存中最大实例化的数量。

延迟加载还可以用在对象初始化比较复杂的情况下，例如硬件访问，涉及多方面的交互，则可以通过延迟加载降低对象的产生和销毁带来的复杂性。