工厂方法模式

女娲补天的故事大家都听说过吧，今天不说这个，说女娲创造人的故事，可不是“造人”的工作，这个词被现代人滥用了。这个故事是说，女娲在补了天后，下到凡间一看，哇塞，风景太优美了，天空是湛蓝的，水是清澈的，空气是清新的，太美丽了，然后就待时间长了就有点寂寞了，没有动物，这些看的到都是静态的东西呀，怎么办？
别忘了是神仙呀，没有办不到的事情，于是女娲就架起了八卦炉（技术术语：建立工厂）开始创建人，具体过程是这样的：先是泥巴捏，然后放八卦炉里烤，再扔到地上成长，但是意外总是会产生的：
第一次烤泥人，兹兹兹兹~~，感觉应该熟了，往地上一扔，biu~，一个白人诞生了，没烤熟！
第二次烤泥人，兹兹兹兹兹兹兹兹~~，上次都没烤熟，这次多烤会儿，往地上一扔，嘿，熟过头了，黑人哪！
第三次烤泥人，兹~兹~兹~，一边烤一边看着，嘿，正正好，Perfect！优品，黄色人种！【备注:RB 人不属此列】
这个过程还是比较有意思的，先看看类图：

那这个过程我们就用程序来表现，首先定义一个人类的总称：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 定义一个人类的统称
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public interface Human {
  // 首先定义什么是人类
  // 人是愉快的，会笑的，本来是想用smile表示，想了一下laugh更合适，好长时间没有大笑了；
  public void laugh();

  // 人类还会哭，代表痛苦
  public void cry();

  // 人类会说话
  public void talk();
}

然后定义具体的人种：
黄色人种：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 黄色人种，这个翻译的不准确，将就点吧
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class YellowHuman implements Human {

  public void cry() {
      System.out.println("黄色人种会哭");
  }

  public void laugh() {
      System.out.println("黄色人种会大笑，幸福呀！");
  }

  public void talk() {
      System.out.println("黄色人种会说话，一般说的都是双字节");
  }
}

白色人种：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 白色人种
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class WhiteHuman implements Human {
  public void cry() {
      System.out.println("白色人种会哭");
  }

  public void laugh() {
      System.out.println("白色人种会大笑，侵略的笑声");
  }

  public void talk() {
      System.out.println("白色人种会说话，一般都是但是单字节！");
  }
}

黑色人种：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 黑色人种，记得中学学英语，老师说black man是侮辱人的意思，不懂，没跟老外说过话
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class BlackHuman implements Human {

  public void cry() {
      System.out.println("黑人会哭");

  }

  public void laugh() {
      System.out.println("黑人会笑");
  }

  public void talk() {
      System.out.println("黑人可以说话，一般人听不懂");
  }
}

人种也定义完毕了，那我们把八卦炉定义出来：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 今天讲女娲造人的故事，这个故事梗概是这样的： 很久很久以前， 
* 盘古开辟了天地，用身躯造出日月星辰、山川草木，天地一片繁华 One
* day，女娲下界走了一遭，哎！太寂寞，太孤独了，没个会笑的、会哭的、会说话的东东 
* 那怎么办呢？不用愁，女娲，神仙呀，造出来呀，然后捏泥巴，
* 放八卦炉（后来这个成了太白金星的宝 贝）中烤，于是就有了人：
* 
* 我们把这个生产人的过程用Java程序表现出来：
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class HumanFactory {
  // 定一个烤箱，泥巴塞进去，人就出来，这个太先进了
  public static Human createHuman(Class c) {
      // 定义一个类型的人类
      Human human = null;
      try {
          // 产生一个人种
          human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
      } catch (InstantiationException e) {// 你要是不说个人种颜色的话，没法烤，要白的黑，你说话了才好烤
          System.out.println("必须指定人种的颜色");
      } catch (IllegalAccessException e) { // 定义的人种有问题，那就烤不出来了，这是...
          System.out.println("人种定义错误！");
      } catch (ClassNotFoundException e) { // 你随便说个人种，我到哪里给你制造去？！
          System.out.println("混蛋，你指定的人种找不到！");
      }
      return human;
  }
}

然后我们再把女娲声明出来：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 首先定义女娲，这真是额的神呀
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class NvWa {
  public static void main(String[] args) {
      // 女娲第一次造人，试验性质，少造点，火候不足，缺陷产品
      System.out.println("------------造出的第一批人是这样的：白人-----------------");
      Human whiteHuman = HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
      whiteHuman.cry();
      whiteHuman.laugh();
      whiteHuman.talk();
      // 女娲第二次造人，火候加足点，然后又出了个次品，黑人
      System.out.println("\n\n------------造出的第二批人是这样的：黑人-----------------");
      Human blackHuman = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
      blackHuman.cry();
      blackHuman.laugh();
      blackHuman.talk();
      // 第三批人了，这次火候掌握的正好，黄色人种（不写黄人，免得引起歧义），备注：RB人不属于此列
      System.out.println("\n\n------------造出的第三批人是这样的：黄色人种-----------------");
      Human yellowHuman = HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
      yellowHuman.cry();
      yellowHuman.laugh();
      yellowHuman.talk();
  }
}

运行结果

这样这个世界就热闹起来了，人也有了，但是这样创建太累了，神仙也会累的，那怎么办？神仙就想了：我塞进去一团泥巴，随机出来一群人，管他是黑人、白人、黄人，只要是人就成（你看看，神仙都偷懒，何况是我们人），先修改类图：

然后看我们的程序修改，先修改 HumanFactory.java，增加了 createHuman()方法：

package com.qssqc.factoryfunction;

import java.util.List;
import java.util.Random;

/**
*
* @author 清水三千尺
*
*/
public class HumanFactory {
  // 定一个烤箱，泥巴塞进去，人就出来，这个太先进了
  public static Human createHuman(Class c) {
      // 定义一个类型的人类
      Human human = null;
      try {
          // 产生一个人种
          human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
      } catch (InstantiationException e) {// 你要是不说个人种颜色的话，没法烤，要白的黑，你说话了才好烤
          System.out.println("必须指定人种的颜色");
      } catch (IllegalAccessException e) { // 定义的人种有问题，那就烤不出来了，这是...
          System.out.println("人种定义错误！");
      } catch (ClassNotFoundException e) { // 你随便说个人种，我到哪里给你制造去？！
          System.out.println("混蛋，你指定的人种找不到！");
      }
      return human;
  }

  // 女娲生气了，把一团泥巴塞到八卦炉，哎产生啥人种就啥人种
  public static Human createHuman() {
      // 定义一个类型的人类
      Human human = null; 
      
      // 首先是获得有多少个实现类，多少个人种
      List<Class> concreteHumanList = ClassUtils.getAllClassByInterface(Human.class); // 定义了多少人种
      // 八卦炉自己开始想烧出什么人就什么人
      Random random = new Random();
      int rand = random.nextInt(concreteHumanList.size());
      human = createHuman(concreteHumanList.get(rand));
      return human;
  }
}

然后看女娲是如何做的：

package com.qssqc.factoryfunction;

/**
* 首先定义女娲，这真是额的神呀
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class NvWa {
  public static void main(String[] args) {
      // 女娲第一次造人，试验性质，少造点，火候不足，缺陷产品
      System.out.println("------------造出的第一批人是这样的：白人-----------------");
      Human whiteHuman = HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
      whiteHuman.cry();
      whiteHuman.laugh();
      whiteHuman.talk();
      // 女娲第二次造人，火候加足点，然后又出了个次品，黑人
      System.out.println("\n\n------------造出的第二批人是这样的：黑人-----------------");
      Human blackHuman = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
      blackHuman.cry();
      blackHuman.laugh();
      blackHuman.talk();
      // 第三批人了，这次火候掌握的正好，黄色人种（不写黄人，免得引起歧义），备注：RB人不属于此列
      System.out.println("\n\n------------造出的第三批人是这样的：黄色人种-----------------");
      Human yellowHuman = HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
      yellowHuman.cry();
      yellowHuman.laugh();
      yellowHuman.talk();

      // 女娲烦躁了，爱是啥人种就是啥人种，烧吧
      for (int i = 0; i < 100; i++) {
          System.out.println("\n\n------------随机产生人种了-----------------" + i);
          Human human = HumanFactory.createHuman();
          human.cry();
          human.laugh();
          human.talk();
      }
  }
}

哇，这个世界热闹了！，不过还没有完毕，这个程序你跑不起来，还要有这个类：

package com.qssqc.factoryfunction;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;
@SuppressWarnings("all")
public class ClassUtils {
  //给一个接口，返回这个接口的所有实现类
  public static List<Class> getAllClassByInterface(Class<Human> c){
      List<Class> returnClassList = new ArrayList<Class>(); //返回结果

      //如果不是一个接口，则不做处理
      if(c.isInterface()){
          String packageName = c.getPackage().getName(); //获得当前的包名
          
          try {
              List<Class> allClass = getClasses(packageName); //获得当前包下以及子包下的所有类
              System.out.println(allClass.size());
              //判断是否是同一个接口
              for(int i=0;i<allClass.size();i++){
                  if(c.isAssignableFrom(allClass.get(i))){ //判断是不是一个接口
                      if(!c.equals(allClass.get(i))){ //本身不加进去
                          returnClassList.add(allClass.get(i));
                      }
                  }
              }
          } catch (ClassNotFoundException e) {
              e.printStackTrace();
          } catch (IOException e) {
              e.printStackTrace();
          }
      }
      return returnClassList;
  }

  //从一个包中查找出所有的类，在jar包中不能查找
  private static List<Class> getClasses(String packageName)
          throws ClassNotFoundException, IOException {
      ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
      String path = packageName.replace('.', '/');
      Enumeration<URL> resources = classLoader.getResources(path);
      
      List<File> dirs = new ArrayList<File>();
      while (resources.hasMoreElements()) {
          URL resource = resources.nextElement();
          dirs.add(new File(resource.getFile()));
      }
      
      ArrayList<Class> classes = new ArrayList<Class>();
      for (File directory : dirs) {
          System.out.println(directory);
          classes.addAll(findClasses(directory, packageName));
      }
      return classes;
  }


  private static List<Class> findClasses(File directory, String packageName)
          throws ClassNotFoundException {
      List<Class> classes = new ArrayList<Class>();
      if (!directory.exists()) {
          return classes;
      }
      File[] files = directory.listFiles();
      for (File file : files) {
          if (file.isDirectory()) {
              assert !file.getName().contains(".");
              classes.addAll(findClasses(file, packageName + "." +
                      file.getName()));
          } else if (file.getName().endsWith(".class")) {
              classes.add(Class.forName(packageName + '.' +
                      file.getName().substring(0, file.getName().length() - 6)));
          }
      }
      return classes;
  }

}

告诉你了，这个 ClassUtils 可是个宝，用处可大了去了，可以由一个接口查找到所有的实现类，也可以由父类查找到所有的子类，这个要自己修改一下，动脑筋想下，简单的很！完整的类图如下：

我们来总结一下，特别是增加了 createHuman()后，是不是这个工厂的扩展性更好了？你看你要再加一个人种，只要你继续集成 Human 接口成了，然后啥都不用修改就可以生产了，具体产多少，那要八卦炉说了算，简单工厂模式就是这么简单，那我们再引入一个问题：人是有性别的呀，有男有女，你这怎么没区别，别急，这个且听下回分解！

工厂方法模式还有一个非常重要的应用，就是延迟始化(Lazy initialization)，什么是延迟始化呢？一个对象初始化完毕后就不释放，等到再次用到得就不用再次初始化了，直接从内存过中拿到就可以了，怎么实现呢，很简单，看例子：

package com.qssqc.factoryfunction.advance;

import java.util.HashMap;

import com.qssqc.factoryfunction.Human;
/**
* 
* @author 清水三千尺
*
*/
public class HumanFactory {
  // 定义一个 MAP, 初始化过的 Human 对象都放在这里
  private static HashMap<String, Human> humans = new HashMap<String, Human>();

  // 定一个烤箱，泥巴塞进去，人就出来，这个太先进了
  public static Human createHuman(Class c) {
      Human human = null; // 定义一个类型的人类
      try {
          // 如果 MAP 中有，则直接从取出，不用初始化了
          if (humans.containsKey(c.getSimpleName())) {
              human = humans.get(c.getSimpleName());
          } else {
              human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
              // 放到 MAP 中
              humans.put(c.getSimpleName(), human);
          }
      } catch (InstantiationException e) {// 你要是不说个人种颜色的话，没法烤，要白的黑，你说话了才好烤
          System.out.println(" 必须指定人种的颜色 ");
      } catch (IllegalAccessException e) { // 一定定义的人种有问题，那就烤不出来了，这是 ...
          System.out.println(" 人种定义错误！ ");
      } catch (ClassNotFoundException e) { // 你随便说个人种，我到哪里给你制造去？！
          System.out.println(" 混蛋，你指定的人种找不到！ ");
      }
      return human;
  }
}

结束语

代码结构
部分结果

很简单，就加上了黄色那部分的代码，这个在类初始化很消耗资源的情况比较实用，比如你要连接硬件，或者是为了初始化一个类需要准备比较多条件（参数），通过这种方式可以很好的减少项目的复杂程度。