设计模式01_工厂模式_Factory

作者: QuantRuu | 来源:发表于2018-07-16 14:48 被阅读0次

一、工厂模式介绍

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。
（4）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

假设一家工厂，生产电视，汽车等等，我们先为所有产品定义一个共同的产品接口

public interface Motor {
}

接着我们让这个工厂的所有产品都必须实现此接口

public class FerrariMotor implements Motor {
    public FerrariMotor() {
        System.out.println("Produce a Ferrari Motor!");
    }
}

public class BenzMotor implements Motor {
    public BenzMotor() {
        System.out.println("Produce a Benz Motor");
    }
}

下面有几种模式来实现这个工厂：

2.5.1 直接判断传入的key

public static Motor produce1(String productName) throws Exception{
        switch (productName){
            case("Ferrari"):
                return new FerrariMotor();
            case("Benz"):
                return new BenzMotor();
            default:
                throw new Exception("Method 1 fails to get such product:" + productName);
        }
    }

测试方法：

//Test Simple Factory Method 1
try{
    Motor product1 = SimpleFactory.produce1("Ferrari");
    Motor product2 = SimpleFactory.produce1("Benz");
    Motor product3 = SimpleFactory.produce1("BMW");
}catch (Exception e){
    System.out.println(e.getMessage());
}

这样的实现有个问题，如果我们新增产品类的话，需要不断的在工厂类中新增case，这样需要修改的地方比较多，所以不建议使用这样的方法来实现工厂类。

2.5.2 利用反射

public static Motor produce2(String className) throws Exception{
        try{
            Motor product = (Motor)Class.forName(className).newInstance();
            return product;
        }catch (Exception e){
            throw new Exception("Method 2 fails to get this class: " + className);
        }
    }

测试方法：

        //Test Simple Factory Method 2
        try{
            Motor product1 = SimpleFactory.produce2("creator.factory.FerrariMotor");
            Motor product2 = SimpleFactory.produce2("creator.factory.BenzMotor");
            Motor product3 = SimpleFactory.produce2("creator.factory.BMWMotor");
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());
        }

这种的缺点在于，每次创建一个产品时，需要传入产品的全部类路径，也就是要记住一个产品的全部路径，比较麻烦。我们想到可以通过配置文件，来将类路径全部写在properties文件中，通过加载配置文件，这样如果以后新增的话，直接修改配置文件即可。

2.5.3 反射加配置文件

新增配置文件product.properties

Ferrari=creator.factory.FerrariMotor
Benz=creator.factory.BenzMotor

新增配置文件读取类，将读出来的内容存储到一个map中

package creator.factory;

import java.io.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Properties;

public class PropertyReader {
    public static Map<String,String> propertyMap = new HashMap<>();

    public Map<String,String> readProperty(String filename){
        Properties properties = new Properties();
        String rootDir = System.getProperty("user.dir");
        String sp = File.separator;
        String fullPath = rootDir + sp + "src" + sp + "creator" + sp + "factory" + sp + filename;
        try{
            BufferedReader br = new BufferedReader(new FileReader(fullPath));
            properties.load(br);
        }catch(FileNotFoundException e){
            e.printStackTrace();
        }catch (IOException e){
            e.printStackTrace();
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        Iterator<String> iterator = properties.stringPropertyNames().iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String key = iterator.next();
            String value = properties.getProperty(key);
            propertyMap.put(key,value);
        }
        return propertyMap;
    }
}

全新的工厂类如下：

public static Motor produce3(String productName) throws Exception{
        PropertyReader propertyReader = new PropertyReader();
        Map<String,String> map = propertyReader.readProperty("product.properties");
        try{
            Motor product = (Motor)Class.forName(map.get(productName)).newInstance();
            return product;
        }catch (Exception e){
            throw new Exception("Method 3 fails to get this product: " + productName);
        }
    }

测试类:

        //Test Simple Factory Method 3
        try{
            Motor product1 = SimpleFactory.produce3("Ferrari");
            Motor product2 = SimpleFactory.produce3("Benz");
            Motor product3 = SimpleFactory.produce3("BMW");
        }catch (Exception e){
            System.out.println(e.getMessage());
        }

当然这个方法也有可以改进的地方，比如将map在程序启动时就加载，这样就不必要每次调用的时候，都去解析配置文件了，节省了一批开销。

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

工厂方法

（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举例

工厂方法为工厂类定义了接口，用多态来削弱了工厂类的职能.

//抽象商品
public interface Motor {
}

//抽象工厂
public interface MotorFactory {
    public Motor produceMotor();
}

//具体商品类
public class BenzMotor implements Motor {
    public BenzMotor() {
        System.out.println("Produce a Benz Motor");
    }
}

public class FerrariMotor implements Motor {
    public FerrariMotor() {
        System.out.println("Produce a Ferrari Motor!");
    }
}

//具体工厂类
public class BenzFactory implements MotorFactory {
    @Override
    public Motor produceMotor() {
        return new BenzMotor();
    }
}

public class FerrariFactory implements MotorFactory {
    @Override
    public Motor produceMotor() {
        return new FerrariMotor();
    }
}

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

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8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举例

除了上述的Motor产品族，这里我们加上Tyre产品族：

public interface Motor {
}

public class MichelinTyre implements Tyre{
    public MichelinTyre(){
        System.out.println("Produce a Michelin Tyre");
    }
}

public class BridgeStoneTyre implements Tyre {
    public BridgeStoneTyre(){
        System.out.println("Produce a BridgeStone Tyre");
    }
}

定义抽象工厂接口和具体工厂实现：

public interface Factory {
    public Motor produceMotor();

    public Tyre produceTyre();
}

public class FactoryA implements Factory {
    @Override
    public Motor produceMotor() {
        return new BenzMotor();
    }

    @Override
    public Tyre produceTyre() {
        return new MichelinTyre();
    }
}

public class FactoryB implements Factory {
    @Override
    public Motor produceMotor() {
        return new FerrariMotor();
    }

    @Override
    public Tyre produceTyre() {
        return new BridgeStoneTyre();
    }
}

参考原文：
作者：博麟K
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來源：简书
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