4 Factory Pattern（工厂模式）
前言：工厂模式是为了解决new的问题
案例分析：
REQ1：Vander作为pizza店的老板，具有一整套制作pizza的流程，准备食材、烘焙、切片、包装，随着pizza种类的渐渐增加，设计如下：
public class PizzaStore {
public Pizza pizza;
public Pizza orderPizza(String type) {
Pizza pizza = new Pizza();
if(type.equals("cheese")) {
pizza = new CheesePizza();
} else if(type.equals("greek")) {
pizza = new GreekPizza();
} else if(type.equals("pepperoni")) {
pizza = new Pepperoni();
}
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
return pizza;
}
}
分析：随着pizza店的发展，后期发现要制作越来越多的pizza，而且种类也是超级多，多达几十种pizza，而且有些旧类型的pizza，几乎没人点，greek和pepperoni pizza就从菜单上撤离了，而增加了FruitsPizza、HawaiiPizza、DurianPizza，所以上面orderPizza()方法就会频繁地改动，经常改动导致pizza店的订单系统经常处在维护状态，这非常不利于接单，很明显，实例化某些具体类，将使得orderPizza()方法出问题，而且这违反了“开放-关闭原则”，这个方法就无法对修改关闭了；但是现在已经知道哪些是会改变的，哪些是不会改变的部分，接下来用封装来解决上面的问题。
解决方法1：Vander 又开始改进设计了
将创建pizza的代码封装起来转移到另一个对象中，然后orderPizza()方法专门负责pizza的制作工作。new pizza这件事专门交给其他类去负责。
重新修改PizzaStore的代码：
public class PizzaStore {
public SimplePizzaFactory simplePizzaFactory;
public PizzaStore(SimplePizzaFactory simplePizzaFactory) {
this.simplePizzaFactory = simplePizzaFactory;
}
public Pizza orderPizza(String type) {
Pizza pizza = simplePizzaFactory.producePizza(type);
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
return pizza;
}
}
简单工厂的代码：
public class SimplePizzaFactory {
public Pizza producePizza(String type) {
Pizza pizza = new Pizza();
if(type.equals("cheese")) {
pizza = new CheesePizza();
} else if(type.equals("greek")) {
pizza = new GreekPizza();
} else if(type.equals("pepperoni")) {
pizza = new Pepperoni();
}
return pizza;
}
}
现在相当于，每次修改SimplePizzaFactory的代码的时候，可以暂时不对线上的版本进行影响，修改完SimplePizzaFactory之后再替换掉线上的SimplePizzaFactory就OK了。而orderPizza()方法相当于变成了SimplePizzaFactory的使用者，它使用pizza工厂来完成pizza的new操作。
下面定义简单工厂，实际上简单工厂不算做一个设计模式，更多地是一种编程习惯，我们会经常用到它，所以也是非常重要的。
image.png
REQ2：Vander的Pizza店名气非常大，吸引了很多大腕来加盟，但是由于区域的差异，每个加盟店都可能需要作出不同风格的pizza，例如四川的希望水果Pizza里面有辣椒，广东的则希望水果Pizza里面多一点菠萝，这受到了开店地区当地人口味的影响。
首先要完成加盟店，所以PizzaStore的SimpleFactory就成了一些地区PizzaFactory，如GuangDongPizzaFactory、SiChuanPizzaFactory。然后他们各自使用各自的Pizza类，例如广东的创造广东类型的Pizza-GDPizza；四川的创作自己类型的Pizza-SCPizza，然后他们各自再覆盖原来的pizza里面的prepare、bake、cut、box等方法，他们自创了自己的流程，而且box的时候还用了别的商家的盒子，这完全就是打着Vander Pizza店的牌子在乱搞嘛。
问题来了，怎样才能加强质量把控，又不失弹性，让这些地区Pizza店可以依照自己的口味去。
解决方法2：工厂方法模式
Vander思前想后就是想不到合适的办法，这时候他只能去请教Panda大师，Panda大师说这个可以用工厂方法解决，首先要给加盟Pizza点使用框架，先从PizzaStore开始改造：
由于想控制加盟店制作Pizza类中的bake、cut、box，不能让这些加盟店随便乱弄，也不能让它们使用别的公司的包装，需要把控整个制作过程，把PizzaStore的producePizza方法设为抽象类，让GDPizzaStore和SCPizzaStore去继承，它们在生产完Pizza之后只能调用父类的orderPizza方法，继续完成准备、烘焙、切片、包装。让我们来看看现在的改造吧：
image.png
public abstract class PizzaStore {
public final Pizza orderPizza(String type) {
Pizza pizza = producePizza(type);
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
return pizza;
}
protected abstract Pizza producePizza(String type);
}
public abstract class Pizza {
protected String name;
//面团类型
protected String dough;
//酱料
protected String sauce;
//佐料
protected ArrayList<String> toppings = new ArrayList<String>(10);
public void prepare() {
System.out.println("Preparing " + name);
System.out.println(" Tossing dough ...");
System.out.println(" Adding sauce ...");
System.out.println(" Adding toppings: ");
for(int i=0; i<toppings.size(); i++) {
System.out.println(" " + toppings.get(i));
}
}
public void bake() {
System.out.println("Bake for 25 mins at 350℃");
}
public void cut() {
System.out.println("Cutting the pizza into diagonal slices");
}
public void box() {
System.out.println("Boxing the pizza");
}
public String getName() {
return name;
}
}
public class GDStyleFruitsPizza extends Pizza {
public GDStyleFruitsPizza() {
name = "GuangDong Style Fruits Pizza";
dough = "Thin Crust Dough";
sauce = "Marinara Sauce";
toppings.add("GuangDong Delicious Cheese");
toppings.add("GuangDong Pipeapple");
}
}
public class SCStyleFruitsPizza extends Pizza {
public SCStyleFruitsPizza() {
name = "SiChuan Style Fruits Pizza";
dough = "Thick Crust Dough";
sauce = "Marinara Sauce";
toppings.add("SiChuan Delicious Cheese");
toppings.add("SiChuan Pepper");
}
}
public class GDPizzaStore extends PizzaStore {
@Override
public Pizza producePizza(String type) {
Pizza pizza = null;
if(type.equals("cheese")) {
pizza = new GDStyleCheesePizza();
} else if(type.equals("fruits")) {
pizza = new GDStyleFruitsPizza();
} else if(type.equals("durian")) {
pizza = new GDStyleDurianPizza();
} else if(type.equals("Hawaii")) {
pizza = new GDStyleHawaiiPizza();
}
return pizza;
}
}
public class SCPizzaStore extends PizzaStore {
@Override
public Pizza producePizza(String type) {
Pizza pizza = null;
if(type.equals("cheese")) {
pizza = new SCStyleCheesePizza();
} else if(type.equals("fruits")) {
pizza = new SCStyleFruitsPizza();
} else if(type.equals("durian")) {
pizza = new SCStyleDurianPizza();
} else if(type.equals("Hawaii")) {
pizza = new SCStyleHawaiiPizza();
}
return pizza;
}
}
说明：工厂方法用来处理对象的创建，并将这样的行为封装在子类中，这样客户程序中关于超类的代码就和子类对象创建代码解耦了。也就是说不管以后有多少加盟店，父类PizzaStore都不会去改变了，任由子类PizzaStore天翻地覆，PizzaStore都以不变应万变。工厂方法模式通过让子类决定该创建的对象是什么，来达到将对象创建的过程封装的目的。
image.png
Vander就纳闷了，我之前用的简单工厂难道不能实现吗，然后Vander就想Panda大师这么干到底有什么优势，接着Vander发现他也能给像Panda那样做到把控整个控制过程。实际上关键的代码就是将PizzaStore的orderPizza()方法写成final，让子类加盟店都无法修改整个制作过程，接着让Pizza类的box()方法也写成final，这样子子类Pizza就无法使用别的商家的包装了。接着Vander给出了他的实现。
image.png
以下是主要的代码：
public class GDPizzaStore extends PizzaStore {
public SimplePizzaFactory simplePizzaFactory;
public GDPizzaStore(SimplePizzaFactory simplePizzaFactory) {
super(simplePizzaFactory);
}
}
public class GDPizzaFactory extends SimplePizzaFactory{
public Pizza producePizza(String type) {
Pizza pizza = null;
if(type.equals("cheese")) {
pizza = new GDStyleCheesePizza();
} else if(type.equals("fruits")) {
pizza = new GDStyleFruitsPizza();
} else if(type.equals("durian")) {
pizza = new GDStyleDurianPizza();
} else if(type.equals("Hawaii")) {
pizza = new GDStyleHawaiiPizza();
}
return pizza;
}
}
public class PizzaStore {
public SimplePizzaFactory simplePizzaFactory;
public PizzaStore(SimplePizzaFactory simplePizzaFactory) {
this.simplePizzaFactory = simplePizzaFactory;
}
public final Pizza orderPizza(String type) {
Pizza pizza = simplePizzaFactory.producePizza(type);
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
return pizza;
}
}
public abstract class SimplePizzaFactory {
public abstract Pizza producePizza(String type);
}
说明：从代码上看来，其实确实跟工厂方法模式差不多，只是把producePizza方法放到了简单工厂而已，但是这么操作最后在运行的时候，必须要实例化相应的工厂，例如GDPizzaStore需要传入GDPizzaFactory，则需要实例化GDPizzaFactory，并且还不能传错，传错了就会导致最后广东的Pizza店卖的确是其它工厂造出来的Pizza。
下面比对一下工厂方法模式和简单工厂是怎么造出Pizza的。
简单工厂的制作Pizza方法：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
GDPizzaFactory gdFactory = new GDPizzaFactory();
GDPizzaStore gdPizzaStore = new GDPizzaStore(gdFactory);
gdPizzaStore.orderPizza("fruits");
SCPizzaFactory scFactory = new SCPizzaFactory();
SCPizzaStore scPizzaStore = new SCPizzaStore(scFactory);
scPizzaStore.orderPizza("fruits");
}
}
工厂方法的制作Pizza方法：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
GDPizzaStore gdPizzaStore = new GDPizzaStore();
Pizza gdFruitsPizza1 = gdPizzaStore.orderPizza("fruits");
SCPizzaStore scPizzaStore = new SCPizzaStore();
Pizza scfruitsPizza2 = scPizzaStore.orderPizza("fruits");
}
}
最后Vander发现原来他的方法需要先实例化GDPizzaFactory，然后将Factory作为参数放进GDPizzaStore里面，Vander就想，既然都是GDPizzaFactory对应GDPizzaStore，SCPizzaFactory对应SCPizzaStore，那我直接在GDPizzaStore里面实例化GDPizzaFactory，SCPizzaStore里面实例化SCPizzaFactory不就好了。接着又进行了一轮改造：
public class GDPizzaStore extends PizzaStore {
public GDPizzaStore() {
simplePizzaFactory = new GDPizzaFactory();
}
}
public class PizzaStore {
protected SimplePizzaFactory simplePizzaFactory;
public final Pizza orderPizza(String type) {
Pizza pizza = simplePizzaFactory.producePizza(type);
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
return pizza;
}
}
说明：最后虽然在运行时的调用是一样的，但是这里相当于直接让GDPizzaStore和GDPizzaFactory直接绑定在一起了，也增加了代码的耦合度。而且每次多开一个加盟店，都需要实现PizzaStore和PizzaFactory多一次，确实也没多大必要。
REQ3：由于Pizza大家已经吃腻了，所以Vander为了招来更多的客户，想扩展菜单了，现在不只是卖Pizza了，现在Pizza店学习必胜客的方式，还卖鸡翅、汉堡并且还出售各种独家饮料。那么怎么扩展接口呢？在PizzaStore基类中继续添加produceFiredChicken()、produceBurger()、produceBeverage()，这么做的后果就是所有的加盟店都得跟着做改变，但是有些加盟店Pizza生意做得火热，觉得根本没必要添加这么多种类进去。这时候Vander想到了他之前实现的SimpleFactory2，就是将简单工厂编程“抽象工厂”，让子类工厂去完成产品的创建，这样做的好处就是加盟店的PizzaStore都可以不用动，而且把这些食物的创建都放到了一个大工厂去做这么一件事情了。
下面是Vander的设计：
image.png
这个设计图看起来有一定的复杂度，但是其实就是在SimpleFactory2上的PizzaFactory改为了FoodFactory添加了几个生产其他产品的方法，本来只有一个Pizza的抽象类，现在多了Beverage、Burger、FiredChicken这几个抽象类，相当于现在FoodFactory是一个大工厂来生产各种各样的产品。可能你会发现这FoodFactory里面实际上不就是工厂方法模式嘛，没错！就是这样相当于FoodFactory里面生产各种各样的食物，但是生产的食物是什么样的Pizza、什么样的炸鸡，都是由子类做决定的。
实际上SimpleFactory2已经不算是简单工厂了，简单工厂应该是更单纯一点的，通过一个含参的方法来实例化产品类。SimpleFactory2经过改进之后已经成为了抽象工厂模式了。
抽象工厂允许客户使用抽象的接口来创建一组相关的产品，而不需要知道实际产出的具体产品是什么，这样一来，客户就从具体的产品中被解耦了。上面这段话通俗地说，就是像子类工厂完成Pizza的创建，然后PizzaStore在orderPizza()方法中直接是拿基类Pizza类来进行prepare、bake、cut、box等操作，而不用理会是哪种口味哪个区域的Pizza。从而达到了PizzaStore与具体的Pizza类的解耦。
下面我们梳理一下整个过程，首先刚开始PizzaStore依赖于具体的Pizza类，如下图所示：
image.png
而且随着Pizza类型的增加，依赖将会越来越多，代码里面减少具体的类的依赖是必须要做的，接下来我们看看我们后面的实现：
image.png
这样就依赖抽象的类Pizza。（遵循了依赖抽象而不是具体的类的原则）
我们发现高层组件（PiizaStore）和底层组件（具体的Piizza子类）都依赖于Pizza的抽象类。我们一般进行设计的时候，首先设计PizzaStore，PizzaStore要能生产出很多具体的不同类型的Pizza，其实这时候你可以倒过来想，从具体的Pizza想起，发现应该先抽象出一个Pizza基类，然后这个Pizza基类直接给PizzaStore用，然后就发现这个抽象的Pizza基类就像桥梁一样连接着PizzaStore和具体的Pizza类。这里面就包含了“依赖倒置原则”，即在从上往下的设计的同时，不妨先想想能不能从下往上。
下面有三个指导方针来避免违反“依赖倒置原则”：
1、变量不可以持有具体类的引用。（如果需要用new，用工厂代替）
2、不要让类派生自具体类。（如果派生具体类了，你就会依赖具体类，请派生一个抽象）
3、不要覆盖基类中已实现的方法（基类已经实现了，说明具有通用性，否则请设为抽象）
最后的最后，我们又来总结我们现在现有的设计模式武器。
面向对象基础
抽象、封装、多态、继承
六大原则
设计原则一：封装变化
设计原则二：针对接口编程，不针对实现编程。
设计原则三：多用组合，少用继承。
设计原则四：为交互对象之间的松耦合设计而努力。
设计原则五：对扩展开放，对修改关闭。
设计原则六：依赖抽象，不要依赖于具体的类 。
模式
工厂方法模式：定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类把实例化推迟到子类。
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抽象工厂模式：提供一个接口，用于创建相关对象或者是依赖对象的家族，而不需要明确指定具体的类（说白了就是一系列同类型的工厂方法集合）。
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