设计模式学习笔记:工厂模式-Factory Pattern

工厂模式

设计模式学习笔记-工厂模式

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介绍简单工厂模式之前先通过一个披萨项目的例子来引出问题,然后给出简单工厂模式这种解决方案,然后随着披萨项目的不断扩展,遇到新的问题,引出工厂方法模式,然后又遇到新的问题,引出最终解决方案,抽象工厂模式。

简单工厂模式

从下面的UML图中就已经可以直观上看出:简单工厂是实现直接的实例对象。

类视图

简单工厂模式是类的创建模式,又叫做静态工厂方法(Static Factory Method)模式。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。
简单工厂模式的结构如下:

image.png
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Java实例

public class SimplePizzaFactory {

    public static Pizza createPizza(String type) {
        Pizza pizza = null;

        if (type.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
        } else if (type.equals("pepperoni")) {
            pizza = new PepperoniPizza();
        } else if (type.equals("clam")) {
            pizza = new ClamPizza();
        } else if (type.equals("veggie")) {
            pizza = new VeggiePizza();
        }
        return pizza;
    }
}

总结

上面用披萨项目的列子来讲解了简单工厂模式的使用,总结下优缺点:

简单工厂模式的优点:

模式的核心是工厂类。这个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。而客户端则可以免除直接创建对象的责任(比如那个店长)。简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割。

简单工厂模式的缺点:

这个工厂类集中了所以的创建逻辑,当有复杂的多层次等级结构时,所有的业务逻辑都在这个工厂类中实现。什么时候它不能工作了,整个系统都会受到影响。并且简单工厂模式违背了开闭原则(对扩展的开放,对修改的关闭)。

工厂模式

我们来看一下工厂方法模式的定义吧。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哪一个。工厂方法让类把实例化推迟到了子类。(定义摘自《Head First设计模式》)

首先,在工厂方法模式中,核心的工厂类不再负责所有产品的创建,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。

这种进一步抽象化的结果,使这种工厂方法模式可以用来予许系统在不修改具体工厂角色的情况下引进新的产品,也就遵循了开闭原则。

工厂模式结构

image.png

实现过程的类视图

image.png

Java实现核心

  • 1.客户端的模拟过程。
public class PizzaTestDrive {
    public static void main(String[] args) {
        PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore();
        PizzaStore chicagoStore = new ChicagoPizzaStore();
 
        Pizza pizza = nyStore.orderPizza("cheese");
        System.out.println("Ethan ordered a " + pizza.getName() + "\n");
 
        pizza = chicagoStore.orderPizza("cheese");
        System.out.println("Joel ordered a " + pizza.getName() + "\n");

        pizza = nyStore.orderPizza("clam");
        System.out.println("Ethan ordered a " + pizza.getName() + "\n");
    }
}

  • 2.抽象工厂

其中createPizza是个抽象方法,这里没有实现它,不过客户端调用抽象工厂时,通过createPizza就能返回具体工厂生产的具体产品。这里忽略了具体产品实现的过程。

public abstract class PizzaStore {
 
    abstract Pizza createPizza(String item);
 
    public Pizza orderPizza(String type) {
        Pizza pizza = createPizza(type);
        System.out.println("--- Making a " + pizza.getName() + " ---");
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
        return pizza;
    }
}
  • 3.具体的工厂-去实现createPizza

通过从抽象工厂集成过来的createPizza实现具体的产品。

public class NYPizzaStore extends PizzaStore {

    Pizza createPizza(String item) {
        if (item.equals("cheese")) {
            return new NYStyleCheesePizza();
        } else if (item.equals("veggie")) {
            return new NYStyleVeggiePizza();
        } else if (item.equals("clam")) {
            return new NYStyleClamPizza();
        } else if (item.equals("pepperoni")) {
            return new NYStylePepperoniPizza();
        } else return null;
    }
}

总结

  1. 抽象工厂利用多态的优势将具体的产品的实例化放在具体工厂中实现。
  2. 抽象工厂创建的是抽象产品--提供的是抽象方法(createPizza),但是具体的实现是推迟到具体的工厂中实现。
  3. 客户端中对用户可见的对象表面上看到的是两个抽象对象,但是具体工厂会创建用户指定类型的产品。

抽象工厂模式

抽象工厂模式是所有形态的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形态。抽象工厂模式可以向客户端提供一个接口,使得客户端在不必指定产品的具体类型的情况下,创建多个产品族中的产品对象。这就是抽象工厂的用意。

抽象工厂模式结构

抽象工厂模式的简略类图如下:

image.png

类视图

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Java实现

  • PizzaStore是抽象的工厂,具体的实例化是交给NYPizzaStore这些工厂。
  • NYPizzaStore是具体的创建类,通过实现createPizza(type)方法来具体化产品。通过PizzaIngredientFactory这个产品整合工厂将不同产品做了整合。
  • PizzaIngredientFactory是抽象的产品整合工厂,具体的产品整合是交给具体的产品整合厂NYPizzaIngredientFactory这些的。
  • NYPizzaIngredientFactory是具体的的产品整合厂,它实现了PizzaIngredientFactory的各种创建实例的方法。

这里基本的思想都是延迟实例化,将具体实例化发在具体的子类中实现,对象统一的只提供工厂对象。

1.创建型抽象工厂

public abstract class PizzaStore {
 
    abstract Pizza createPizza(String item);
 
    public Pizza orderPizza(String type) {
        Pizza pizza = createPizza(type);
        System.out.println("--- Making a " + pizza.getName() + " ---");
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
        return pizza;
    }
}

2.创建型具体工厂

public class NYPizzaStore extends PizzaStore {
 
    protected Pizza createPizza(String item) {
        Pizza pizza = null;
        PizzaIngredientFactory ingredientFactory = 
            new NYPizzaIngredientFactory();
 
        if (item.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza(ingredientFactory);
            pizza.setName("New York Style Cheese Pizza");
        } else if (item.equals("veggie")) {
            pizza = new VeggiePizza(ingredientFactory);
            pizza.setName("New York Style Veggie Pizza");
        } else if (item.equals("clam")) {
            pizza = new ClamPizza(ingredientFactory);
            pizza.setName("New York Style Clam Pizza");
        } else if (item.equals("pepperoni")) {
            pizza = new PepperoniPizza(ingredientFactory);
            pizza.setName("New York Style Pepperoni Pizza");
        } 
        return pizza;
    }
}

3.创建型整合工厂-用于整合产品

public class NYPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory {
 
    public Dough createDough() {
        return new ThinCrustDough();
    }
 
    public Sauce createSauce() {
        return new MarinaraSauce();
    }
 
    public Cheese createCheese() {
        return new ReggianoCheese();
    }
 
    public Veggies[] createVeggies() {
        Veggies veggies[] = { new Garlic(), new Onion(), new Mushroom(), new RedPepper() };
        return veggies;
    }
 
    public Pepperoni createPepperoni() {
        return new SlicedPepperoni();
    }

    public Clams createClam() {
        return new FreshClams();
    }
}

4.抽象的产品类

public abstract class Pizza {
    String name;

    Dough dough;
    Sauce sauce;
    Veggies veggies[];
    Cheese cheese;
    Pepperoni pepperoni;
    Clams clam;

    abstract void prepare();

    void bake() {
        System.out.println("Bake for 25 minutes at 350");
    }

    void cut() {
        System.out.println("Cutting the pizza into diagonal slices");
    }

    void box() {
        System.out.println("Place pizza in official PizzaStore box");
    }

    void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    String getName() {
        return name;
    }
}

5.产品抽象工厂

public interface PizzaIngredientFactory {
 
    public Dough createDough();
    public Sauce createSauce();
    public Cheese createCheese();
    public Veggies[] createVeggies();
    public Pepperoni createPepperoni();
    public Clams createClam();
 
}

6.产品具体工厂

public class CheesePizza extends Pizza {
    PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
 
    public CheesePizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory) {
        this.ingredientFactory = ingredientFactory;
    }
 
    void prepare() {
        System.out.println("Preparing " + name);
        dough = ingredientFactory.createDough();
        sauce = ingredientFactory.createSauce();
        cheese = ingredientFactory.createCheese();
    }
}

7.测试代码

面向用户的一层是没有改变接口,还是使用抽象对象PizzaStorePizza

public class PizzaTestDrive {
 
    public static void main(String[] args) {
        PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore();
        PizzaStore chicagoStore = new ChicagoPizzaStore();
 
        Pizza pizza = nyStore.orderPizza("cheese");
        System.out.println("Ethan ordered a " + pizza + "\n");
 
        pizza = chicagoStore.orderPizza("cheese");
        System.out.println("Joel ordered a " + pizza + "\n");

        pizza = nyStore.orderPizza("clam");
        System.out.println("Ethan ordered a " + pizza + "\n");
 
        pizza = chicagoStore.orderPizza("clam");
        System.out.println("Joel ordered a " + pizza + "\n");
    }
}

三者的具体区别

工厂方法模式和简单工厂模式比较:

工厂方法模式跟简单工厂模式在结构上的不同是很明显的,工厂方法模式的核心是一个抽象工厂类,而简单工厂模式的核心在一个具体类。显而易见工厂方法模式这种结构更好扩展,权力下发,分布式比集中式更具优势。

如果系统需要加入一个新的产品,那么所需要的就是向系统中加入一个这个产品类以及它所对应的工厂类。没有必要修改客户端,也没有必要修改抽象工厂角色或者其他已有的具体工厂角色。对于增加新的产品类而言,这个系统完全支持开闭原则

工厂方法模式和下抽象工厂模式对比

  • 工厂方法模式是一种极端情况的抽象工厂模式,而抽象工厂模式可以看成是工厂方法模式的推广。
  • 工厂方法模式用来创建一个产品的等级结构,而抽象工厂模式是用来创建多个产品的等级结构。
  • 工厂方法模式只有一个抽象产品类,而抽象工厂模式有多个抽象产品类。
  • 工厂方法模式中具体工厂类只有一个创建方法,而抽象工厂模式中具体工厂类有多个创建方法。

应用场景

  • 1.静态工厂在Spring中得到了广泛应用

Github源码

nezha的GitHub地址: nezha/DesignPatterns

参考文献

设计模式干货系列:(一)简单工厂模式

设计模式干货系列:(二)工厂方法模式【学习难度:★★☆☆☆,使用频率:★★★★★】

设计模式干货系列:(三)抽象工厂模式【学习难度:★★★★☆,使用频率:★★★★★】

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