Java设计模式百例 - 简单工厂模式

本文源码见:https://github.com/get-set/get-designpatterns/tree/master/simple-factory

工厂模式(Factory Pattern)是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象很好的方式。具体来说,有简单工厂模式(simple factory)、工厂方法模式(factory method)和抽象工厂模式(abstract factory)等模式。
本篇先从简单工厂模式谈起。

例子

请设想一个简单的需求,你在做一个画图软件,可以画矩形、三角形和圆形等,每一种图形都用一个类来管理:

  • Rectangle
  • Circle
  • Triangle
    每个类都有各自的draw()方法,当需要画某种图形的时候就可以:

Client.java

// 画矩形时:
Rectangle r = new Rectangle();
r.draw();
// 画圆形时:
Circle c = new Circle();
c.draw();
// 画三角形时:
Triangle t = new Triangle();
t.draw();

如果这时增加一个Star类型的图形,就得需要增加一个new Star()来获取对象,这显然是不符合开闭原则。所谓开闭原则,即对扩展开放,对修改关闭。

要想实现开闭原则,就需要考虑把创建对象的过程统一起来,并且能够满足扩展图形类型的需要。我们自然而然地就能想到这些图形都是有共同点可以抽象的,它们都实现了draw()方法,因此可以增加一个共同的接口,即“针对接口编程,依赖于抽象而不依赖于具体”,这就是“依赖倒转”的原则。

Shape.java

public interface Shape {
   void draw();
}

Rectangle.java

public class Rectangle implements Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Draw a rectangle.");
   }
}

Triangle.java

public class Triangle implements Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Draw a triangle.");
   }
}

Circle.java

public class Circle implements Shape {
   @Override
   public void draw() {
      System.out.println("Draw a circle.");
   }
}

然后屏蔽掉具体类型的创建语句,那么就可以一定程度上做到“开闭原则”了。这时就需要工厂类登场了,它有一个用来返回具体产品对象的方法,注意这个方法是静态(static)的,也因此简单工厂模式有时候也被叫做“静态工厂模式”。

ShapeFactory.java

public class ShapeFactory {
   //使用 getShape 方法获取形状类型的对象
   public static Shape getShape(String shapeType){
      if(shapeType == null){
         return null;
      }        
      if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
         return new Circle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
         return new Rectangle();
      } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("TRIANGLE")){
         return new Triangle();
      }
      return null;
   }
}

有了工厂类,再画图的时候刚才的Client.java就可以改一改了:

Client.java

//画矩形时:
Shape r = ShapeFactory.getShape("RECTANGLE");
r.draw();
//画圆形时:
Shape c = ShapeFactory.getShape("CIRCLE");
c.draw();
//画三角形时:
Shape t = ShapeFactory.getShape("TRIANGLE");
t.draw();

此时如果增加一个Star的图形类型,也可以从容应对了,从使用者Client的角度,无需关心对象是如何创建的。
各个类之间的关系如下:

simplefactory1.png

此外还有一个类似的例子,可自行查看源码:

simplefactory2.png

看到这里可能你会觉得,前后两个版本的Client并没有太大的不同,反而采用了工厂模式后更加复杂了。其实作为一种创建类模式,在任何需要生成复杂对象的地方,都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式,而简单对象,特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象,无需使用工厂模式。如果使用工厂模式,就需要引入一个工厂类,会增加系统的复杂度。

此外,在具体使用时,也会有不同的调整,比如:

  1. ShapeFactorygetShape(String)方法也可以改为非static的,这样就需要首先构造一个实际的工厂对象来创建产品了;

  2. 工厂类、抽象产品和具体产品这三个角色有可能部分或全部合并,我们来看一个Java中经常用到的关于日期类型格式化的例子:

    import java.util.;
    import java.text.
    ;
    class DateTest
    {
    public static void main(String[] args)
    {
    Locale local = Locale.FRENCH;
    Date date = new Date();
    String now = DateFormat.getTimeInstance(DateFormat.DEFAULT,local).format(date);
    System.out.println(now);
    try
    {
    date = DateFormat.getDateInstance(DateFormat.DEFAULT,local).parse("16 nov. 01");
    System.out.println(date);
    }
    catch (ParseException e)
    {
    System.out.println("Parsing exception:" + e);
    }
    }
    }

而我们知道DateFormat是个抽象类,public final static DateFormat getDateInstance(...)的静态方法,也使得它自身既是一个抽象产品角色,又是一个工厂类角色,完成具体产品角色的创建(比如SimpleDateFormat)。

如果三个角色全部合并,其实就是一个类,增加了一个创建自身对象的方法。

总结

在工厂模式中,我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑,并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

使用场景: 1、日志记录器:记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等,用户可以选择记录日志到什么地方。 2、数据库访问,当用户不知道最后系统采用哪一类数据库,以及数据库可能有变化时。 3、设计一个连接服务器的框架,需要三个协议,"POP3"、"IMAP"、"HTTP",可以把这三个作为产品类,共同实现一个接口。

优点: 一个调用者想创建一个对象,只要提出要求就可以了;屏蔽产品的具体实现,调用者只关心产品的接口;一定程度上提高了扩展性。

缺点:每次增加一个产品时,都需要增加一个具体类和对象实现工厂,使得系统中类的个数成倍增加,在一定程度上增加了系统的复杂度,同时也增加了系统具体类的依赖。可见,简单工厂模式对"开-闭"原则的支持还不够,因为如果有新的产品加入到系统中去,就需要修改工厂类,将必要的逻辑加入到工厂类中。

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