java中的工厂模式

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 Product {
}

接着我们让这个工厂的所有产品都必须实现此接口

public class Tv implements Product {
    public Tv(){
        System.out.println("电视被制造了");
    }
}

public class Car implements Product {
    public Car(){
        System.out.println("汽车被制造了");
    }
}

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 class ProductFactory {
    public static Product produce(String productName) throws Exception {
        switch (productName) {
            case "tv":
                return new Tv();
            case "car":
                return new Car();
            default:
                throw new Exception("没有该产品");
        }
    }
}

测试方法:

try {
    ProductFactory.produce("car");
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

返回结果:

汽车被制造了

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 class ProductFactory2 {
    public static Product produce(String className) throws Exception {
        try {
            Product product = (Product) Class.forName(className).newInstance();
            return product;
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        throw new Exception("没有该产品");
    }
}

测试方法:

try {
    ProductFactory2.produce("com.zhaofeng.factory.simple.Tv");
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

返回结果:

电视被制造了

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

tv=com.zhaofeng.factory.simple.Tv
car=com.zhaofeng.factory.simple.Car

新增配置文件读取类,将读出来的内容存储到一个map中

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

    public Map<String, String> readPropertyFile(String fileName) {
        Properties pro = new Properties();
        InputStream in = getClass().getResourceAsStream(fileName);
        try {
            pro.load(in);
            Iterator<String> iterator = pro.stringPropertyNames().iterator();
            while (iterator.hasNext()) {
                String key = iterator.next();
                String value = pro.getProperty(key);
                map.put(key, value);
            }
            in.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return map;
    }
}

全新的工厂类如下:

public class ProductFactory3 {
    public static Product produce(String key) throws Exception {
        PropertyReader reader = new PropertyReader();
        Map<String, String> map = reader.readPropertyFile("product.properties");
        try {
            Product product = (Product) Class.forName(map.get(key)).newInstance();
            return product;
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        throw new Exception("没有该产品");
    }
}

测试类:

try {
    ProductFactory3.produce("tv");
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

返回结果:

电视被制造了

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

(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应的工厂,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,以下是工厂接口的定义:

public interface Factory {
    public Product produce();
}

我们再来定义一个产品接口

public interface Product{} 

以下是实现了产品接口的产品类:

public class Tv implements Product {
    public Tv() {
        System.out.println("电视被制造了");
    }
}

public class Car implements Product {
    public Car(){
        System.out.println("汽车被制造了");
    }
}

接下来,就是工厂方法的核心部分,也就是具体创建产品对象的具体工厂类,

public class TvFactory implements Factory {
    @Override
    public Product produce() {
        return new Tv();
    }
}

public class CarFactory implements Factory {
    @Override
    public Product produce() {
        return new Car();
    }
}

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

将汽车和电视定义两个接口,对他们进行分类

public interface Car {
}

public interface Tv {
}

创建汽车和电视的具体产品

public class Audi implements Car {
    public Audi(){
        System.out.println("奥迪车生产出来了");
    }
}

public class BMW implements Car {
    public BMW(){
        System.out.println("一辆宝马生产出来了");
    }
}

public class LeTv implements Tv {
    public LeTv() {
        System.out.println("乐视电视被生产出来了");
    }
}

public class Sony implements Tv {
    public Sony(){
        System.out.println("索尼电视机被生产出来了");
    }
}

接下来定义工厂行为接口

public interface Factory {
    public Tv produceTv();

    public Car produceCar();
}

具体工厂类:

public class FactoryA implements Factory {
    @Override
    public Tv produceTv() {
        return new LeTv();
    }

    @Override
    public Car produceCar() {
        return new BMW();
    }
}

public class FactoryB implements Factory {

    @Override
    public Tv produceTv() {
        return new Sony();
    }

    @Override
    public Car produceCar() {
        return new Audi();
    }
}

测试类:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        FactoryA factoryA = new FactoryA();
        factoryA.produceCar();

        FactoryB factoryB = new FactoryB();
        factoryB.produceTv();
    }
}

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