工厂模式（Factory Pattern）

2018年01月15日 | 学习笔记 设计模式

概述

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的最佳方式。

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。建立一个工厂来创建对象,你可以轻松方便地构造对象实例，而不必关心构造对象实例的细节和复杂过程

1. 还没有工厂时代：假如还没有工厂，如果一个客户要一辆车,做法是客户去创建一辆车，然后拿来用。当然通过接口客户可以创建不同的车，比如奥迪，比亚迪，奔驰。
2. 简单工厂模式时代：有了工厂之后，用户不用去自己创建汽车，由一个工厂来帮他创建汽车。想要什么车，这个工厂就可以建什么车。比如：想要奥迪，工厂就创建奥迪；想要比亚迪，工厂就创建比亚迪；想要奔驰，工厂就创建奔驰。即所有品牌的车都由一个工厂创建。
3. 工厂方法模式时代：随着工厂及客户需求的壮大，生产的车的品牌越来越多，比如，又加了保时捷，法拉利等品牌。这时在同一个工厂生产这些车十分的麻烦，于是由单独分出来多个具体的工厂，只生产一种品牌的车。每个具体工厂创建一种品牌的车，即具体工厂类只能创建一个具体产品。但是原先生产车的那个工厂是个抽象，需要指定某个具体的工厂才能生产出相应品牌的车。
4. 抽象工厂模式时代：还是来谈谈车，在每个品牌的车中都分高配和低配，高配的车引擎，座椅，轮胎方面都有别于低配。这时工厂要生产这两种类型的车，每种类型的车必须使用对应的引擎，座椅，轮胎，如：高配的车必须使用高级的引擎，高级的座椅，高级的轮胎；低配的车使用低级的引擎，低级的座椅，低级的轮胎。这时候生产某个品牌的车的工厂又分出了两个工厂，分别用于生产高配的车，和低配的车。

分类

工厂模式可以分为三类：

1. 简单工厂模式（Simple Factory）
2. 工厂方法模式（Factory Method）
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

三种模式从上到下逐步抽象，并且更具一般性。

GOF在《设计模式》一书中将工厂模式分为两类：工厂方法模式（Factory Method）与抽象工厂模式（Abstract Factory）。将简单工厂模式（Simple Factory）看为工厂方法模式的一种特例，两者归为一类。

三种模式的具体实现

简单工厂模式（Simple Factory）

• 简单工厂模式又称静态工厂方法模式，因为工厂类中的方法是静态方法，前面加有static。
• 简单工厂模式提供了三种实现方式，其中第三种方式采用反射实现解决了前两种方式——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（在工厂中需追加代码来实例化追加类所对应的对象），这一缺点。

备注：

静态方法与普通方法的区别：

static方法可以通过类名访问，也可以通过类的实例访问。

static方法不能访问类中非static的数据。

比如:

class A
{
    static void F(){};
}

在main函数中可以

A a;

a.F();

也可以

A.F()

普通方法又叫实例方法，只能通过类的实例访问。

他只能a.F();

类图

代码

产品接口：

• 抽象产品角色：它一般是具体产品继承的父类或者实现的接口。

package com.match.factory.simplefactory;

public interface Car
{
    void run();
}

具体产品类：

• 具体产品角色：工厂类所创建的对象就是此角色的实例。在java中由一个具体类实现。

//奥迪
package com.match.factory.simplefactory;

public class Audi implements Car
{
	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("奥迪出发");
	}
}

//奔驰
package com.match.factory.simplefactory;

public class Benz implements Car
{

	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("奔驰出发");
	}

}

//比亚迪
package com.match.factory.simplefactory;

public class Byd implements Car
{
	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("比亚迪出发");
	}	
}

三种工厂类：

• 工厂类角色：这是本模式的核心，含有一定的商业逻辑和判断逻辑。

//工厂1
package com.match.factory.simplefactory;

public class CarFactory1
{
	public static Car createCar(String Type)
	{
		if("Audi".equals(Type))
		{
			return new Audi();
		}
		else if("Byd".equals(Type))
		{
			return new Byd();
		}
		else if("Benz".equals(Type))
		{
			return new Benz();
		}
		else
		{
			return null;
		}
	}
}

//工厂2
package com.match.factory.simplefactory;

public class CarFactory2
{
	public static Car createAudi()
	{
		return new Audi();
	}
	public static Car createByd()
	{
		return new Byd();
	}
	public static Car createBenz()
	{
		return new Benz();
	}
}

//工厂3
package com.match.factory.simplefactory;

public class CarFactory3
{
	public static Car createCar(Class<? extends Car> cls)
	{
		Car car = null;
		try
		{
			car = (Car) Class.forName(cls.getName()).newInstance();
		} catch (InstantiationException e)
		{
			e.printStackTrace();
		} catch (IllegalAccessException e)
		{
			e.printStackTrace();
		} catch (ClassNotFoundException e)
		{
			e.printStackTrace();
		}
		return car;
	}
}

测试代码：

package com.match.factory.simplefactory;

public class Client
{
	public static void main(String[] args)
	{
		test1();
	}
	/**
	 * 测试CarFactory1
	 */
	public static void test1()
	{
		Car c1 = CarFactory1.createCar("Audi");
		Car c2 = CarFactory1.createCar("Byd");
		Car c3 = CarFactory1.createCar("Benz");
		c1.run();
		c2.run();
		c3.run();
	}
	/**
	 * 测试CarFactory2
	 */
	public static void test2()
	{
		Car c1 = CarFactory2.createAudi();
		Car c2 = CarFactory2.createByd();
		Car c3 = CarFactory2.createBenz();
		c1.run();
		c2.run();
		c3.run();
	}
	/**
	 * 测试CarFactory3
	 */
	public static void test3()
	{
		Car c1 = CarFactory3.createCar(Audi.class);
		Car c2 = CarFactory3.createCar(Byd.class);
		Car c3 = CarFactory3.createCar(Benz.class);
		c1.run();
		c2.run();
		c3.run();
	}	
}

总结

总结之前先了解下面向对象设计的基本原则：

• OCP（开闭原则，Open-Closed Principle）:一个软件的实体应当对扩展开放，对修改关闭。也就是说，对于一个已有软件，如果需要扩展，应当在不需修改已有代码的基础上进行。
• DIP（依赖反转原则，Dependence Inversion Principle）要针对接口编程，不要针对实现编程。也就是说，对于不同层次的编程，高层次暴露给低层次。
• LOD（迪米特法则，Law of Demeter）:只与你直接的朋友通信，而避免与陌生人通信。也就是说，一个软件实体应当尽可能少的与其他实体发生相互作用。

现在我们来谈谈简单工厂模式的优缺点：

优点：

• 客户端与产品没有直接建立联系，即调用者没有直接依赖于被调用者，当Audi类，Byd类修改后，不需要对其进行修改。

缺点：

• 每增加一种新型车，都要在工厂类中增加相应的创建业务逻辑，这显然是违背了开闭原则。

虽然，我们在第三种方式中解决了简单工厂模式的缺点，不过还有一种方式来解决，那就是工厂方法了，注意工厂方法中没有静态方法。

工厂方法模式（Factory Method）

类图

代码

产品接口：

• 抽象产品角色：它是具体产品继承的父类或者是实现的接口。在java中一般有抽象类或者接口来实现。

package com.match.factory.factorymethod;

public interface Car
{
	void run();
}

具体产品类：

• 具体产品角色：具体工厂角色所创建的对象就是此角色的实例。在java中由具体的类来实现。

package com.match.factory.factorymethod;

public class Audi implements Car
{
	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("奥迪出发");
	}
}

package com.match.factory.factorymethod;

public class Benz implements Car
{
	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("奔驰出发");
	}
}

package com.match.factory.factorymethod;

public class Byd implements Car
{
	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("比亚迪出发");
	}
}

工厂接口：

• 抽象工厂角色： 这是工厂方法模式的核心，它与应用程序无关。是具体工厂角色必须实现的接口或者必须继承的父类。在java中它由抽象类或者接口来实现。

package com.match.factory.factorymethod;
/**
 * 工厂方法接口
 * @author Match
 *
 */
public interface CarFactory
{
	Car createCar();
}

具体工厂类：

• 具体工厂角色：它含有和具体业务逻辑有关的代码。由应用程序调用以创建对应的具体产品的对象。

package com.match.factory.factorymethod;

public class AudiFactory implements CarFactory
{
	@Override
	public Car createCar()
	{
		return new Audi();
	}
}

package com.match.factory.factorymethod;

public class BenzFactory implements CarFactory
{
	@Override
	public Car createCar()
	{
		return new Benz();
	}
}

package com.match.factory.factorymethod;

public class BydFactory implements CarFactory
{
	@Override
	public Car createCar()
	{
		return new Byd();
	}
}

测试代码：

package com.match.factory.factorymethod;

public class Client
{
	public static void main(String[] args)
	{
		Car c1 = new AudiFactory().createCar();
		Car c2 = new BydFactory().createCar();
		Car c3 = new BenzFactory().createCar();
		c1.run();
		c2.run();
		c3.run();
	}
}

抽象工厂模式

类图

代码

产品接口及具体产品类：

• 抽象产品角色：它是具体产品继承的父类或者是实现的接口。
• 具体产品角色：具体工厂角色所创建的对象就是此角色的实例。

//引擎
package com.match.factory.abstractfactory;

public interface Engine
{
	void run();
	void start();
}
class LuxuryEngine implements Engine
{

	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("转的快！");
	}

	@Override
	public void start()
	{
		System.out.println("启动快！可以自动启停！");
	}
	
}
class LowEngine implements Engine
{

	@Override
	public void run()
	{
		System.out.println("转的慢！");
	}

	@Override
	public void start()
	{
		System.out.println("启动慢！");
	}
	
}

//座椅
package com.match.factory.abstractfactory;

public interface Seat
{
	void message();
}
class LuxurySeat implements Seat
{
	@Override
	public void message()
	{
		System.out.println("可以自动按摩！");
	}	
}
class LowSeat implements Seat
{
	@Override
	public void message()
	{
		System.out.println("不能按摩！");
	}	
}

//轮胎
package com.match.factory.abstractfactory;

public interface Tyre
{
	void revolve();
}
class LuxuryTyre implements Tyre
{

	@Override
	public void revolve()
	{
		System.out.println("旋转不磨损！");
	}
	
}
class LowTyre implements Tyre
{

	@Override
	public void revolve()
	{
		System.out.println("旋转磨损快！");
	}
	
}

工厂接口：

• 抽象工厂角色： 这是工厂方法模式的核心，它与应用程序无关。是具体工厂角色必须实现的接口或者必须继承的父类。在java中它由抽象类或者接口来实现。

package com.match.factory.abstractfactory;

public interface CarFactory
{
	Engine createEngine();
	Seat createSeat();
	Tyre createTyre();
}

具体工厂类：

• 具体工厂角色：它含有和具体业务逻辑有关的代码。由应用程序调用以创建对应的具体产品的对象。

//高级工厂
package com.match.factory.abstractfactory;

public class LuxuryCarFactory implements CarFactory 
{
	@Override
	public Engine createEngine()
	{
		return new LuxuryEngine();
	}
	@Override
	public Seat createSeat()
	{
		return new LuxurySeat();
	}
	@Override
	public Tyre createTyre()
	{
		return new LuxuryTyre();
	}
}

//低级工厂
package com.match.factory.abstractfactory;

public class LowCarFactory implements CarFactory 
{
	@Override
	public Engine createEngine()
	{
		return new LowEngine();
	}
	@Override
	public Seat createSeat()
	{
		return new LowSeat();
	}
	@Override
	public Tyre createTyre()
	{
		return new LowTyre();
	}
}

抽象工厂与工厂方法的区别

两个慨念：

• 产品等级结构：产品等级结构即产品的继承结构。
  如一个抽象类是汽车，其子类有奥迪汽车、比亚迪汽车、奔驰汽车，则抽象汽车与具体品牌的汽车之间构成了一个产品等级结构，抽象汽车是父类，而具体品牌的汽车其子类。
• 产品族：在抽象工厂模式中，产品族是指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。
  如高配车工厂生产的高级引擎、高级座椅、高级轮胎，高级引擎位于引擎产品等级结构中，高级座椅位于座椅产品等级结构中，高级轮胎位于轮胎产品等级结构中。高级引擎、高级座椅、高级轮胎构成了一个产品族。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，他用来创建一组相关或者相互依赖的对象。他与工厂方法模式的区别就在于，工厂方法模式针对的是一个产品等级结构；而抽象工厂模式则是针对的多个产品等级结构。在编程中，通常一个产品结构，表现为一个接口或者抽象类，也就是说，工厂方法模式提供的所有产品都是衍生自同一个接口或抽象类，而抽象工厂模式所提供的产品则是衍生自不同的接口或抽象类。

总结

无论是简单工厂模式，工厂方法模式，还是抽象工厂模式，他们都属于工厂模式，在形式和特点上也是极为相似的，他们的最终目的都是为了解耦。所以，在使用工厂模式时，最应该关心降低耦合度的目的是否达到了。

简而言之，没有工厂的时候什么都要亲力亲为很麻烦，耦合度十分高，于是有了简单工厂。可简单工厂耦合度还是高所以有了工厂方法。耦合度问题是解决，突然又发现，工厂方法只能生产一种东西，也可以称之为一类东西，比如我这工厂只能造引擎，轮胎我造不了。于是就有了抽象工厂，抽象工厂就牛叉了，引擎我能造，轮胎我也能造，最后把车都给你造出来了，所有抽象工厂又叫工厂的工厂。