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  • 六.工厂方法模式

    在现实生活中社会分工越来越细，越来越专业化。各种产品有专门的工厂生产，彻底告别了自给自足的小农经济时代，这大大缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。同样，在软件开发中能否做到软件对象的生产和使用相分离呢？能否在满足“开闭原则”的前提下，客户随意增删或改变对软件相关对象的使用呢？这就是本节要讨论的问题。

    模式的定义与特点

    工厂方法（FactoryMethod）模式的定义：定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。

    我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于 GoF 的 23 种经典设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”。

    本节介绍的“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。

    工厂方法模式的主要优点有：

    • 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
    • 在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；


    其缺点是：每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

    模式的结构与实现

    工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

    1. 模式的结构

    工厂方法模式的主要角色如下。

    1. 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
    2. 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
    3. 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
    4. 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。


    其结构图如图 1 所示。

    工厂方法模式的结构图
    图1 工厂方法模式的结构图

    2. 模式的实现

    根据图 1 写出该模式的代码如下

    　　

    package FactoryMethod;

    public class AbstractFactoryTest

    {
    public static void main(String[] args)
    {
    try
    {
    Product a;
    AbstractFactory af;
    af=(AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
    a=af.newProduct();
    a.show();
    }
    catch(Exception e)
    {
    System.out.println(e.getMessage());
    }
    }
    }

    //抽象产品：提供了产品的接口
    interface Product
    {
    public void show();
    }

    //具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
    class ConcreteProduct1 implements Product
    {
    public void show()
    {
    System.out.println("具体产品1显示...");
    }
    }

    //具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
    class ConcreteProduct2 implements Product
    {
    public void show()
    {
    System.out.println("具体产品2显示...");
    }
    }

    //抽象工厂：提供了厂品的生成方法
    interface AbstractFactory
    {
    public Product newProduct();
    }

    //具体工厂1：实现了厂品的生成方法
    class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory
    {
    public Product newProduct()
    {
    System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
    return new ConcreteProduct1();
    }
    }

    //具体工厂2：实现了厂品的生成方法
    class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory
    {
    public Product newProduct()
    {
    System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
    return new ConcreteProduct2();
    }
    }


    package FactoryMethod;
    import javax.xml.parsers.*;
    import org.w3c.dom.*;
    import java.io.*;
    class ReadXML1
    {
    //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
    public static Object getObject()
    {
    try
    {
    //创建文档对象
    DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
    DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();
    Document doc;
    doc=builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));
    //获取包含类名的文本节点
    NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");
    Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
    String cName="FactoryMethod."+classNode.getNodeValue();
    //System.out.println("新类名："+cName);
    //通过类名生成实例对象并将其返回
    Class<?> c=Class.forName(cName);
    Object obj=c.newInstance();
    return obj;
    }
    catch(Exception e)
    {
    e.printStackTrace();
    return null;
    }
    }
    }

     


    注意：该程序中用到了 XML 文件，如果想要获取该文件，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

    程序运行结果如下：

    具体工厂1生成-->具体产品1...
具体产品1显示...


    如果将 XML 配置文件中的 ConcreteFactory1 改为 ConcreteFactory2，则程序运行结果如下：

    具体工厂2生成-->具体产品2...
具体产品2显示...

    模式的应用实例

    【例1】用工厂方法模式设计畜牧场。

    分析：有很多种类的畜牧场，如养马场用于养马，养牛场用于养牛，所以该实例用工厂方法模式比较适合。

    对养马场和养牛场等具体工厂类，只要定义一个生成动物的方法 newAnimal() 即可。由于要显示马类和牛类等具体产品类的图像，所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabd 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。

    客户端程序通过对象生成器类 ReadXML2 读取 XML 配置文件中的数据来决定养马还是养牛。其结构图如图 2 所示。

    畜牧场结构图
    图2 畜牧场结构图


    注意：该程序中用到了 XML 文件，并且要显示马类和牛类等具体产品类的图像，如果想要获取 HTML 文件和图片，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

    程序代码如下：

    1. package FactoryMethod;
    2. import java.awt.*;
    3. import javax.swing.*;
    4. public class AnimalFarmTest
    5. {
    6. public static void main(String[] args)
    7. {
    8. try
    9. {
    10. Animal a;
    11. AnimalFarm af;
    12. af=(AnimalFarm) ReadXML2.getObject();
    13. a=af.newAnimal();
    14. a.show();
    15. }
    16. catch(Exception e)
    17. {
    18. System.out.println(e.getMessage());
    19. }
    20. }
    21. }
    22. //抽象产品：动物类
    23. interface Animal
    24. {
    25. public void show();
    26. }
    27. //具体产品：马类
    28. class Horse implements Animal
    29. {
    30. JScrollPane sp;
    31. JFrame jf=new JFrame("工厂方法模式测试");
    32. public Horse()
    33. {
    34. Container contentPane=jf.getContentPane();
    35. JPanel p1=new JPanel();
    36. p1.setLayout(new GridLayout(1,1));
    37. p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));
    38. sp=new JScrollPane(p1);
    39. contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
    40. JLabel l1=new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));
    41. p1.add(l1);
    42. jf.pack();
    43. jf.setVisible(false);
    44. jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //用户点击窗口关闭
    45. }
    46. public void show()
    47. {
    48. jf.setVisible(true);
    49. }
    50. }
    51. //具体产品：牛类
    52. class Cattle implements Animal
    53. {
    54. JScrollPane sp;
    55. JFrame jf=new JFrame("工厂方法模式测试");
    56. public Cattle()
    57. {
    58. Container contentPane=jf.getContentPane();
    59. JPanel p1=new JPanel();
    60. p1.setLayout(new GridLayout(1,1));
    61. p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));
    62. sp=new JScrollPane(p1);
    63. contentPane.add(sp,BorderLayout.CENTER);
    64. JLabel l1=new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));
    65. p1.add(l1);
    66. jf.pack();
    67. jf.setVisible(false);
    68. jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //用户点击窗口关闭
    69. }
    70. public void show()
    71. {
    72. jf.setVisible(true);
    73. }
    74. }
    75. //抽象工厂：畜牧场
    76. interface AnimalFarm
    77. {
    78. public Animal newAnimal();
    79. }
    80. //具体工厂：养马场
    81. class HorseFarm implements AnimalFarm
    82. {
    83. public Animal newAnimal()
    84. {
    85. System.out.println("新马出生！");
    86. return new Horse();
    87. }
    88. }
    89. //具体工厂：养牛场
    90. class CattleFarm implements AnimalFarm
    91. {
    92. public Animal newAnimal()
    93. {
    94. System.out.println("新牛出生！");
    95. return new Cattle();
    96. }
    97. }
    1. package FactoryMethod;
    2. import javax.xml.parsers.*;
    3. import org.w3c.dom.*;
    4. import java.io.*;
    5. class ReadXML2
    6. {
    7. public static Object getObject()
    8. {
    9. try
    10. {
    11. DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();
    12. DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();
    13. Document doc;
    14. doc=builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config2.xml"));
    15. NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");
    16. Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();
    17. String cName="FactoryMethod."+classNode.getNodeValue();
    18. System.out.println("新类名："+cName);
    19. Class<?> c=Class.forName(cName);
    20. Object obj=c.newInstance();
    21. return obj;
    22. }
    23. catch(Exception e)
    24. {
    25. e.printStackTrace();
    26. return null;
    27. }
    28. }
    29. }


    程序的运行结果如图 3 所示。

    畜牧场养殖的运行结果
    图3 畜牧场养殖的运行结果

    模式的应用场景

    工厂方法模式通常适用于以下场景。

    • 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
    • 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
    • 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。

    模式的扩展

    当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式，其结构图如图 4 所示。

    简单工厂模式的结构图
    图4 简单工厂模式的结构图
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