工厂方法模式——创建型模式02

1. 简单工厂模式

    在介绍工厂方法模式之前，先介绍一下简单工厂模式。虽然简单工厂模式不属于GoF 23种设计模式，但通常将它作为学习其他工厂模式的入门，并且在实际开发中使用的也较为频繁。

(1) 定义

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：定义一个工厂类，他可以根据参数的不同返回不同类的实例，被创建的实例一般具有共同的父类。因为在简单工厂模式中，用于创建实例的方法是静态（static）方法，因此简单工厂模式又被称为静态工厂方法（Static Factory Method），它属于类创建型模式。

(2) 问题

    在生活中，当我们需要某类产品时，我们的做法是去生产它的工厂（或销售它的商店）去购买它。比如我们需要一只笔来写字，我们需要到文具店去购买。在购买时，我们只需要告诉服务员我们需要一只钢笔或者毛笔，然后我们便可以付钱得到。至于笔是如何生产的，我们根本不关心（当然质量还是要考虑的）。同样在编程时，我们是否能事先设计出一些工厂类，当我们需求某个类时，我们找到相应的工厂类，调用它的生成产品方法，同时传进我们需要产品的名称，该方法就可以返回出我们需要的对象。

    例如，我们需要设计一套图表库供人调用。目前该图表库只包含折线图，饼状图，柱状图，以后再对其进行扩增。设计需要达到的效果是调用者只需要调用某个类的某一方法，并给出所需的图标的类型名称，该方法会自动创建该图表类，并返回给调用者。

(3) 解决方案

    我们首先对所有的图表类抽象出一个公共的接口或抽象类，然后所有的具体的图表类需要实现该接口，最终只需要面向这个接口编程即可。

① 抽象产品类

public abstract class Char {

    protected float[] data;
    
    public Char(float[] data) {
        this.data = data;
        System.out.println("初始化一些公共的操作...");
    }
    
    public void setData(float[] data) {
        this.data = data;
    }

    public abstract void display();
}

② 实现具体产品类

public class LineChar extends Char {

    public LineChar() {
        this(null);
    }

    public LineChar(float[] data) {
        super(data);
        System.out.println("初始化LineChar");
    }

    @Override
    public void display() {
        System.err.println("将Data以LineChar形式显示");
    }

}

其他的具体类也以同样的形式创建，这里省略。

③ 构建工厂类

public class CharFactory {

    public static final int LINE_CHAR = 0;
    public static final int HISTOGRAM_CHAR = 1;
    public static final int PIE_CHAR = 2;

    public static Char getChar(int type) {
        switch (type) {
        case HISTOGRAM_CHAR:
            return new HistogramChar();
        case PIE_CHAR:
            return new PieChar();
        case LINE_CHAR:
        default:
            return new LineChar();
        }
    }
}

④ 测试

public static void main(String[] args) {
    Char c = CharFactory.getChar(CharFactory.LINE_CHAR);
    c.setData(new float[] { 1, 2, 3, 4 });
    c.display();
}

打印结果：

初始化一些公共的操作...
初始化LineChar
将Data以LineChar形式显示

2. 工厂方法模式

(1) 定义

工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工厂方法模式又称为工厂模式（Factory Pattern）或虚拟构造器模式（Virtual Constructor Pattern）又或多态工厂模式（Polymorphic Factory Pattern）。工厂方法模式是一种类创建型模式。

(2) 问题

    简单工厂模式虽然简单，但是存在一个严重的问题：当我们引入新的产品时，需要对工厂类的源码进行修改。例如上例中，如果我们又实现了一些图表类，需要将他们纳入工厂的生产范围，我们需要再增加几个case代码块来进行判断。一来，随着产品类的增加，工厂类的代码也会等比例增加，显得十分累赘；二来这种需要修改原先设计的做法违背了开闭原则。

    有没有一种方案能够解决这个问题呢？

    以日志器为例子。我们在开发或生产环境下经常需要打印一些日志，因此需要一个日志器来打印日志。根据日志输出的位置的不同，日志器又有很多种。目前实现了输出日志到文件和输出日志到数据库这两种日志器，以后再做扩展，现同样需要设计一个工厂类，但要解决掉简单工厂模式的缺陷问题。

(3) 解决方案

    ①  抽象产品类和工厂类

public interface Logger {
    void log();
}

public interface LoggerFactory {
    Logger createLogger();
}

    ② 实现产品类和工厂类

public class DatabaseLogger implements Logger {

    @Override
    public void log() {
        System.out.println("正在打印数据库日志...");
    }

}

public class DatabaseLoggerFactory implements LoggerFactory {

    @Override
    public Logger createLogger() {
        return new DatabaseLogger();
    }
}

这里均只给出Database的实现。

    ③ 测试

@Test
public void test1() {
    LoggerFactory factory = new DatabaseLoggerFactory();
    Logger logger = factory.createLogger();
    logger.log();
}

输出结果：

正在打印数据库日志...

    ④ 改进

    我们可以引入配置文件来“动态”改变LoggerFactory的实例。

编写一个读取xml配置文件的工具类：

public class XMLUtil {

    public static Object getBeanFromXml(String beanName) {
        if (beanName == null || beanName.isEmpty()) {
            return null;
        }
        DocumentBuilderFactory factory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
        try {
            DocumentBuilder builder = factory.newDocumentBuilder();
            Document document = builder.parse(new File("config.xml"));
            NodeList beansList = document.getElementsByTagName("beans");
            if (beansList.getLength() == 0) {
                return null;
            }
            NodeList beanList = beansList.item(0).getChildNodes();
            for (int i = 0; i < beanList.getLength(); i++) {
                if (beanList.item(i).getNodeType() == Node.ELEMENT_NODE) {
                    if (beanName.equals(beanList.item(i).getNodeName())) {
                        return Class.forName(beanList.item(i).getTextContent()).newInstance();
                    }
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

配置文件config.xml这样写

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<beans>
    <loggerFactory>factory.factory.FileLoggerFactory</loggerFactory>
</beans>

这样调用：

@Test
public void test2() {
    LoggerFactory factory = (LoggerFactory) XMLUtil.getBeanFromXml("loggerFactory");
    if (factory != null) {
        factory.createLogger().log();
    }
}

输出结果同上。如果我们需要切换日志工厂，只需修改配置文件中loggerFactory结点的值即可。