【GOF23设计模式】--工厂模式

工厂模式:

• 实现了创建者调用者的分离
• 详细分类:
• 简单工厂模式
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

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
• DIP（依赖倒转原则，Dependence Inversion Principle）：要针对接口编程，不要针对实现编程
• LoD(迪米特法则，Law of Demeter):只与你直接的朋友通信，而避免和陌生人通信

核心本质：

• 实例化对象，用工厂方法代理new操作
• 将选择实现类、创建对象统一管理和控制。从而将调用者跟我们的实现类解耦

1、简单工厂模式

用来生产同一等级结构中的任意产品。（对于增加新的产品，需要修改已有代码）

例1：没有使用工厂模式

public interface Car {
    void run();
}

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

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

/**
 * 测试在没有工厂模式的情况下
 * @author qjc
 */
public class Client01 {  //调用者
    public static void main(String[] args) {
        Car c1 = new Audi();
        Car c2 = new Benz();
        
        c1.run();
        c2.run();
    }
}

类图结构关系：

 

 可以看出客户端即要依赖Car类，也要依赖Audi类和Benz类

使用工厂模式：

增加简单工厂类

public class CarFactory {
    
    public static Car createCar(String type){
        Car car = null;
        if("奥迪".equals(type)){
            car = new Audi();
        }else if("奔驰".equals(type)){
            car = new Benz();
        }
        return car;
    }
}

/**
 * 简单工厂情况下
 * @author qjc
 */
public class Client02 {  //调用者
    public static void main(String[] args) {
        Car c1 = CarFactory.createCar("奥迪");
        Car c2 = CarFactory.createCar("奔驰");

        c1.run();
        c2.run();
    }
}

类图结构关系：

 

 CarFactory专门用于专业创建对象，对于外部类来讲，只需要知道CarFactory类和Car类，虽然整体关系复杂了，但是对于调用者简单了。

通常简单工厂还有另一种实现方式

/**
 * 简单工厂的第二中实现方式
 * @author qjc
 */
public class CarFactory2 {
    
    public static Car createAudi(){
        return new Audi();
    }
    public static Car createBenz(){
        return new Benz();
    }
}

要点：

• 简单工厂模式也叫静态工厂模式，就是工厂类一般是使用静态方法，通过接受参数的不同来返回不同的对象实例。
• 对于增加新产品需要修改原有代码，否则无法扩展，这与OCP开闭原则冲突。

2、工厂方法模式

用来生产同一等级结构中的固定产品。（支持增加任意产品）

例2：

使用例1的类：Car、Audi、Benz

public interface CarFactory {
    Car createCar();
}

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

public class BenzFactory implements CarFactory{

    public Car createCar() {
        return new Benz();
    }
}

/**
 * 测试工厂方法模式
 * @author qjc
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Car c1 = new AudiFactory().createCar();
        Car c2 = new BenzFactory().createCar();
        
        c1.run();
        c2.run();
    }
}

类图结构关系：

 

要点：

• 为了避免简单工厂模式的缺点，不完全满足OCP
• 工厂方法模式和简单工厂模式最大的不同在于，简单工厂模式只有一个（对于一个项目或者一个独立模块而言）工厂类，而工厂方法模式有一组实现了相同接口的工厂类。

简单工厂模式和工厂方法模式PK：

• 结构复杂度
• 从这个角度比较，显然简单工厂模式要占优势。简单工厂模式只需要一个工厂类，而工厂方法模式的工厂类随着产品类个数增加而增加，这无疑会使类的个数越来越多，从而增加了结构的复杂程度。
• 代码复杂度
• 代码复杂度和结构复杂度是一个矛盾，既然简单工厂模式在结构方面相对简洁，那么它在代码方面肯定是比工厂方法模式复杂了，简单工厂模式的工厂类随着产品类的增加需要增加很多方法（或者代码），而工厂方法模式每个具体工厂类只完成简单一任务，代码简洁。
• 客户端编程难度
• 工厂方法模式虽然在工厂类结构中引入了接口从而满足了OCP，但是在客户端编码中需要对工厂类实例化，而简单工厂模式的工厂类是个静态类，在客户端无需实例化，这无疑是个吸引人的优点。
• 管理上的难度
• 这是个关键的问题

我们先谈扩展，众所周知，工厂方法模式完全满足OCP，即它有非常良好的扩展性，那是否说明了简单工厂模式就没有扩展性呢？答案是否定的，简单工厂模式同样具备良好的扩展性----扩展的时候仅需要修改少量的代码（修改工厂类的代码）就可以满足扩展性的要求了。尽管这没有满足OCP，但我们不需要太拘泥于设计理论，要知道，sun提供的java官方工具包中也有想到没有满足OCP的例子啊。

然后我们从维护性的角度分析下，假如某个具体产品类需要进行一定的修改，很可能需要修改对应的工厂类。当同时需要修改多个产品类的时候，对工厂类的修改会变得相当麻烦（对号入座已经是个问题了）。反而简单工厂没有这些麻烦，当多个产品类需要修改时，简单工厂模式仍然仅仅需要修改唯一的工厂类（无论怎样都能改到满足要求，大不了这个类重写）

根据设计理论建议：工厂方法模式。但实际上，我们一般都用简单工厂模式。

3、抽象工厂模式

• 用来生产不同产品族的全部产品。（对于增加新的产品，无能为力，支持增加产品族）
• 抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，在有很多业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象时一种非常好的解决方式。

 

例3：

发动机类及对应实现高端发动机和低端发动机

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!");
    }
}

座椅类及对应实现高端座椅和低端座椅

public interface Seat {
    void massage();
}

class LuxurySeat implements Seat {

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

    @Override
    public void massage() {
        System.out.println("不能按摩！");
    }
}

轮胎类及对应实现高端轮胎和低端轮胎

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！");
    }
}

工厂类及对应实现类高端工厂和低端工厂

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

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();
    }
}

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();
    }
}

/**
 * 测试抽象工厂方法
 * @author qjc
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        CarFactory  factory = new LuxuryCarFactory();
        Engine e = factory.createEngine();
        e.run();
        e.start();
    }
}

类图结构关系：

 

工厂模式总结：

• 工厂模式要点：
• 简单工厂模式（静态工厂模式）
• 虽然某种程度不符合设计原则，但实际使用最多
• 工厂方法模式
• 不修改已有类的前提下，通过新的工厂类实现扩展
• 抽象工厂模式
• 不可以增加产品，可以增加产品族

• 应用场景
• JDK中Calendar的getInstance方法
• JDBC中Connection对象的获取
• Hibernate中SessionFactory创建Session
• spring中IOC容器创建管理bean对象
• XML解析时的DocumentBuilderFactory创建解析器对象
• 反射中Class对象的newInstance()