第 5 章 工厂方法模式【Factory Method Pattern】

以下内容出自:<<24种设计模式介绍与6大设计原则>>

　　

　　女娲补天的故事大家都听说过吧，今天不说这个，说女娲创造人的故事，可不是“造人”的工作，这
个词被现代人滥用了。这个故事是说，女娲在补了天后，下到凡间一看，哇塞，风景太优美了，天空是湛
蓝的，水是清澈的，空气是清新的，太美丽了，然后就待时间长了就有点寂寞了，没有动物，这些看的到
都是静态的东西呀，怎么办？
　　别忘了是神仙呀，没有办不到的事情，于是女娲就架起了八卦炉（技术术语：建立工厂）开始创建人，

具体过程是这样的：先是泥巴捏，然后放八卦炉里烤，再扔到地上成长，但是意外总是会产生的：

• 第一次烤泥人，兹兹兹兹~~，感觉应该熟了，往地上一扔，biu~，一个白人诞生了，没烤熟！
• 第二次烤泥人，兹兹兹兹兹兹兹兹~~，上次都没烤熟，这次多烤会儿，往地上一扔，嘿，熟过头了，黑人哪！
• 第三次烤泥人，兹~兹~兹~，一边烤一边看着，嘿，正正好，Perfect！优品，黄色人种！【备注:RB 人不属此列】

　　这个过程还是比较有意思的，先看看类图：（之前在论坛上有兄弟建议加类图和源文件，以后的模式都
会加上去，之前的会一个一个的补充，目的是让大家看着舒服，看着愉悦，看着就想要，就像是看色情小
说一样，目标，目标而已，能不能实现就看大家给我的信心了）

那这个过程我们就用程序来表现，首先定义一个人类的总称：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service;

/**
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 *         all. 定义一个人类的统称
 */
public interface Human {
    // 首先定义什么是人类
    // 人是愉快的，会笑的，本来是想用smile表示，想了一下laugh更合适，好长时间没有大笑了；
    public void laugh();

    // 人类还会哭，代表痛苦
    public void cry();

    // 人类会说话
    public void talk();
}

然后定义具体的人种：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl;

import cn.mjorcen.factory_pattern.service.Human;

/**
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 *         all. 黄色人种，这个翻译的不准确，将就点吧
 */
public class YellowHuman implements Human {
    public void cry() {
        System.out.println("黄色人种会哭");
    }

    public void laugh() {
        System.out.println("黄色人种会大笑，幸福呀！");
    }

    public void talk() {
        System.out.println("黄色人种会说话，一般说的都是双字节");
    }
}

白色人种：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl;

import cn.mjorcen.factory_pattern.service.Human;


/**
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 *         all. 白色人种
 */
public class WhiteHuman implements Human {
    public void cry() {
        System.out.println("白色人种会哭");
    }

    public void laugh() {
        System.out.println("白色人种会大笑，侵略的笑声");
    }

    public void talk() {
        System.out.println("白色人种会说话，一般都是但是单字节！");
    }
}

黑色人种：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl;

import cn.mjorcen.factory_pattern.service.Human;

/**
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 *         all. 黑色人种，记得中学学英语，老师说black man是侮辱人的意思，不懂，没跟老外说话
 */
public class BlackHuman implements Human {
    public void cry() {
        System.out.println("黑人会哭");
    }

    public void laugh() {
        System.out.println("黑人会笑");
    }

    public void talk() {
        System.out.println("黑人可以说话，一般人听不懂");
    }
}

人种也定义完毕了，那我们把八卦炉定义出来：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl;

import cn.mjorcen.factory_pattern.service.Human;

/**
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 *         all. 今天讲女娲造人的故事，这个故事梗概是这样的： 很久很久以前，盘古开辟了天地，用身躯造出日月星辰、山川草木，天地一片繁华 One
 *         day，女娲下界走了一遭，哎！太寂寞，太孤独了，没个会笑的、会哭的、会说话的东东
 *         那怎么办呢？不用愁，女娲，神仙呀，造出来呀，然后捏泥巴，放八卦炉（后来这个成了太白金星的宝 贝）中烤，于是就有了人：
 *         我们把这个生产人的过程用Java程序表现出来：
 */
public class HumanFactory {
    // 定一个烤箱，泥巴塞进去，人就出来，这个太先进了
    public static Human createHuman(Class c) {
        Human human = null; // 定义一个类型的人类
        try {
            human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance(); // 产生一个人种
        } catch (InstantiationException e) {// 你要是不说个人种颜色的话，没法烤，要白的黑，你说话了才好烤
            System.out.println("必须指定人种的颜色");
        } catch (IllegalAccessException e) { // 定义的人种有问题，那就烤不出来了，这是...
            System.out.println("人种定义错误！");
        } catch (ClassNotFoundException e) { // 你随便说个人种，我到哪里给你制造去？！
            System.out.println("混蛋，你指定的人种找不到！");
        }
        return human;
    }
}

然后我们再把女娲声明出来：

package cn.mjorcen.factory_pattern;

import cn.mjorcen.factory_pattern.service.Human;
import cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl.BlackHuman;
import cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl.HumanFactory;
import cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl.WhiteHuman;
import cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl.YellowHuman;

/**
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 *         all. 首先定义女娲，这真是额的神呀
 */
public class NvWa {
    public static void main(String[] args) {
        // 女娲第一次造人，试验性质，少造点，火候不足，缺陷产品
        System.out.println("------------造出的第一批人是这样的：白人-----------------");
        Human whiteHuman = HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
        whiteHuman.cry();
        whiteHuman.laugh();
        whiteHuman.talk();
        // 女娲第二次造人，火候加足点，然后又出了个次品，黑人
        System.out.println("

------------造出的第二批人是这样的：黑人-----------------");
        Human blackHuman = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
        blackHuman.cry();
        blackHuman.laugh();
        blackHuman.talk();
        // 第三批人了，这次火候掌握的正好，黄色人种（不写黄人，免得引起歧义），备注：RB人不属于此列
        System.out.println("

------------造出的第三批人是这样的：黄色人种-----------------");
        Human yellowHuman = HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
        yellowHuman.cry();
        yellowHuman.laugh();
        yellowHuman.talk();
    }
}

　　这样这个世界就热闹起来了，人也有了，但是这样创建太累了，神仙也会累的，那怎么办？神仙就想
了：我塞进去一团泥巴，随机出来一群人，管他是黑人、白人、黄人，只要是人就成（你看看，神仙都偷
懒，何况是我们人），先修改类图：

然后看我们的程序修改，先修改HumanFactory.java，增加了createHuman()方法：

// 女娲生气了，把一团泥巴塞到八卦炉，哎产生啥人种就啥人种
    public static Human createHuman() {
        Human human = null; // 定义一个类型的人类
        // 首先是获得有多少个实现类，多少个人种
        List<Class> concreteHumanList = ClassUtils
                .getAllClassByInterface(Human.class); // 定义了多少人种
        // 八卦炉自己开始想烧出什么人就什么人
        Random random = new Random();
        int rand = random.nextInt(concreteHumanList.size());
        human = createHuman(concreteHumanList.get(rand));
        return human;
    }

然后看女娲是如何做的：

    // 女娲烦躁了，爱是啥人种就是啥人种，烧吧
        for (int i = 0; i < 10000000000; i++) {
            System.out.println("

------------随机产生人种了-----------------" + i);
            Human human = HumanFactory.createHuman();
            human.cry();
            human.laugh();
            human.talk();
        }

哇，这个世界热闹了！，不过还没有完毕，这个程序你跑不起来，还要有这个类：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl;

import java.io.File;
import java.io.IOException;
import java.net.URL;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;

/**
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 *         all.
 * 
 */
@SuppressWarnings("all")
public class ClassUtils {
    // 给一个接口，返回这个接口的所有实现类
    public static List<Class> getAllClassByInterface(Class c) {
        List<Class> returnClassList = new ArrayList<Class>(); // 返回结果
        // 如果不是一个接口，则不做处理
        if (c.isInterface()) {
            String packageName = c.getPackage().getName(); // 获得当前的包名
            try {
                List<Class> allClass = getClasses(packageName); // 获得当前包下以及子包下的所有类
                // 判断是否是同一个接口
                for (int i = 0; i < allClass.size(); i++) {
                    if (c.isAssignableFrom(allClass.get(i))) { // 判断是不是一个接口
                        if (!c.equals(allClass.get(i))) { // 本身不加进去
                            returnClassList.add(allClass.get(i));
                        }
                    }
                }
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return returnClassList;
    }

    // 从一个包中查找出所有的类，在jar包中不能查找
    private static List<Class> getClasses(String packageName)
            throws ClassNotFoundException, IOException {
        ClassLoader classLoader = Thread.currentThread()
                .getContextClassLoader();
        String path = packageName.replace('.', '/');
        Enumeration<URL> resources = classLoader.getResources(path);
        List<File> dirs = new ArrayList<File>();
        while (resources.hasMoreElements()) {
            URL resource = resources.nextElement();
            dirs.add(new File(resource.getFile()));
        }
        ArrayList<Class> classes = new ArrayList<Class>();
        for (File directory : dirs) {
            classes.addAll(findClasses(directory, packageName));
        }
        return classes;
    }

    private static List<Class> findClasses(File directory, String packageName)
            throws ClassNotFoundException {
        List<Class> classes = new ArrayList<Class>();
        if (!directory.exists()) {
            return classes;
        }
        File[] files = directory.listFiles();
        for (File file : files) {
            if (file.isDirectory()) {
                assert !file.getName().contains(".");
                classes.addAll(findClasses(file,
                        packageName + "." + file.getName()));
            } else if (file.getName().endsWith(".class")) {
                classes.add(Class.forName(packageName
                        + '.'
                        + file.getName().substring(0,
                                file.getName().length() - 6)));
            }
        }
        return classes;
    }
}

　　告诉你了，这个ClassUtils 可是个宝，用处可大了去了，可以由一个接口查找到所有的实现类，也可以由父类查找到所有的子类，这个要自己修改一下，动脑筋想下，简单的很！完整的类图如下：

　　我们来总结一下，特别是增加了createHuman()后，是不是这个工厂的扩展性更好了？你看你要再加一
个人种，只要你继续集成Human 接口成了，然后啥都不用修改就可以生产了，具体产多少，那要八卦炉说
了算，简单工厂模式就是这么简单，那我们再引入一个问题：人是有性别的呀，有男有女，你这怎么没区
别，别急，这个且听下回分解！

　　工厂方法模式还有一个非常重要的应用，就是延迟始化(Lazy initialization)，什么是延迟始化呢？
一个对象初始化完毕后就不释放，等到再次用到得就不用再次初始化了，直接从内存过中拿到就可以了，
怎么实现呢，很简单，看例子：

package cn.mjorcen.factory_pattern.service.impl;

import java.util.HashMap;

import cn.mjorcen.factory_pattern.service.Human;

/**
 * @author cbf4Life cbf4life@126.com I'm glad to share my knowledge with you
 *         all.
 */
@SuppressWarnings("all")
public class HumanFactory {
    // 定义一个MAP,初始化过的Human对象都放在这里
    private static HashMap<String, Human> humans = new HashMap<String, Human>();

    // 定一个烤箱，泥巴塞进去，人就出来，这个太先进了
    public static Human createHuman(Class c) {
        Human human = null; // 定义一个类型的人类
        try {
            // 如果MAP中有，则直接从取出，不用初始化了
21             if (humans.containsKey(c.getSimpleName())) {
22                 human = humans.get(c.getSimpleName());
23             } else {
24                 human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
                // 放到MAP中
26                 humans.put(c.getSimpleName(), human);
            }
        } catch (InstantiationException e) {// 你要是不说个人种颜色的话，没法烤，要白的黑，你说话了才好烤
            System.out.println("必须指定人种的颜色");
        } catch (IllegalAccessException e) { // 一定定义的人种有问题，那就烤不出来了，这是...
            System.out.println("人种定义错误！");
        } catch (ClassNotFoundException e) { // 你随便说个人种，我到哪里给你制造去？！
            System.out.println("混蛋，你指定的人种找不到！");
        }
        return human;
    }
}

　　很简单，就加上了红色那部分的代码，这个在类初始化很消耗资源的情况比较实用，比如你要连接硬
件，或者是为了初始化一个类需要准备比较多条件（参数），通过这种方式可以很好的减少项目的复杂程度。