设计模式(四)——工厂模式(Factory Pattern)

工厂模式(Factory Pattern)

意义

工厂模式 实现了创建者和调用者的分离。将实例化对象的代码提取出来，放到一个类中统一管理和维护，达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。

核心本质

• 实例化对象，用工厂方法代替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。

用到的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（不要让类继承具体类，而是继承抽象类或者是实现 interface(接口)）。
• 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（不要直接 new 类,而是把这个 new 类的动作放在一个工厂的方法中，并返回）。

工厂模式的分类

• 简单工厂模式
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

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()

传统方式（不使用工厂模式）

拿制造汽车来举例

图例

代码

调用方代码

//汽车接口
public interface Car {
	void run();
}

//奥迪
public class Audi implements Car {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("奥迪再跑！");
	}
}

//比亚迪
public class Byd implements Car {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("比亚迪再跑！");
	}
}

public static void main(String[] args) {
	Car c1 = new Audi();
	Car c2 = new Byd();
	c1.run();
	c2.run();
}

分析

优点

比较好理解，简单易操作

缺点

违反了设计模式的 ocp 原则，即对扩展开放，对修改关闭。即当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码。

假设现在增加丰田汽车，需要增加丰田汽车的类，并且修改客户端的代码。提供方和调用方都需要修改。

修改代码可以接受，但是如果我们在其它的地方也有创建 Car的代码，就意味着，也需要修改，而创建 Car的代码，往往有多处。

改进思路

把创建 Car对象封装到一个类中，这样我们有新的 Car种类时，只需要修改该类就可，其它有创建到 Car对象的代码就不需要修改了——> 简单工厂模式

简单工厂模式

基本介绍

1. 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，通过接收的参数的不同来返回不同的对象实例。
2. 在软件开发中，当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时，就会使用到工厂模式
3. 对于增加新产品无能为力！不修改代码的话，是无法扩展的。

图例

主要代码

//方式一：逻辑判断实现实例化不同汽车对象
public class CarFactory {
	public static Car createCar(String type){
		Car c = null;
		if("奥迪".equals(type)){
			c = new Audi();
		}else if("奔驰".equals(type)){
			c = new Benz();
		}
		return c;
	}
}

//方式一：不同方法指定实现实例化不同汽车对象
public class CarFactory {
	public static Car createAudi(){
		return new Audi();
	}
	public static Car createBenz(){
		return new Benz();
	}
}

//汽车接口
public interface Car {
	void run();
}

//奥迪
public class Audi implements Car {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("奥迪再跑！");
	}
}

//比亚迪
public class Byd implements Car {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("比亚迪再跑！");
	}
}

工厂方法模式

基本介绍

1. 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。
2. 避免简单工厂模式的缺点，不完全满足OCP。
3. 定义了一个创建对象的抽象方法，由子类决定要实例化的类。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。

图例

代码实现

//抽象工厂接口
public interface CarFactory {
	Car createCar();
}

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

//比亚迪工厂
public class BydFactory implements CarFactory {
	@Override
	public Car createCar() {
		return new Byd();
	}
}

//汽车接口
public interface Car {
	void run();
}

//奥迪
public class Audi implements Car {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("奥迪再跑！");
	}
}

//比亚迪
public class Byd implements Car {
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("比亚迪再跑！");
	}
}

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

分析

优点

有新的需求时，提供方可以新建类，而不用修改。对扩展是开放的，对修改时关闭的，满足开闭原则。

缺点

需求多的时候，会产生非常多的对象需要管理。

简单工厂模式和工厂方法模式对比

1.结构复杂度

从这个角度比较，显然简单工厂模式要占优。简单工厂模式只需一个工厂类，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。

2.代码复杂度

代码复杂度和结构复杂度是一对矛盾，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的了。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（或代码），而工厂方法模式每个具体工厂类只完成单一任务，代码简洁。

3.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进行实例化。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。

4.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。那是否就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。尽管这没有完全满足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多没有满足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是，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吧？大不了把这个类重写）。

建议

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。

抽象工厂模式

基本介绍

1. 定义了一个 interface 用于创建相关或有依赖关系的对象簇，而无需指明具体的类
2. 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）
3. 抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，在有多个业务品种、业务分类时，通过抽象工厂模式产生需要的对象是一种非常好的解决方式。
4. 抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合。
5. 将工厂抽象成两层，AbsFactory(抽象工厂) 和 具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇，更利于代码的维护和扩展。

图例

代码实现

//汽车工厂接口
public interface CarFactory {
	//加工发动机
	Engine createEngine();
	//加工座位
	Seat createSeat();
	//加工轮胎
	Tyre createTyre();
}

//低配汽车工厂
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();
	}
}

//高级汽车工厂
public class LuxuryCarFactory implements CarFactory {
	@Override
	public Engine createEngine() {
		return new LowEngine();
	}
	@Override
	public Seat createSeat() {
		return new LowSeat();
	}
	@Override
	public Tyre createTyre() {
		return new LowTyre();
	}
}

//发动机接口
public interface Engine {
	void run();
	void start();
}

//座位接口
public interface Seat {
	void massage();
}

//轮胎接口
public interface Tyre {
	void revolve();
}

//高级发动机具体实现
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！");
	}
}

//低级发动机具体实现
class LowEngine implements Engine{
	@Override
	public void run() {
		System.out.println("转的慢！");
	}
	@Override
	public void start() {
		System.out.println("启动慢!");
	}
}

//高级座位具体实现
class LuxurySeat implements Seat {
	@Override
	public void massage() {
		System.out.println("可以自动按摩！");
	}
}

//低级座位具体实现
class LowSeat implements Seat {
	@Override
	public void massage() {
		System.out.println("不能按摩！");
	}
}

//高级轮胎具体实现
class LuxuryTyre implements Tyre {
	@Override
	public void revolve() {
		System.out.println("旋转不磨损！");
	
}

//低级轮胎具体实现
class LowTyre implements Tyre {
	@Override
	public void revolve() {
		System.out.println("旋转磨损快！");
	}
}

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，通过增加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！