跟我学设计模式之工厂模式
工厂模式应用非常之广，在JDK底层源码以及各大主流框架中随处可见，一般以Factory结尾命名的类，比如Mybatis中的SqlSessionFactory，Spring中的BeanFactory等，都是工厂模式的典型代表。
一、简单工厂模式
1.1 概念
简单工厂模式又称为静态工厂模式，属于设计模式中的创建型模式。简单工厂模式通过对外提供一个静态方法来统一为类创建实例，目的是实现类与类之间解耦:客户端不需要知道这个对象是如何被穿创建出来的，只需要调用简单工厂模式的方法来统一创建就可以了，从而明确了各个类的职责。
1.2 示例
简单工厂模式，以生产汽车轮胎为例。
1.2.1 实体类
轮胎通用属性
public class Tire {
/**
* 通用属性
*/
private String common;
}
奔驰车轮胎
包含通用属性外还有自己的特有属性
public class TireForBenz extends Tire{
Tire tire;
/**
* 特有属性
*/
private String benz;
public TireForBenz() {
this.benz = "得到 Benz 轮胎";
}
@Override
public String toString() {
return "["+this.benz +"]";
}
}
宝马车轮胎
包含通用属性外还有自己的特有属性
public class TireForBwm extends Tire{
Tire tire;
/**
* 特有属性
*/
private String bwm;
public TireForBwm() {
this.bwm = "得到 Bwm 轮胎";
}
@Override
public String toString() {
return "["+this.bwm +"]";
}
}
1.2.2 生产工艺
生产轮胎的抽象方法，各个产线有自己的方式生产
public interface TireFactory {
Tire produceTire();
}
奔驰汽车轮胎产线
重写生产轮胎的方法返回奔驰型轮胎。
public class BenzTireFactory implements TireFactory {
/**
* 生产奔驰轮胎
*/
@Override
public Tire produceTire() {
System.out.println("奔驰轮胎生产中。。。");
return new TireForBenz();
}
}
宝马汽车轮胎产线
重写生产轮胎的方法返回宝马型轮胎。
public class BwmTireFactory implements TireFactory {
/**
* 生产宝马轮胎
*/
@Override
public TireForBwm produceTire() {
System.out.println("宝马轮胎生产中。。。");
return new TireForBwm();
}
}
1.2.3 轮胎工厂类
通过传入的品牌名称调用相应产线生产相应品牌的轮胎
public class SimpleFactoryMode {
public static TireFactory produceCar(String name) {
if ("BenzTireFactory".equals(name)) {
return new BenzTireFactory();
}
if ("BwmTireFactory".equals(name)) {
return new BwmTireFactory();
}
return null;
}
}
1.2.4 测试
客户端通过工厂类获取实例对象。
测试方法
@Test
public void simpleFactoryModeTest() {
// 造奔驰轮胎
TireFactory benz = SimpleFactoryMode.produceCar("BenzTireFactory");
if (null != benz) {
benz.produceTire();
}else {
System.out.println("工厂暂时无法生产奔驰轮胎");
}
// 造宝马轮胎
TireFactory bwm = SimpleFactoryMode.produceCar("BwmTireFactory");
if (null != bwm) {
bwm.produceTire();
}else {
System.out.println("工厂暂时无法生产宝马轮胎");
}
// 造本田汽轮胎(工厂无该方法)
TireFactory honda = SimpleFactoryMode.produceCar("Honda");
if (null != honda) {
honda.produceTire();
}else {
System.out.println("工厂暂时无法生产本田轮胎");
}
}
结果
奔驰轮胎生产中。。。
宝马轮胎生产中。。。
工厂暂时无法生产本田轮胎
该方式确实能完成不同品牌的轮胎生产，但是，有个问题：方法参数是字符串，可控性有待提升。
1.3 简单工厂模式优化
不要通过传入的字符串来判断需要创建对象，而是客户端想要创建什么对象，只需要传入具体的实现类就可以了，然后通过Java的反射来创建对象。
public static TireFactory produceCar(Class extends TireFactory> clazz) {
try {
// 通过Java的反射来创建对象
return clazz.newInstance();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
每次创建对象都是通过反射来创建的，所以在性能上是有一定的损耗。
测试
public void simpleFactoryModeUpgradeTest() {
// 造奔驰轮胎
TireFactory benzTire = SimpleFactoryMode.produceCar(BenzTireFactory.class);
TireForBenz benz = (TireForBenz) benzTire.produceTire();
System.out.println(benz.toString());
// 造宝马轮胎
TireFactory bwmTire = SimpleFactoryMode.produceCar(BwmTireFactory.class);
TireForBwm bwm = (TireForBwm) bwmTire.produceTire();
System.out.println(bwm.toString());
}
结果
奔驰轮胎生产中。。。
[得到 Benz 轮胎]
宝马轮胎生产中。。。
[得到 Bwm 轮胎]
1.4 小结
简单工厂模式确实在一定程度上实现代码的解耦，而这种解耦的特点在于，这种模式将对象的创建和使用分离。这种模式的本质在于通过一个传入的参数，做if...else判断，来达到返回不同类型对象的目的。缺点也很明显，不符合开闭原则(比如新增一个保时捷轮胎的生产，除了需要增加实体和生产方法，还需要修改工厂类SimpleFactoryMode.java)。因此，如果需要增加新的类型，就不得不去修改原来的代码，违反开闭原则。
简单工厂模式优点：
简单优化了软件体系结构，明确了各自功能模块的职责和权利；
通过工厂类，外界不需要直接创建具体产品对象，只需要负责消费，不需要关心内部如何创建对象。
简单工厂模式缺点：
改进前的简单工厂模式全部创建逻辑都集中在一个工厂类中，能创建的类只能是考虑到的，如果需要添加新的类，就必须改变工厂类了;
改进前的简单工厂模式随着具体产品的不断增多，可能会出现共产类根据不同条件创建不同实例的需求，这种对条件的判断和对具体产品类型的判断交错在一起，很难避免功能模块的蔓延，对系统的维护和扩展不利;
改进后的简单工厂模式主要是使用反射效率会低一些。
二、工厂方法模式
简单工厂模式之所以违反开闭原则，关键在于什么？
那就是它把所有对象的创建都集中在同一个工厂类里面了，因此，当新增一个新对象时，必然会需要修改这个共享工厂类，违反开闭原则自然不可避免。
解决方案
既然问题关键在于，所有对象的创建都跟这个唯一的工厂类耦合了，那我每个对象各自都配置一个单独的工厂类，这个工厂类只创建各自类型的对象，那这样不就解决耦合的问题了吗？
2.1 概念
工厂方法模式是指定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类来决定实例化哪个类。工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。在工厂方法模式中用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，而且加入新的产品符合开闭原则。
2.2 示例
工厂方法模式，以生产发动机为例。
2.2.1 实体
发动机的通用属性
public class Engine {
/**
* 型号
*/
private String common;
}
奔驰发动机
包含通用属性外还有自己的特有属性
public class EngineForBenz extends Engine{
Engine engine;
/**
* 特有属性
*/
private String benz;
public EngineForBenz() {
this.benz = "得到 Benz 发动机";
}
@Override
public String toString() {
return "["+this.benz +"]";
}
}
宝马发动机
包含通用属性外还有自己的特有属性
public class EngineForBwm extends Engine{
Engine engine;
/**
* 特有属性
*/
private String bwm;
public EngineForBwm() {
this.bwm = "得到 Bwm 发动机";
}
@Override
public String toString() {
return "["+this.bwm +"]";
}
}
2.2.2 生产工艺(发动机的工厂类)
抽象工厂类，定义生产发动机的方法，各个产线自己的去实现
public interface EngineFactory {
Engine produceEngine();
}
创建奔驰子工厂，实现其的工艺
public class BenzEngineFactory implements EngineFactory {
/**
* 生产奔驰发动机
*/
@Override
public Engine produceEngine() {
System.out.println("奔驰发动机生产中。。。");
return new EngineForBenz();
}
}
创建宝马子工厂，实现其的工艺
public class BwmEngineFactory implements EngineFactory {
/**
* 生产宝马发动机
*/
@Override
public Engine produceEngine() {
System.out.println("宝马发动机生产中。。。");
return new EngineForBwm();
}
}
2.2.3 测试
@Test
public void factoryModeTest() {
// 造奔驰发动机
EngineFactory car = new BenzEngineFactory();
EngineForBenz benz = (EngineForBenz) car.produceEngine();
System.out.println(benz.toString());
// 造宝马发动机
EngineFactory carFactory = new BwmEngineFactory();
EngineForBwm bwm = (EngineForBwm) carFactory.produceEngine();
System.out.println(bwm.toString());
}
结果
奔驰发动机生产中。。。
[得到 Benz 发动机]
宝马发动机生产中。。。
[得到 Bwm 发动机]
2.3 小结
工厂方法模式轻松解决了简单工厂模式的问题，符合开闭原则。在上面例子中，当需要新增一个保时捷汽车，此时只需要提供一个对应的EngineForBSJ.java实现produceEngine()方法即可，对于原先代码再不需要做任何修改。
但是每个类型的对象都会有一个与之对应的工厂类。如果对象的类型非常多，意味着会需要创建很多的工厂实现类，造成类数量膨胀，对后续维护带来一些麻烦。
缺点
客户端(应用层)不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节；
一个类通过其子类来指定创建哪个对象。
缺点
类的个数容易过多，增加复杂度；
增加了系统的抽象性和理解难度。
三、抽象工厂模式
抽象工厂模式出现，就是为了解决上述工厂方法模式存在的问题，可以看成是工厂方法模式的升级。
3.1 背景
类数量膨胀的情景
工厂方法模式创建的对象其实归根到底都是同一类对象。以汽车生产为例，无论是轮胎还是发动机，都是汽车生产的一部分，都是属于汽车生产的过程。如下图：
由上图我们可以发现，虽然分为奔驰车和宝马车，但是从工厂方法角度，他们都属于汽车这一类别，这就导致了需要单独为每一个零件指定各自的工厂类，从而导致了类数量膨胀的问题。
解决方案
既然这样，我们可以把每类汽车指定一个工厂，然后再让不同产线去生产他需要的产品，如下图
这样当每一类物品组件数量特别多，可以把它称为产品族。抽象工厂模式就是为了创建一系列以产品族为单位的对象，这样在需要创建大量系列对象时可以大大提高开发效率，降低维护成本。
3.2 示例
因为奔驰轮胎/宝马轮胎/奔驰发动机/宝马发动机的实体在前面已经创建过，这里就直接用了。
3.2.1 汽车工厂类(顶层抽象工厂类)
该类已包含轮胎/发动机生产，具体实体键一/二中相关实体。
public interface CarFactory {
/**
* 准备生产
*/
void init();
/**
* 生产轮胎
* @return
*/
Tire produceTire();
/**
* 生产发动机
* @return
*/
Engine produceEngine();
}
3.2.2 奔驰汽车产品族(奔驰汽车工厂类)
public class BenzCarFactory implements CarFactory{
@Override
public void init() {
System.out.println("----------------------- 奔驰汽车准备生产 -----------------------");
}
@Override
public Tire produceTire() {
System.out.println("正在生产奔驰轮胎");
return new TireForBenz();
}
@Override
public Engine produceEngine() {
System.out.println("正在生产奔驰发动机");
return new EngineForBenz();
}
}
3.2.2 宝马汽车产品族(宝马汽车工厂类)
public class BwmCarFactory implements CarFactory{
@Override
public void init() {
System.out.println("----------------------- 宝马汽车准备生产 -----------------------");
}
@Override
public Tire produceTire() {
System.out.println("正在生产宝马轮胎");
return new TireForBwm();
}
@Override
public Engine produceEngine() {
System.out.println("正在生产宝马发动机");
return new EngineForBwm();
}
}
3.2.3 测试
@Test
public void abstractFactoryModeTest() {
// 生产奔驰整车的零部件
CarFactory benz = new BenzCarFactory();
benz.init();
TireForBenz benzTire = (TireForBenz) benz.produceTire();
System.out.println(benzTire.toString());
EngineForBenz benzEngine = (EngineForBenz) benz.produceEngine();
System.out.println(benzEngine.toString());
// 生成宝马整车的零部件d
CarFactory bwm = new BwmCarFactory();
bwm.init();
TireForBwm bwmTire = (TireForBwm) bwm.produceTire();
System.out.println(bwmTire.toString());
EngineForBwm bwmEngine = (EngineForBwm) bwm.produceEngine();
System.out.println(bwmEngine.toString());
}
结果
----------------------- 奔驰汽车准备生产 -----------------------
正在生产奔驰轮胎
[得到 Benz 轮胎]
正在生产奔驰发动机
[得到 Benz 发动机]
----------------------- 宝马汽车准备生产 -----------------------
正在生产宝马轮胎
[得到 Bwm 轮胎]
正在生产宝马发动机
[得到 Bwm 发动机]
3.3 思考
既然说抽象工厂模式是工厂方法模式的升级，那到底升级了啥？
其实是由原来的单一产品的生产升级成为了系列产品的生产。设想一下，假设上面汽车的例子中，每一品牌汽车中就只生产一种部件，比如就只生产发动机，不生产轮胎等其他组件了，如下图
发现了什么没有？抽象工厂模式居然转变为我们之前讲过的工厂方法模式了！换句话说，当你的产品族中只生产一种产品的时候，你的抽象工厂模式其实已经退化为工厂方法模式了。反过来说，当生产多种产品时，工厂方法模式就进化为抽象工厂模式。
3.4 小结
抽象工厂模式在创建大量系列对象时可以大大提高开发效率，就是为生产产品族而生的，而对于生产单一产品却无能为力。
如果需要添加一个新的产品族，那就简单了，比如新增一个保时捷汽车，那就只需要添加一个保时捷汽车的工厂实现类就好了，并不会对原有的代码造成任何影响。
但是，如果假设在汽车中，我需要再加一个组件，比如倒车影像，怎么操作？你需要在CarFactory接口中添加返回倒车影像对象的接口。这一加不得了了......所有品牌汽车实现类全部需要修改并追加该方法的实现，违反了开闭原则。
抽象工厂模式优点：
创建大量系列对象时可以大大提高开发效率，降低维护成本。
抽象工厂模式缺点：
规定了所有可能被创建的产品集合，产品族中扩展新的产品困难，需要修改抽象工厂的接口；
增加了系统的抽象性和理解难度。
四、总结
4.1 如何选择
工厂模式的三种形式都介绍完了，那我们实际开发中该如何去选择呢？
从设计原则来说，简单工厂模式不符合开闭原则。但是很神奇，在实际场景中，简单工厂模式确实用的最多的。
工厂方法模式是专门用于解决单个对象创建工作，本身模式没问题，也符合开闭原则。但是存在工厂类数量膨胀的问题。如果需要创建的工厂类不是很多，是一种不错的选择。
抽象工厂模式天生就是为生产产品族而生的。所以如果你需要创建的对象非常之多，但是对象之间存在明显产品族特征，那么这个时候用抽象工厂模式非常合适。
4.2 示例源码
4.3 技术交流