Java设计模式之简单工厂|Java设计模式之简单工厂 工厂方法 抽象工厂深度总结

目录

  • 工厂模式介绍
    • 好处
    • 常见的应用
  • 简单工厂(Simple Factory)
    • 适用场景
    • 角色分配:
    • 应用案例:
    • 优缺点:
    • 简单工厂实现:
  • 工厂方法(Factory Method)
    • 适用场景
    • 角色分配:
    • 应用案例:
    • 优缺点:
    • 工厂方法实现:
  • 抽象工厂(Abstract Factory)
    • 适用场景
    • 角色分配
    • 应用案例:
    • 优缺点:
    • 抽象工厂实现
    • 抽象工厂终极改进(反射+配置文件+简单工厂)

工厂模式介绍 工厂模式也是非常常见的设计模式之一,其属于创建型模式。工厂模式分类:简单工厂(Simple Factory)、工厂方法(Factory Method)、抽象工厂(Abstract Factory),严格来讲,简单工厂不属于工厂设计模式。

好处
  • 解耦:工厂模式主要是为了对象的创建和使用的分离
  • 降低代码重复:如果对象创建很复杂,则每次创建都需要重复很多代码,通过工厂包装起来可以减少重复代码
  • 方便维护:如果创建对象的逻辑有修改,则只需要修改工厂内代码,而不用修改每个创建对象的代码。

常见的应用
  • Spring中的BeanFactory.getBean(beanName)
  • 日志当中的LoggerFactory.getLogger(name)
  • Java加密时 KeyGenerator keygen=KeyGenerator.getInstance("AES");
  • RabbitMQ的Java客户端创建连接 :
//创建连接工厂ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory("192.168.74.4"); // 通过连接工厂获取连接Connection connection = factory.newConnection();


简单工厂(Simple Factory) 简单工厂并不在23种设计模式之中,属于特殊的工厂模式,应用的相对来说少一点。客户端实例化对象的时候不用通过new Audi()的方式,而是可以通过往统一工厂传入相应的条件返回对应的实例对象(主要通过if-else或者switch-case进行判断,违背了开闭原则),屏蔽了实例化对象的具体逻辑细节。



适用场景
  1. 需要创建的对象较少。
  2. 客户端不关心对象的创建过程。


角色分配:
  • 工厂(Factory)角色:简单工厂模式的核心,它负责实现创建所有实例的内部逻辑。工厂类可以被外界直接调用,创建所需的产品对象。
  • 抽象产品(Product)角色 :简单工厂模式所创建的所有对象的父类,它负责描述所有实例所共有的公共接口。
  • 具体产品(Concrete Product)角色:简单工厂模式的创建目标,所有创建的对象都是充当这个角色的某个具体类的实例。
其UML类图如下所示:
Java设计模式之简单工厂|Java设计模式之简单工厂 工厂方法 抽象工厂深度总结
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应用案例:
  • Java加密时 KeyGenerator keygen=KeyGenerator.getInstance("AES");
  • DateFormat类中的public final static DateFormat getDateInstance(int style)



优缺点:
  • 优点:实现简单,隐藏了创建对象的细节,创建对象的逻辑修改时,客户端不用进行修改。
  • 缺点:违背了开闭原则,每次新增删除子类的时候都要修改工厂的逻辑,而且创建对象的逻辑都包含在工厂内,后面子类太多的话这块代码会非常多,难以维护。

简单工厂实现:
我们创建一个Car接口,里面包含一个getName方法用以返回具体的品牌名称,接口有两个实现类Audi和Bmw,分别返回了品牌名称 "Audi" 和 "Bmw"。
package com.wkp.designpattern.factory; //汽车接口public interface Car { //返回汽车的品牌 public String getName(); }

package com.wkp.designpattern.factory; public class Audi implements Car { public String getName() {return "Audi"; }}

package com.wkp.designpattern.factory; public class Bmw implements Car { public String getName() {return "Bmw"; }}

下面是简单工厂的核心,用于创建对象
package com.wkp.designpattern.simple.factory; import com.wkp.designpattern.factory.Audi; import com.wkp.designpattern.factory.Bmw; import com.wkp.designpattern.factory.Car; public class SimpleFactory { public Car getCar(String name){if("Audi".equals(name)){return new Audi(); }else if("Bmw".equals(name)){return new Bmw(); }else{System.out.println("没法生产这个车"); return null; } }}

测试代码如下:
package com.wkp.designpattern.simple.factory; import com.wkp.designpattern.factory.Car; public class SimpleFactoryTest { public static void main(String[] args) {SimpleFactory factory = new SimpleFactory(); Car car1 = factory.getCar("Audi"); System.out.println(car1.getName()); Car car2 = factory.getCar("Bmw"); System.out.println(car2.getName()); }}

输出结果如下:
Audi
Bmw
这里每增加一个新的子类,getCar方法就要添加if判断,删除了子类这里也要修改,显然违反了开闭原则,而且创建对象的逻辑全部都在这个方法中,随着创建对象的增加,这里的逻辑会非常多。当然我们可以通过反射的方式对上面的工厂进行改进如下:
//利用反射改进的简单工厂,添加的时候不用修改getCar方法public class ReflectSimpleFactory { //参数className为完整类名 public Car getCar(String className){Car obj=null; try {obj=(Car) Class.forName(className).newInstance(); } catch (InstantiationException e) {e.printStackTrace(); } catch (IllegalAccessException e) {e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace(); }return obj; }}

public class ReflectSimpleFactoryTest { public static void main(String[] args) {ReflectSimpleFactory factory = new ReflectSimpleFactory(); Car car1 = factory.getCar("com.wkp.designpattern.factory.Audi"); System.out.println(car1.getName()); Car car2 = factory.getCar("com.wkp.designpattern.factory.Bmw"); System.out.println(car2.getName()); }}

输出结果不变,也符合了开闭原则,但是要传入完整类名也不方便,可以通过xml或者配置文件的方式进行改进。

工厂方法(Factory Method) 工厂方法的应用是最多的,工厂方法中不再提供统一的工厂创建对象,而是针对不同的对象提供不同的工厂。定义一个创建对象的接口,让其子类自己决定实例化哪一个工厂类,创建过程延迟到子类进行。
适用场景
  • 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候:工厂方法模式中客户端不需要知道对象的名称,只需要知道要创建的对象对应的工厂即可。
  • 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候:工厂方法模式中定义了一个Factory接口,该接口包含一个创建对象的抽象方法,具体的创建对象的逻辑由其实现类完成。
  • 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个,并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。
角色分配:
  • 抽象工厂(Abstract Factory)角色:是工厂方法模式的核心,提供了创建对象的接口,任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。
  • 具体工厂(Concrete Factory)角色:这是实现抽象工厂接口的具体工厂类,包含与应用程序密切相关的逻辑,并且受到应用程序调用以创建某一种产品对象。
  • 抽象产品(AbstractProduct)角色 :工厂方法模式所创建的对象的超类型,也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。
  • 具体产品(Concrete Product)角色 :这个角色实现了抽象产品角色所定义的接口。某具体产品有专门的具体工厂创建,它们之间往往一一对应
其UML类图如下所示:
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应用案例:
  • spring-data-redis中创建redis连接的地方,RedisConnectionFactory接口提供了创建连接的方法RedisConnection getConnection(),该工厂的两个实现类JedisConnectionFactory ,LettuceConnectionFactory分别用于创建jedis和lettuce连接
优缺点:
  • 优点:符合开闭原则,添加子类时只需要添加对应的工厂类即可,而不用修改原有的工厂类,每个对象的创建逻辑都在对应的工厂类中,代码逻辑清晰,易于维护。
  • 缺点:每次增加一个产品时,都需要增加一个具体类和对象实现工厂,使得系统中类的个数成倍增加,在一定程度上增加了系统的复杂度,同时也增加了系统具体类的依赖。

工厂方法实现:
定义一个Factory接口,里面提供了一个getCar()方法,具体的创建逻辑由其实现类去完成。
public interface Factory { public Car getCar(); }

下面是Factory接口的具体实现类,用于创建对应的对象
public class AudiFactory implements Factory { public Car getCar() {return new Audi(); }}

public class BmwFactory implements Factory { public Car getCar() {return new Bmw(); }}

测试类如下:
public class FuncFactoryTest { public static void main(String[] args) {Car car1 = new AudiFactory().getCar(); System.out.println(car1.getName()); Car car2 = new BmwFactory().getCar(); System.out.println(car2.getName()); }}


抽象工厂(Abstract Factory) 上面的工厂模式生产的都是一类产品,而抽象工厂模式可以生产产品族。什么是产品族呢?其实就是一组具有关联关系的产品集合,举几个例子:
  • 比如生产电脑,用Intel系列、AMD系列的零件(CPU、主板。。。。。),每个系列的零件就是一个产品族。
  • 比如我们开发过程中会用到MySQL、Oracle数据库,而不同的数据库的操作会有不同,比如有User,Order两个类,两个类都有添加、修改操作,那User、Order的操作就要随着数据库的切换而切换,MySQL和Oracle下不同的类就组成了两个产品族。
  • 我们用QQ空间的时候会有换皮肤的功能,而每套皮肤下的背景、按钮、导航、菜单。。。。。。这些也构成了产品族
  • 我们上面用的生产汽车的例子,比如奥迪,宝马不同品牌车的零部件(轮胎、发动机、轴承。。。。。。)
适用场景
  • 和工厂方法一样客户端不需要知道它所创建的对象的类。
  • 需要一组对象共同完成某种功能时,并且可能存在多组对象完成不同功能的情况。(同属于同一个产品族的产品)
  • 系统结构稳定,不会频繁的增加对象。(因为一旦增加就需要修改原有代码,不符合开闭原则)

角色分配
  • 抽象工厂(AbstractFactory)角色 :是工厂方法模式的核心,与应用程序无关。任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。
  • 具体工厂类(ConcreteFactory)角色 :这是实现抽象工厂接口的具体工厂类,包含与应用程序密切相关的逻辑,并且受到应用程序调用以创建某一种产品对象。
  • 抽象产品(Abstract Product)角色 :工厂方法模式所创建的对象的超类型,也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。
  • 具体产品(Concrete Product)角色 :抽象工厂模式所创建的任何产品对象都是某一个具体产品类的实例。在抽象工厂中创建的产品属于同一产品族,这不同于工厂模式中的工厂只创建单一产品。
其UML类图如下所示:
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应用案例:
QQ空间换肤、更换数据库等
优缺点:
  • 优点:可以创建系列产品,方便切换使用的产品系列。
  • 缺点:扩展产品族较为麻烦,不光要添加所有的抽象产品实现,还要添加产品族对应的工厂;另外添加产品也不简单,要添加抽象产品,所有的产品族实现,还要对原先的工厂实现添加工厂方法以生产新产品。

抽象工厂实现
这个案例我们就以生产电脑为例,众所周知目前电脑的CPU有两大品牌:Intel和AMD。我们就以此为例,如果电脑选用Intel系列,就要用Intel的CPU和主板等,如果用AMD系列,就用AMD系列的零部件。
下面的两个接口就是我们上面提到的抽象产品角色。
//CPUpublic interface CPU { public String getName(); }

//主板public interface MainBoard { public String getName(); }

下面的四个类就是我们上面提到的具体产品角色。首先是Intel系列产品
public class IntelCPU implements CPU { public String getName() {return "IntelCPU"; } }

public class IntelMainBoard implements MainBoard{ public String getName() {return "IntelMainBoard"; } }

然后是AMD系列产品:
public class AMDCPU implements CPU { public String getName() {return "AMDCPU"; } }

public class AMDMainBoard implements MainBoard{ public String getName() {return "AMDMainBoard"; } }

下面的Factory就是抽象工厂角色,提供了生产CPU和主板的抽象方法。
public interface Factory { //生产CPU public CPU createCPU(); //生产主板 public MainBoard createMainBoard(); }

然后是具体的工厂类角色,分别生产不同系列的产品。
//Intel系列产品工厂public class IntelFactory implements Factory { public CPU createCPU() {return new IntelCPU(); } public MainBoard createMainBoard() {return new IntelMainBoard(); } }

//AMD系列产品工厂public class AMDFactory implements Factory { public CPU createCPU() {return new AMDCPU(); } public MainBoard createMainBoard() {return new AMDMainBoard(); } }

测试类如下:
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) {Factory intel = new IntelFactory(); System.out.println(intel.createCPU().getName()); System.out.println(intel.createMainBoard().getName()); Factory amd = new AMDFactory(); System.out.println(amd.createCPU().getName()); System.out.println(amd.createMainBoard().getName()); }}

运行结果为:
IntelCPU
IntelMainBoard
AMDCPU
AMDMainBoard

抽象工厂终极改进(反射+配置文件+简单工厂)
上面也说过抽象工厂的缺点是扩展产品族比较麻烦,我们对上面的抽象工厂做个改进,使其在添加产品族的时候更简单一些。我们引入简单工厂,但是简单工厂扩展的时候要添加判断条件,所以我们可以通过反射+配置文件去解决这个问题。改动后的UML图如下所示:
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改进后的代码如下所示:Configuration类用于读取配置文件(没有具体去实现)
type=IntelpackageName=com.wkp.design.pattern.factory.abst

public class SimpleFactory { static class Configuration{public static String get(String key){String value=""; //TODO 读取配置文件得到valuereturn value; } } //通过配置文件读取产品族类型及包名 private static final String type=Configuration.get("type"); private static final String packageName=Configuration.get("packageName"); //生产CPU public CPU createCPU() throws Exception{return (CPU)Class.forName(packageName+"."+type+"CPU").newInstance(); } //生产主板 public MainBoard createMainBoard() throws Exception{return (MainBoard)Class.forName(packageName+"."+type+"MainBoard").newInstance(); }}

测试代码如下
public class SimpleFactoryTest { public static void main(String[] args) throws Exception {SimpleFactory factory = new SimpleFactory(); System.out.println(factory.createCPU().getName()); System.out.println(factory.createMainBoard().getName()); }}

我们看到,在调用的时候客户端完全不用管用的是Intel还是AMD,这样如果想切换产品族的话,只需要修改配置文件即可,非常的方便。
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