Kotlin - 改良工厂模式

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Kotlin - 改良工厂模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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一、前言

设计模式是软件工程中解决特定问题的一种指南,我们常说 Java 有 23 种设计模式,而多范式的 Kotlin 作为更好的 Java,拥有很多新的语言特性,在使用原本 Java 中常用的设计模式时,可以有哪些方面的改良呢?

说明:本系列是本人对《Kotlin 核心编程》第 9 章 设计模式 的理解总结,所以总结内容上会有些改动,另外,部分篇章个人觉得意义不大,所以没有在本系列中进行概括,有兴趣可自行查阅原书籍。

  • 工厂模式
    • 作用:隐藏对象实例的创建逻辑,而不需要暴露给客户端。
    • 细分:简单工厂、工厂方法、抽象工厂。

二、改良简单工厂

  • 例子:电脑厂商生产电脑(服务器、家用 PC)
  • 重点:伴生对象、运算符重载(invoke)
/**
 * 电脑接口
 *
 * @author GitLqr
 */
interface Computer 
    val cpu: String


/**
 * 电脑类
 *
 * @author GitLqr
 */
class PC(override val cpu: String = "Core") : Computer
class Server(override val cpu: String = "Xeon") : Computer

/**
 * 电脑类型枚举
 *
 * @author GitLqr
 */
enum class ComputerType 
    PC, SERVER

简单工厂,一般会使用单例模式(私有化构造器,强制通过类方法来使用),先来看 Java 版本:

/**
 * 简单电脑工厂(Java版)
 *
 * @author GitLqr
 */
public static class ComputerFactory 
    private ComputerFactory() 
    

    public static Computer produce(ComputerType type) 
        if (type == ComputerType.PC) 
            return new PC();
         else if (type == ComputerType.SERVER) 
            return new Server();
         else 
            throw new IllegalArgumentException("没有其他类型的电脑了");
        
    


// 使用
Computer pc = ComputerFactory.produce(ComputerType.PC);
Computer server = ComputerFactory.produce(ComputerType.SERVER);

Kotlin 在语言层面就已经实现了单例(使用 object 关键字替代 class),所以将上述代码改造成 Kotlin 版本:

/**
 * 简单电脑工厂(Kotlin版)
 *
 * @author GitLqr
 */
object ComputerFactory 
    fun produce(type: ComputerType): Computer 
        return when (type) 
            ComputerType.PC -> PC()
            ComputerType.SERVER -> Server()
        
    


// 使用
val pc = ComputerFactory.produce(ComputerType.PC)
val server = ComputerFactory.produce(ComputerType.SERVER)

以上只不过是用 Kotlin 翻译了一遍 Java 代码,下面进入正题,从这个简单工厂的使用上,我们知道核心是让 ComputerFactory 根据不同的 ComputerType 参数来创建电脑实例,而这个 produce 方法名并不重要,结合 Kotlin 的运算符重载,可以进一步简化代码:

/**
 * 简单工厂改良:重载 invoke 运算符
 *
 * @author GitLqr
 */
object ComputerFactory 
    operator fun invoke(type: ComputerType): Computer 
        return when (type) 
            ComputerType.PC -> PC()
            ComputerType.SERVER -> Server()
        
    


// 使用
val pc = ComputerFactory(ComputerType.PC)
val server = ComputerFactory(ComputerType.SERVER)

你可能会觉得 ComputerFactory(ComputerType.PC) 这样的代码也太奇怪了,更像是在创建一个工厂实例,如果能改成 Computer(ComputerType.PC) 这样的代码的话,才比较符合正常逻辑吧,没问题,只需要在 Computer 接口中搞一个静态工厂方法代替构造器就好了,先来看下 Java 版本:

/**
 * 静态工厂方法(Java版)
 *
 * @author GitLqr
 */
interface Computer 
    class Factory // 等同于 public static class Factory
        public static Computer produce(ComputerType type)
            if (type == ComputerType.PC) 
                return new PC();
             else if (type == ComputerType.SERVER) 
                return new Server();
             else 
                throw new IllegalArgumentException("没有其他类型的电脑了");
            
        
    
    ...


// 使用
Computer pc = Computer.Factory.produce(ComputerType.PC);
Computer server = Computer.Factory.produce(ComputerType.SERVER);

将上面的 Java 代码翻译成 Kotlin 版本:

/**
 * 静态工厂方法(Kotlin版)
 *
 * @author GitLqr
 */
interface Computer 
    companion object Factory
        fun produce(type: ComputerType): Computer 
            return when (type) 
                ComputerType.PC -> PC()
                ComputerType.SERVER -> Server()
            
        
    
    ...


// 使用
val pc = Computer.Factory.produce(ComputerType.PC)
val server = Computer.Factory.produce(ComputerType.SERVER)

注意:伴生对象名称默认是 Companion,可以自定义,但是不管指不指定名称,使用时都可以省略不写,所以上面的代码也可以这样 Computer.produce(ComputerType.PC),但有一种情况除外,如果是给伴生对象扩展属性或方法时,就必须写上伴生对象的自定义名称了。

我们知道,Kotlin 中伴生对象的名称是可以省略不写的的,结合运算符重载,上述代码可以进一步简化为:

/**
 * 静态工厂方法改良:重载【伴生对象】 invoke 运算符
 *
 * @author GitLqr
 */
interface Computer 
    companion object 
        operator fun invoke(type: ComputerType): Computer 
            return when (type) 
                ComputerType.PC -> PC()
                ComputerType.SERVER -> Server()
            
        
    
    ...


// 使用
val pc = Computer(ComputerType.PC)
val server = Computer(ComputerType.SERVER)

三、改良抽象工厂

  • 例子:电脑品牌厂商生产电脑
  • 重点:内联函数(inline + reified

现在增加了品牌厂商的概念,比如 Dell、Asus 等,如果用简单工厂模式,则需要再创建 n 个品牌厂商工厂类,比如 DellComputerFactory、AsusComputerFactory,品牌厂商众多,为了后续扩展,需要对工厂进行抽象:

/**
 * 各品牌电脑
 *
 * @author GitLqr
 */
interface Computer
class Dell : Computer
class Asus : Computer

/**
 * 各品牌厂商
 *
 * @author GitLqr
 */
abstract class AbstractFactory 
    abstract fun produce(): Computer


class DellFactory : AbstractFactory() 
    override fun produce() = Dell()


class AsusFactory : AbstractFactory() 
    override fun produce() = Asus()

抽象工厂模式,一般会在抽象工厂类中提供一个根据 参数 获取具体工厂实例的方法,结合 Kotlin 的重载运算符特性,该方法可以这么写:

/**
 * 抽象工厂:根据方法参数构建工厂实例
 *
 * @author GitLqr
 */
abstract class AbstractFactory 
    abstract fun produce(): Computer

    companion object 
        operator fun invoke(type: String): AbstractFactory 
            return when (type) 
                "dell" -> DellFactory()
                "asus" -> AsusFactory()
                else -> throw IllegalArgumentException()
            
        
    


// 使用:
val factory = AbstractFactory("dell")
val computer = factory.produce()

注意:该 参数 是什么东西并没有限制,可以是字符串、枚举、具体工厂实例等等,在《Kotlin 核心编程》中,案例使用的参数是传入具体工厂实例,我个人认为这样不妥,因为工厂模式的核心就是 隐藏对象实例的创建逻辑,而不需要暴露给客户端 ,所以这里我改用为字符串来做区分。

这里要思考一个问题,实际项目中使用字符串方式来区分工厂类型并不合理,因为会造成调用处硬编码的问题,改用枚举会更加合适,但是枚举会增加类文件啊,那么有什么方案可以规避掉上述两种弊端呢?很简单,直接把具体 Computer 的类类型传进方法内做判断:

import java.lang.reflect.Type

/**
 * 抽象工厂传参优化(Java反射包)
 *
 * @author GitLqr
 */
abstract class AbstractFactory 
    abstract fun produce(): Computer

    companion object 
        operator fun invoke(type: Type): AbstractFactory 
            return when (type) 
                Dell::class -> DellFactory()
                Asus::class -> AsusFactory()
                else -> throw IllegalArgumentException()
            
        
    


// 使用
val factory = AbstractFactory(Dell::class.java)
val computer = factory.produce()

注意:在 Java 中,类类型对应是用 java.lang.reflect.Type 来表示,一般通过 类.class 这种方式来获取,对应到 Kotlin 的写法就是 类::class.java

你应该注意到了,这个 Type 是 Java 反射包中的类,而 Kotlin 完全兼容 Java,自然可以使用 java.lang.reflect.Type 来表示类类型,不过,Kotlin 自身也有一套反射机制,可以使用 kotlin.reflect.KClass 来表示类类型,所以,使用 Kotlin 反射 API 版本如下:

import kotlin.reflect.KClass

/**
 * 抽象工厂传参优化(Kotlin反射包)
 *
 * @author GitLqr
 */
abstract class AbstractFactory 
    abstract fun produce(): Computer

    companion object 
        // operator fun invoke(type: KClass<*>): AbstractFactory
        operator fun invoke(type: KClass<out Computer>): AbstractFactory 
            return when (type) 
                Dell::class -> DellFactory()
                Asus::class -> AsusFactory()
                else -> throw IllegalArgumentException()
            
        
    


// 使用
val factory = AbstractFactory(Dell::class)
val computer = factory.produce()

注意:KClass<*> 中的 * 是一个通配符,表示接收任意类类型;而 KClass<out Computer> 中使用了 out 关键字,这是 Kotlin 中的泛型协变,表示只接收 Computer 子类的类类型。

其实,通过 AbstractFactory(Dell::class) 这种方式来获取具体工厂实例已经够用了,但是使用泛型还可以进一步简化代码,最终写法为:AbstractFactory<Dell>() ,是不是更加直观优雅?那么要怎么使用泛型来改造上面的方法呢?要知道 Java 泛型是在 1.5 之后才有的,为了向后兼容,泛型参数类型会在编译期被擦除(纯粹的历史包袱 =_=),所以在 Java 中要获取一个泛型的参数类型是十分困难的,而 Kotlin 的内联函数(inline)配合 reified 关键字,却可以做到具体化泛型参数类型,从而让获取 泛型参数类型 变得尤为简单:

/**
 * 抽象工厂改良:根据泛型参数类型构建工厂实例(inline + reified 具体化泛型参数类型)
 *
 * @author GitLqr
 */
abstract class AbstractFactory 
    abstract fun produce(): Computer

    companion object 
        inline operator fun <reified T : Computer> invoke(): AbstractFactory 
            return when (T::class)  // 不使用 reified 的话,T::class 会报错
                Dell::class -> DellFactory()
                Asus::class -> AsusFactory()
                else -> throw IllegalArgumentException()
            
        
    


// 使用
val factory = AbstractFactory<Dell>()
val computer = factory.produce()

四、补充

【二、改良简单工厂】 部分提到了伴生对象指定名称问题, 这里做一下补充。假设 Computer 是由其他同事或第三方人员编写的,我们不方便直接在其伴生对象中增加新功能,这时,可以使用 Kotlin 的扩展特性,给伴生对象扩展方法,比如给 Computer 增加一个功能,通过 CPU 型号来判断电脑类型:

/**
 * 伴生对象扩展方法(默认名称)
 *
 * @author GitLqr
 */
fun Computer.Companion.fromCPU(cpu: String): ComputerType? = when (cpu) 
    "Core" -> ComputerType.PC
    "Xeon" -> ComputerType.SERVER
    else -> null


// 使用
val type = Computer.fromCPU(pc.cpu)

如果此时 Computer 中的伴生对象已经指定了名称为 Factory,那么在给伴生对象扩展方法时就必须使用对应的伴生对象名称,而不是默认的 Companion 了:

interface Computer 
    // 自定义伴生对象名称
    companion object Factory  ... 


/**
 * 伴生对象扩展方法(自定义名称)
 *
 * @author GitLqr
 */
fun Computer.Factory.fromCPU(cpu: String): ComputerType? = when (cpu)  ... 

// 使用
val type = Computer.fromCPU(pc.cpu)

结论:

  • 扩展伴生对象方法时,如果伴生对象有自定义名称,则使用自定义名称进行扩展。
  • 无论伴生对象是否有自定义名称,调用时均可省略不写。

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