设计模式工厂模式(Factory Pattern)
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了设计模式工厂模式(Factory Pattern)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
1. 概述
工厂模式(Factory Pattern)是最常用的设计模式之一,它属于创建类型的设计模式。它提供了一种创建对象的最佳方式,在工厂模式中,我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑,并且是通过一个共同的接口来指向新创建的对象。
工厂模式(Factory Pattern)是 3 种工厂模式的总称 —— 简单工厂模式(Simple Factory)、工厂方法模式(Factory Method)、抽象工厂模式(Abstract Factory)。
这 3 种模式从上到下逐步抽象,并且具有一般性。用一下案例来理解工厂模式:
(1)在没有工厂的时代,如果用户需要一款宝马车,那么就需要用户自己去创建一款宝马车,即用户自己去执行创建一款宝马车所需要的一系列的复杂的操作,然后才能拿来用;
(2)简单工厂模式:后来出现了工厂,用户不再需要去创建宝马车,由工厂进行创建,即由工厂来执行创建宝马车的一些列复杂的操作,用户不用关心复杂的创建过程,用户想要什么车,直接通过工厂创建就可以了。比如,想要320i系列车,工厂就创建这个系列的车;
(3)工厂方法模式:为了满足不同用户的需求,宝马车推出了越来越多的车系以满足不同用户的需求,如320i系列、523i等等系列。原先一个工厂无法创建所有的宝马车系,于是又单独分出来多个具体的工厂,每个工厂创建一种车系,即具体工厂类只能创建一个具体产品。但是宝马工厂还是个抽象,用户需要指定某个具体的工厂才能生产出他所需要的车。例如,客户需要宝马320i系列的车,那么他就需要执行生产宝马320i系列车的工厂生产一辆他所需要的车;
(4)抽象工厂模式:随着客户要求越来越高,宝马车必须配置空调,于是这个工厂开始生产宝马车和所需要的空调。用户只要提出他需要宝马320i空调车,宝马工厂就直接给他提供宝马320i空调车,而不用自己去创建宝马320i空调宝马车。
2. 简单工厂模式
简单工厂模式的核心是定义一个创建对象的接口,讲对象的创建和本身的业务逻辑分离,降低系统的耦合度,使得两个修改起来相对容易些,当以后实现改变时,只需要修改工厂类即可。
如果不使用工厂,用户将需要自己创建宝马车。
public class BMW320
public BMW320()
System.out.println("制造-->BMW320");
public class BMW523
public BMW523()
System.out.println("制造-->BMW523");
public class Customer
public static void main(String[] args)
// 不适用简单工厂模式时,用户需要宝马车,则需要自己去创建
BMW320 bmw320 = new BMW320();
BMW523 bmw523 = new BMW523();
用户需要知道怎么创建一款车,这样客户和车就紧密耦合在一起了,为了降低耦合性,就出现了简单工厂模式,把创建宝马车的操作细节都放到了工厂里,而客户直接使用工厂的创建方法,传入想要的宝马车型号就行了,而不必去知道创建的细节。
UML类图
- 工厂类角色:该模式的核心,用来创建产品,含有一定的商业逻辑和判断逻辑
- 抽象产品角色:它一般是具体产品集成的父类或者实现的接口
- 具体产品角色:工厂类所创建的对象就是次角色的实例,在JAVA中由一个具体的类实现
代码实现
产品类
public abstract class BMW
protected String type;
public BMW()
abstract public String getBMWType();
public class BMW320 extends BMW
public BMW320()
System.out.println("制造-->BMW320");
type = "BMW320";
@Override
public String getBMWType()
return type;
public class BMW523 extends BMW
public BMW523()
System.out.println("制造-->BMW523");
type = "BMW523";
@Override
public String getBMWType()
return type;
工厂类
public class BMWFactory
public BMW createBMW(String type)
switch (type)
case "320":
return new BMW320();
case "523":
return new BMW523();
default:
break;
return null;
Customer类
public class Customer
public static void main(String[] args)
BMWFactory bmwFactory = new BMWFactory();
BMW bmw = bmwFactory.createBMW("320");
System.out.println("BMW type: " + bmw.getBMWType());
测试
简单工厂模式优缺点
优点
简单工厂模式提供专门的工厂类用于创建对象,实现了对象创建和使用的职责分离,客户端不需知道所创建的具体产品类的类名以及创建过程,只需要知道具体产品类所对应的参数即可。通过引入配置文件,可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类,在一定程度上提高了系统的灵活性。
缺点
缺点在于不符合设计模式的 “开闭原则”(对扩展开放,对修改关闭),每次添加新的产品就需要修改工厂类。在产品类型较多时,有可能造成工厂逻辑过于复杂,不利于系统的扩展维护,并且工厂类集中了所有产品创建逻辑,一旦不能正常工作,整个系统都要收到影响。
为了解决简单工厂模式的问题,出现了工厂方法模式。
3. 工厂方法模式
UML图
- 抽象工厂 AbstractFactory:工厂方法模式的核心,是具体工厂角色必须实现的接口或者必须继承的父类,在JAVA中它由接口或者抽象类来实现;
- 具体工厂 Factory:被应用程序调用以创建具体产品的对象,含有和具体业务逻辑有关的代码;
- 抽象产品 AbstractProduct:是具体产品类继承的父类或实现的接口,在JAVA中一般由抽象类或者接口来实现;
- 具体产品 Product:具体工厂角色所创建的对象就是此角色的实例。
代码实现
产品类
public abstract class BMW
protected String type;
public BMW()
abstract public String getBMWType();
public class BMW320 extends BMW
public BMW320()
System.out.println("制造-->BMW320");
type = "BMW320";
@Override
public String getBMWType()
return type;
public class BMW523 extends BMW
public BMW523()
System.out.println("制造-->BMW523");
type = "BMW523";
@Override
public String getBMWType()
return type;
工厂类
public interface BMWFactory
BMW createBMW();
public class BMW320Factory implements BMWFactory
@Override
public BMW createBMW()
System.out.println("BMW320 工厂生产 BMW320");
return new BMW320();
public class BMW523Factory implements BMWFactory
@Override
public BMW createBMW()
System.out.println("BMW523 工厂生产 BMW523");
return new BMW523();
Consumer类
public class Consumer
public static void main(String[] args)
// 用户指定具体的生产工厂
BMWFactory bmwFactory= new BMW523Factory();
// 由指定的工厂生产产品
BMW bmw = bmwFactory.createBMW();
System.out.println("BMW type: " + bmw.getBMWType());
测试
工厂方法模式的优缺点
4. 抽象工厂模式
在工厂方法模式中,我们使用一个工厂创建一个产品,一个具体的工厂对应一个具体产品。但我们有时希望一个工厂能够提供多个产品对象,而不是单一的产品对象,这个时候就需要抽象工厂模式。
在了解抽象工厂模式之前,需要先理清楚 产品等级结构 和 产品族 两个概念:
-
产品等级结构
产品等级结构指的是产品的继承结构,例如一个空调抽象类,它有海尔空调、隔离空调、美的空调等一系列的子类,那么这个空调抽象类和它的子类就构成了一个产品等级结构; -
产品族
产品族是指由同一个工厂生产的,位于不同产品等级结构中的一组产品。例如,海尔工厂生产海尔空调、海尔冰箱,那么海尔空调、海尔冰箱就位于海尔产品族中。
抽象工厂主要用于创建相关对象的家族,当一个产品族中需要被设计在一起工作时,通过抽象工厂模式,能够保证客户端始终只使用一个产品族中的对象;并且通过隔离具体类的生产,使得客户端不需要明确指定具体生成类;所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的公共接口,因此只需改变具体工厂的实例,就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。
但该模式的缺点在于添加新的行为时比较麻烦,如果需要添加一个新的产品族对象时,需要更改接口及其下所有子类,这必然会带来很大的麻烦。
UML图
- 抽象工厂 AbstractFactory:定义了一个接口,这个接口包含了一组方法用来生产产品,所有的具体工厂都必须实现此接口;
- 具体工厂 ConcreteFactory:用于生产不同的产品族,要创建一个产品,用户只需使用其中一个工厂进行获取,完全不需要实例化任何产品对象;
- 抽象产品 AbstractProduct:这是一个产品家族,每一个具体工厂都能够生产一整组产品;
- 具体产品 Product;
代码实现
通过抽象工厂模式,我们可以实现以下的效果:比如宝马320系列使用空调型号A和发动机型号A,而宝马523系列使用空调型号B和发动机型号B,在为320系列生产相关配件时,就无需指定配件的型号,它会自动根据车型生产对应的配件型号A。
也就是说,当每个抽象产品都有多余一个具体子类的时候(空调有型号A和B两种,发动机也有型号A和B两种),工厂角色怎么知道实例化哪一个子类呢?抽象工厂模式提供两个具体工厂角色(宝马320系列工厂和宝马523系列工厂),分别对应于这两个具体产品角色,每一个具体工厂角色只负责某一个产品角色的实例化,每一个具体工厂类只负责创建抽象产品的某一个具体子类的实例。
产品类
// Engine
public abstract class AbstractEngine
/**
* 引擎的型号
*/
protected String type;
abstract public String getType();
public class EngineA extends AbstractEngine
public EngineA()
this.type = "Engine A";
@Override
public String getType()
return this.type;
public class EngineB extends AbstractEngine
public EngineB()
this.type = "Engine B";
@Override
public String getType()
return this.type;
// AirConditioner
public abstract class AbstractAirConditioner
/**
* 空调的型号
*/
protected String type;
abstract public String getType();
public class AirConditionerA extends AbstractAirConditioner
public AirConditionerA()
this.type = "AirConditioner A";
@Override
public String getType()
return this.type;
public class AirConditionerB extends AbstractAirConditioner
public AirConditionerB()
this.type = "AirConditioner B";
@Override
public String getType()
return this.type;
工厂类
public interface BMWFactory
AbstractEngine createEngine();
AbstractAirConditioner createAirConditioner();
public class BMW320Factory implements BMWFactory
@Override
public AbstractEngine createEngine()
System.out.println("制造 Engine A");
return new EngineA();
@Override
public AbstractAirConditioner createAirConditioner()
System.out.println("制造 AirConditioner A");
return new AirConditionerA();
public class BMW523Factory implements BMWFactory
@Override
public AbstractEngine createEngine()
System.out.println("制造 Engine B");
return new EngineB();
@Override
public AbstractAirConditioner createAirConditioner()
System.out.println("制造 AirConditioner B");
return new AirConditionerB();
Consumer类
public class Consumer
public static void main(String[] args)
BMWFactory bmwFactory = new BMW523Factory();
AbstractEngine engine = bmwFactory.createEngine();
AbstractAirConditioner airConditioner = bmwFactory.createAirConditioner();
System.out.println("Engine型号: " + engine.getType());
System.out.println("AirConditioner型号: " + airConditioner.getType());
测试
5. 工厂模式小结
工厂方法模式与抽象工厂模式的区别在于:
1)工厂方法只有一个抽象产品类和一个抽象工厂类,但可以派生出多个具体产品类和具体工厂类,每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例;
2)抽象工厂模式拥有多个产品类(产品族)和一个抽象工厂类,每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类;抽象工厂类也可以派生出多个具体工厂类,同时每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例。
参考文献
[1] https://blog.csdn.net/a745233700/article/details/120253639?spm=1001.2014.3001.5506
以上是关于设计模式工厂模式(Factory Pattern)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
工厂方法模式(Factory Method Pattern)