面试高频Java设计模式-工厂模式

Posted 2022-05-05 温文艾尔

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文章目录

• 1.简单工厂模式
• 1.1 代码实现
• 1.1.1抽象产品
• 1.1.2具体产品
• 1.1.3简单咖啡工厂
• 1.1.3.1实现
• 1.1.4工厂测试
• 2.工厂方法模式
• 2.1概念
• 2.2结构
• 2.3实现
• 2.4工厂方法模式优缺点
• 3.抽象工厂模式
• 3.1概念
• 3.2结构
• Coffee抽象类
• Dessert甜点抽象类
• AmericanCoffee实现类
• AmericanDessert实现类
• ItalyCoffee实现类
• ItalyDessert实现类
• AmericanDessertFactory工厂类（用于生产AmericanCoffee和AmericanDessert）
• ItalyDessertFactory工厂类（用于生产ItalyCoffee和ItalyDessert）
• DessertFactory用于生产咖啡和甜品
• 测试
• 3.3优缺点
• 3.4使用场景

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在java中万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会导致该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方就需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则，如果我们使用工厂来生产对象，就只需要和工厂打交道就可以了

这样就做到了和对象的解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换对象即可，达到了与对象解耦的目的，所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦

三种常用的工厂介绍

• 简单工厂模式（不属于GOF的23中经典设计模式）
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

1.简单工厂模式

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯

简单工厂包含如下角色

• 抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特征和功能
• 具体产品：实现或继承抽象产品的子类
• 具体工厂：提供创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品

1.1 代码实现

1.1.1抽象产品

public abstract class Coffee 
    abstract void makecoffee();

    public void addSomething()
        System.out.println("加料");
    

    public void addWater()
        System.out.println("加水");
    

1.1.2具体产品

public class CoffeeA extends Coffee 

    @Override
    public void makecoffee() 
        System.out.println("制作咖啡A");
    

public class CoffeeB extends Coffee 
    @Override
    public void makecoffee() 
        System.out.println("制作咖啡B");
    

1.1.3简单咖啡工厂

public class CoffeeFactory 

    public Coffee makeCoffee(String type)
        Coffee coffee = null;
        if ("coffeeA".equals(type))
            coffee = new CoffeeA();
        else if ("coffeeB".equals(type))
            coffee = new CoffeeB();
        
        return coffee;
    

1.1.3.1实现

public class CoffeeStore 

    public void createCoffee(String type)
        CoffeeFactory coffeeFactory = new CoffeeFactory();
        Coffee coffee = coffeeFactory.makeCoffee(type);
        coffee.makecoffee();
        coffee.addSomething();
        coffee.addWater();
    

1.1.4工厂测试

public class CoffeeTest 
    public static void main(String[] args) 
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        store.createCoffee("coffeeA");
        store.createCoffee("coffeeB");
    

制作咖啡A
加料
加水
制作咖啡B
加料
加水

从上面可以看出CoffeeStore与Coffee实现了解耦，CoffeeStore并不知道会生成何种coffee对象依然能够完成任务

缺点：

CoffeeFactory和Coffee对象产生了耦合，如果未来来了CofferC对象，那就要在源代码的基础上进行修改，如此就违反了开闭原则（对修改关闭，对扩展开放，程序需要进行扩展的时候，不能修改原有的代码，实现一个热拔插的效果）

优点：

封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象，把对象的创建和业务逻辑层分开了，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展

2.工厂方法模式

针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则

2.1概念

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象，工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类

2.2结构

工厂方法模式的主要角色：

• 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品
• 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建
• 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能
• 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

2.3实现

将CoffeeFactory拆分成CoffeeAFactory和CoffeeBFactory两个类，使代码进行解耦

public interface CoffeeFactory 
    Coffee makeCoffee();

public class CoffeeAFactory implements CoffeeFactory 
    @Override
    public Coffee makeCoffee() 
        return new CoffeeA();
    

public class CoffeeBFactory implements CoffeeFactory 
    @Override
    public Coffee makeCoffee() 
        return new CoffeeB();
    

public class CoffeeStore 

    public CoffeeFactory coffeeFactory;

    public void setCoffeeFactory(CoffeeFactory coffeeFactory) 
        this.coffeeFactory = coffeeFactory;
    

    public void createCoffee()
        Coffee coffee = coffeeFactory.makeCoffee();
        coffee.makecoffee();
        coffee.addSomething();
        coffee.addWater();
    

测试

public class CoffeeTest 
    public static void main(String[] args) 
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        store.setCoffeeFactory(new CoffeeAFactory());
        store.createCoffee();
        store.setCoffeeFactory(new CoffeeBFactory());
        store.createCoffee();
    

制作咖啡A
加料
加水
制作咖啡B
加料
加水

2.4工厂方法模式优缺点

优点：

• 用户只需要知道具体工厂的名称就可以得到所要的产品，无需知道产品的具体创建过程
• 在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无需对原工厂进行任何修改，满足开闭原则

缺点：

• 每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度

3.抽象工厂模式

抽象工厂是一个综合性工厂，和工厂方法模式相比，可以生产各种种类的产品

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物，电视机厂只生产电视机

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说，工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级多种类的产品，如电器厂既生产电视机有生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等

所以我们的抽象工厂模式考虑的是多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族

3.1概念

是一种为访问类提供一个 创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品

3.2结构

抽象工厂模式的主要角色如下：

• 抽象工厂：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品
• 具体工厂：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建
• 抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品
• 具体产品：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，和具体工厂之间是多对一的关系

我们以生产咖啡为例

Coffee抽象类

public abstract class Coffee 
    public abstract void show();

Dessert甜点抽象类

public abstract class Dessert 
    public abstract void show();

AmericanCoffee实现类

public class AmericanCoffee extends Coffee 

    @Override
    public void show() 
        System.out.println("制作AmericanCoffee");
    

AmericanDessert实现类

public class AmericanDessert extends Dessert 

    @Override
    public void show() 
        System.out.println("制作AmericanmakeDessert");
    

ItalyCoffee实现类

public class ItalyCoffee extends Coffee 

    @Override
    public void show() 
        System.out.println("制作ItalyCoffee");
    

ItalyDessert实现类

public class ItalyDessert extends Dessert 

    @Override
    public void show() 
        System.out.println("制作ItalymakeDessert");
    

AmericanDessertFactory工厂类（用于生产AmericanCoffee和AmericanDessert）

public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory 

    @Override
    public Coffee createCoffee() 
        return new AmericanCoffee();
    

    @Override
    public Dessert createDessert() 
        return new AmericanDessert();
    

ItalyDessertFactory工厂类（用于生产ItalyCoffee和ItalyDessert）

public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory 

    @Override
    public Coffee createCoffee() 
        return new ItalyCoffee();
    

    @Override
    public Dessert createDessert() 
        return new ItalyDessert();
    

DessertFactory用于生产咖啡和甜品

public interface DessertFactory 
    Coffee createCoffee();

    Dessert createDessert();

这样既保证了开闭原则，又可以创建不同类族的商品（咖啡或者甜品）

测试

public class Client 
    public static void main(String[] args) 
        DessertFactory italyDessertFactory = new ItalyDessertFactory();
        Coffee italyCoffee = italyDessertFactory.createCoffee();
        Dessert italyDessert = italyDessertFactory.createDessert();
        italyCoffee.show();
        italyDessert.show();
    

制作ItalyCoffee
制作ItalymakeDessert

如果要加同一产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类了

3.3优缺点

优点：

• 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象

缺点：

• 当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改

3.4使用场景

• 当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机，洗衣机，空调等
• 系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢某一个品牌的衣服和鞋
• 系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构

如：输入法换皮肤，一整套一起换，生成不同操作系统的程序

单列集合获取迭代器的方法就使用到了工厂方法模式

DateFormat类中的getInstance()方法使用的是工厂模式

Calendae类中的getInstance()方法使用的是工厂模式