Java中的GOF23（23中设计模式）--------- 工厂模式（Factory）

Posted 2020-08-07 刘酸酸

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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Java中的GOF23（23中设计模式）--------- 工厂模式（Factory）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

Java中的GOF23（23中设计模式）--------- 工厂模式（Factory）

　　　　在给大家介绍工厂模式之前，我想和大家聊聊面向对象的那点事，在这里，引入三个概念。

　　　　　　开闭原则（Open Closed Principle）是Java世界里最基础的设计原则，它指导我们如何建立一个稳定的、灵活的系统：一个软件实体如类、模块和函数应该对扩展开放，对修改关闭。说白了就是在这里我的项目写完了，你到改某些功能，就只能添加新的类，不能修改其他的类，在这里也许会有很多的人会说，为什么呀，我举个例子，你做的版本是2.5的然后你要做2.6的如果你全部都修改了，那就意味着所有的测试用例要改，并且你的工期也得大大的延长，预算也会大大的提高 ·········

　　　　　　注意：开闭原则对扩展开放，对修改关闭，并不意味着不做任何修改，底层模块的变更，必然要有高层模块进行耦合，否则就是一个孤立无意义的代码片段了。

　　　　　　迪米特法则（Law of Demeter，LoD）也称为最少知识原则（Least Knowledge Principle，LKP），一个对象应该对其他对象有最少的了解。通俗地讲，一个类应该对自己需要耦合或调用的类知道得最少，你（被耦合或调用的类）的内部是如何复杂都和我没关系，那是你的事情，我就知道你提供的public方法，我就调用这么多，其他的一概不关心。说白了就是只和朋友类交流，而朋友类的定义是这样的：出现在成员变量、方法的输入输出参数中的类称为成员朋友类，而出现在方法体内部的类不属于朋友类。

　　　　　　依赖倒置原则（DIP--Dependency Inversion Principle）：高层模块不应该依赖于低层模块,二者都应该依赖于抽象，抽象不应该依赖于细节,细节应该依赖于抽象。高层模块包含了一个应该程序中的重要的策略选择和业务模型，正是这些高层模块才使得其所有的应用程序区别于其他，如果高层依赖于低层,那么对低层模块的改动就会直接影响到高层模块,从而迫使它们依次做出改动。说白了就是应该面向接口编程，而不应该面向实体类编程。

　　　其实这种编程的原则还有几个，当然我也只是为了更好的引出上述的工厂模式，其他的会在其他的设计模式当中一一提出的，

　　　下面我就给大家说说工厂模式吧，工厂模式主要是为创建对象提供过渡接口，以便将创建对象的具体过程屏蔽隔离起来，达到提高灵活性的目的。工厂模式主要分为三个，在某些书中分为两类主要是将简单工厂模式（Simple Factory）看为工厂方法模式的一种特例，两者归为一类。

　　　　　　1）简单工厂模式（Simple Factory） 又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。在简单工厂模式中，可以根据自变量的不同返回不同类的实例。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。

　　　　　　　　（1）工厂类（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，含有与应用紧密相关的商业逻辑。工厂类在客户端的直接调用下创建产品对象，它往往由一个具体Java 类实现。

　　　　　　　　　（2）抽象产品（Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。抽象产品角色可以用一个Java 接口或者Java 抽象类实现。

　　　　　　　　　（3）具体产品（Concrete Product）角色：工厂方法模式所创建的任何对象都是这个角色的实例，具体产品角色由一个具体Java 类实现。

 1 /**
 2  * 
 3  * @author 刘酸酸，
 4  * 这是我们的产品类的总接口，就是说我们的每一辆汽车都会有驾驶的功能
 5  *
 6  */
 7 public interface Car {
 8     void driver();
 9 }
10 /**
11  * 大货车
12  * @author 刘酸酸
13  *
14  */
15 public class BigTruck implements Car {    
16 
17     public BigTruck() {
18         driver();
19     }
20 
21     @Override
22     public void driver() {
23         System.out.println("大货车出发了····");
24     }
25 
26 }
27 /**
28  * 
29  * @author 刘酸酸，
30  * 
31  *
32  */
33 public class Bus implements Car {
34     
35     public Bus() {
36         driver();
37     }
38 
39     @Override
40     public void driver() {
41         System.out.println("大客车出发了");
42     }
43 }
44 /**
45  * 创建产品的工厂类
46  * @author 刘酸酸  
47  *
48  */
49 public class Factory {
50     public static Car createCar(int flag){
51         switch (flag) {
52         case 1:
53             return new BigTruck();
54         case 2:
55             return new Bus();
56         case 3:
57             return new Sedan();
58         }
59         return null;
60     } 
61 }
62 /**
63  * 相当于我们的客户类
64  * @author 刘酸酸
65  *
66  */
67 public class Main {
68     public static void main(String[] args) {
69         Factory.createCar(1);
70         Factory.createCar(2);
71         Factory.createCar(3);
72     }
73 }

　　　　简单工厂模式的优缺点

　　　　　　简单工厂模式的优点如下：

　　　　　　　　（1）工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品；简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象。

　　　　　　　　（2）客户端无需知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量。

　　　　　　　　（3）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。

　　　　　　简单工厂模式的缺点如下：

　　　　　　　　（1）由于工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。

　　　　　　　　（2）使用简单工厂模式将会增加系统中类的个数，在一定程序上增加了系统的复杂度和理解难度。

　　　　　　　　（3）系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护。

　　　　　　　　（4）简单工厂模式由于使用了静态工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。

　　　　　　简单工厂模式的适用环境

　　　　　　　　（1）工厂类负责创建的对象比较少：由于创建的对象较少，不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂；

　　　　　　　　（2）客户端只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象不关心：客户端既不需要关心创建细节，甚至连类名都不需要记住，只需要知道类型所对应的参数。

2）工厂方法模式（Factory Method） ：工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。Factory Method是一个类的实例化延迟到其子类。在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有的产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做。这个核心类则摇身一变，成为了一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。

　　工厂方法模式角色

　　　（1）抽象工厂（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用程序无关的。任何在模式中创建对象的工厂类必须实现这个接口。在上面的系统中这个角色由Java 接口Creator 扮演；在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象Java 类实现。

　　　（2）具体工厂（Concrete Creator）角色：担任这个角色的是实现了抽象工厂接口的具体Java 类。具体工厂角色含有与应用密切相关的逻辑，并且受到应用程序的调用以创建产品对象。在本系统中给出了两个这样的角色，也就是具体Java 类ConcreteCreator1 和 ConcreteCreator2。

　　　（3）抽象产品（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。在本系统中，这个角色由Java 接口Product 扮演；在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象Java 类实现。

　　　（4）具体产品（Concrete Product）角色：这个角色实现了抽象产品角色所声明的接口。工厂方法模式所创建的每一个对象都是某个具体产品角色的实例。

　　　　产品类介绍

 1 /**
 2  * 
 3  * @author 刘酸酸，
 4  * 这是我们的产品类的总接口，就是说我们的每一辆汽车都会有驾驶的功能
 5  *
 6  */
 7 public abstract class Car {
 8     public abstract void driver();
 9 }
10 
11 /**
12  * 大货车
13  * @author 刘酸酸
14  *
15  */
16 public class BigTruck extends Car {    
17 
18 
19     @Override
20     public void driver() {
21         System.out.println("的大货车出发了····");
22     }
23 
24 }
25 /**
26  * 
27  * @author 刘酸酸，
28  * 
29  *
30  */
31 public class Bus extends Car {
32     
33 
34     @Override
35     public void driver() {
36         System.out.println("客车开动了 ");
37     }
38 
39 }/**
40  * 小轿车
41  * @author 刘酸酸
42  *
43  */
44 public class Sedan extends Car {
45     
46     @Override
47     public void driver() {
48         System.out.println("小轿车出发了");
49     }
50 
51 }

　　　　工厂类的介绍

 1 /**
 2  * 创建产品的总工厂，大家可以理解为里面有多个小车间
 3  * @author 刘酸酸  
 4  *
 5  */
 6 public abstract class Factory {
 7     
 8     public abstract Car getCar();
 9 }
10 
11 /**
12  * 我们的生产大货车的小车间
13  * @author 刘酸酸
14  *
15  */
16 public class BigTruckFactory extends Factory{
17 
18     @Override
19     public Car getCar() {
20         return new BigTruck();
21     }
22 
23 }
24 /**
25  * 生产大客车的小车间
26  * @author 刘酸酸
27  *
28  */
29 public class BusFactory extends Factory{
30 
31     @Override
32     public Car getCar() {
33         return new Bus();
34     }
35 
36 }
37 /**
38  * 生产小轿车的小车间
39  * @author 刘酸酸
40  *
41  */
42 public class SedanFactory extends Factory{
43 
44     @Override
45     public Car getCar() {
46         return new Sedan();
47     }
48 
49 }

　　　　客户类

 1 /**
 2  * 相当于我们的客户类
 3  * @author 刘酸酸
 4  *
 5  */
 6 public class Main {
 7     public static void main(String[] args) {
 8         new BigTruckFactory().getCar().driver();
 9         new BusFactory().getCar().driver();
10         new SedanFactory().getCar().driver();
11     }
12 }

工厂方法模式的优缺点

　　工厂方法模式的优点如下：

　　　　（1）在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无需关心创建细节，甚至无需知道具体产品类的类名。

　　　　（2）基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。

　　　　（3）使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无需修改客户端，也无需修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。

　　工厂方法模式的缺点如下：

　　　　（1）在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。

　　　　（2）由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

　　工厂方法模式的适用环境

　　　　（1）一个类不知道它所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建；客户端需要知道创建具体产品的工厂类。

　　　　（2）一个类通过其子类来指定创建哪个对象：在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。

　　　　（3）将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无需关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

3）抽象工厂模式（Abstract Factory）：抽象工厂模式提供一个创建一系列或相互依赖的对象的接口，而无需指定它们具体的类。

　　抽象工厂模式角色

　　　　（1）抽象工厂（AbstractFactory）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用系统的商业逻辑无关的。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现，而所有的具体工厂类必须实现这个Java 接口或继承这个抽象Java 类。

　　　　（2）具体工厂类（Conrete Factory）角色：这个角色直接在客户端的调用下创建产品的实例。这个角色含有选择合适的产品对象的逻辑，而这个逻辑是与应用系统的商业逻辑紧密相关的。通常使用具体Java 类实现这个角色。

　　　　（3）抽象产品（Abstract Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现这一角色。

　　　　（4）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。这是客户端最终需要的东西，其内部一定充满了应用系统的商业逻辑。通常使用具体Java 类实现这个角色。

　　产品类

 1 /**
 2  * 
 3  * @author 刘酸酸，
 4  * 这是我们的产品类的总接口，就是说我们的每一辆汽车都会有驾驶的功能
 5  *
 6  */
 7 public abstract class Car {
 8     public abstract void driver();
 9 }
10 /**
11  * 
12  * @author 刘酸酸，
13  * 
14  *
15  */
16 public class Bus extends Car {
17     
18 
19     @Override
20     public void driver() {
21         System.out.println("客车开动了 ");
22     }
23 
24 }/**
25  * 大货车
26  * @author 刘酸酸
27  *
28  */
29 public class BigTruck extends Car {    
30 
31 
32     @Override
33     public void driver() {
34         System.out.println("大货车出发了····");
35     }
36 
37 }
38 /**
39  * 
40  * @author 刘酸酸，
41  * 这是我们的产品类的总接口，就是说我们的每一辆汽车都会有驾驶的功能
42  *
43  */
44 public abstract class Train {
45     public abstract void driver();
46 }
47 
48 /**
49  * 拉货的火车
50  * @author 刘酸酸
51  *
52  */
53 public class GoodsTrain extends Train {    
54 
55 
56     @Override
57     public void driver() {
58         System.out.println("拉货的火车出发了····");
59     }
60 
61 }
62 
63 /**
64  * 动车
65  * @author 刘酸酸
66  *
67  */
68 public class DTrain extends Train {
69     
70     @Override
71     public void driver() {
72         System.out.println("动车出发了");
73     }
74 
75 }

　　工厂类

 1 /**
 2  * 创建产品的总工厂，
 3  * @author 刘酸酸  
 4  *
 5  */
 6 public abstract class Factory {
 7     
 8     public abstract Car getCar();
 9     public abstract Train getTrain();
10     
11 }
12 /**
13  * 生产拉货的交通工具
14  * @author 刘酸酸
15  *
16  */
17 public class GoodsFactory extends Factory{
18 
19     @Override
20     public Car getCar() {
21         return new BigTruck();
22     }
23 
24     @Override
25     public Train getTrain() {
26         return new GoodsTrain();
27     }
28 
29 }
30 /**
31  * 我们的生产可以坐人的车
32  * @author 刘酸酸
33  *
34  */
35 public class peopleFactory extends Factory{
36 
37     @Override
38     public Car getCar() {
39         return new Bus();
40     }
41 
42     @Override
43     public Train getTrain() {
44         return new DTrain();
45     }
46 
47 }

　　客户类

 1 /**
 2  * 相当于我们的客户类
 3  * @author 刘酸酸
 4  *
 5  */
 6 public class Main {
 7     public static void main(String[] args) {
 8         
 9         //生产拉货的车
10         GoodsFactory goodsFactory = new GoodsFactory();
11         goodsFactory.getCar().driver();
12         goodsFactory.getTrain().driver();
13         
14         //生产拉人的车
15         peopleFactory peopleFactory = new peopleFactory();
16         peopleFactory.getCar().driver();
17         peopleFactory.getTrain().driver();
18     }
19 }