认真学习设计模式之工厂模式(Factory Pattern)

原创

程序员小默 2022-06-09 01:57:50 ©著作权

文章标签 工厂模式设计模式工厂方法子类抽象工厂 文章分类 后端开发

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者程序员小默的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

在设计模式中，所谓的“实现一个接口”并“不一定”表示“写一个类，并利用implement关键字实现某个Java接口”。“实现一个接口”泛指“实现某个超类型(可以是类或接口)的某个方法”。

工厂模式的意义是将实例化对象的代码提取出来，放到一个类中统一管理和维护，达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。

三种工厂模式(简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)

【1】简单工厂/静态工厂

简单工厂其实不是一个设计模式，反而比较像是一种编程习惯，使用一个工厂类的静态方法来获取具体的"产品"实例。

public class PizzaStore{
    public orderPizza(){
        //使用工厂类的静态方法获取Pizza实例
        Pizza a1=SimplePizzaFactory.createPizza();
        //...
    }
}
//工厂类
public class SimplePizzaFactory{
    //工厂类的静态方法
     public static Pizza createPizza(){
        //...
        return new CheesePizza();
    }
}
public abstract class Pizza {
    abstract  void  prepare();
    //...
}

实例uml图如下(核心思想就是将创建实例的地方交给工厂来做)：
认真学习设计模式之工厂模式(Factory Pattern)_设计模式

简单工厂模式是属于创建型模式，是工厂模式的一种。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式。

简单工厂模式：定义了一个创建对象的类，由这个类来封装实例化对象的行为(代码)

在软件开发中，当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时，就会使用到工厂模式。

【2】工厂方法模式

① 工厂方法模式

工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个，工厂方法让类把实例化推迟到子类。也就是一个抽象类里面有一个抽象方法，该方法用来生产产品，该抽象方法就是工厂方法。

工厂方法模式能够封装具体类型的实例化。看下面的类图，抽象的Creator提供了一个创建对象的方法的接口，也称为“工厂方法”。在抽象的Creator中，任何其他实现的方法，都可能使用到这个工厂方法所制造出来的产品，但只有子类真正实现这个工厂方法并创建产品。

这里需要注意的是，“工厂方法让子类决定要实例化的类是哪一个”。希望不要理解错误，所谓的“决定”，并不是指模式允许子类本身在运行时做决定，而是指在编写创建者类时，不需要知道实际创建的产品是哪一个。选择了使用哪个子类，自然就决定了实际创建的产品是什么。
认真学习设计模式之工厂模式(Factory Pattern)_子类_02

② 工厂方法

工厂方法用来处理对象的创建，并将这样的行为封装在子类中。这样客户程序中关于超类的代码就和子类对象创建代码解耦了。
认真学习设计模式之工厂模式(Factory Pattern)_工厂模式_03

工厂方法是抽象的，所以依赖子类来处理对象的创建；
工厂方法必须返回一个产品。超类中定义的方法，通常使用到工厂方法的返回值。
工厂方法将客户和实际创建具体产品的代码分隔开来；
工厂方法可能需要参数(也可能不需要)来指定所要的产品。

所有工厂模式都用来封装对象的创建。工厂方法模式(Factory Method Pattern)通过让子类决定该创建的对象是什么，来达到将对象创建的过程封装的目的。

工厂方法模式的组成元素

认真学习设计模式之工厂模式(Factory Pattern)_工厂方法_04

③ 工厂方法与简单工厂

简单工厂把全部的事情，在一个地方都处理完了。然而工厂方法却是创建一个框架，让子类决定如何实现。简单工厂的做法，可以将对象的创建封装起来，但是简单工厂不具备工厂方法的弹性，因为简单工厂不能变更正在创建的产品。

“工厂带来的好处”

将创建对象的代码几种在一个对象或方法中，可以避免代码中的重复，并且更方便以后的维护。这也意味着客户在实例化对象时，只会依赖于接口，而不是具体类。这可以帮助程序员“针对接口编程，而不针对实现编程”，这让代码更具有弹性，可以应对未来的扩展。

④ 依赖倒置原则

这里还涉及到一个设计原则“依赖倒置原则”。“要依赖抽象，不要依赖具体类”。这里更强调“抽象”，这个原则说明了：不能让高层组件依赖底层组件，而且，不管高层或底层组件，“两者”都应该依赖于抽象。

所谓“高层”组件，是由其他底层组件定义其行为的类。例如PizzaStore是个高层组件，因为它的行为是由比萨定义的：PizzaStore创建所有不同的比萨对象，准备、烘烤、切片、装盒；而比萨本身属于底层组件。

几个指导方针，帮助编码在OO设计中违反依赖倒置原则：

变量不可以持有具体类的引用；
不要让类派生自具体类；
不要覆盖基类中已实现的方法。

实际中，要完全遵守这些指导方针似乎不太可能，但是应该尽量达到这个原则，而不是随时都要遵循这个原则。

⑤ 工厂方法实例

//接口的应用：工厂方法的设计模式
public class TestFactoryMethod {
  public static void main(String[] args) {
    IWorkFactory i = new StudentWorkFactory();
    i.getWork().doWork();
    
    IWorkFactory i1 = new TeacherWorkFactory();
    i1.getWork().doWork();
  }
}
//接口定义一个工厂方法用来生产产品
interface IWorkFactory{
  Work getWork();
}
//子类实现工厂方法创建产品
class StudentWorkFactory implements IWorkFactory{
  public Work getWork() {
    return new StudentWork();
  }
}
//子类实现工厂方法创建产品
class TeacherWorkFactory implements IWorkFactory{
  public Work getWork() {
    return new TeacherWork();
  }
}

interface Work{
  void doWork();
}

class StudentWork implements Work{
  public void doWork() {
    System.out.println("学生写作业");
  }
}
class TeacherWork implements Work{
  public void doWork() {
    System.out.println("老师批改作业");
  }
}

【3】抽象工厂模式

抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。抽象工厂允许客户使用抽象的接口来创建一组相关的产品，而不需要知道(或关心)实际产出的具体产品是什么。这样一来，客户就从具体的产品中被解耦。

抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合。从设计层面看，抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)。

将工厂抽象成两层，AbsFactory(抽象工厂) 和具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇，更利于代码的维护和扩展。

UML类图
认真学习设计模式之工厂模式(Factory Pattern)_工厂方法_05

工厂方法和抽象工厂

抽象工厂的方法经常以工厂方法的方式实现。抽象工厂的任务是定义一个负责创建一组产品的接口。这个接口内的每个方法都负责创建一个具体产品，同时我们利用实现抽象工厂的子类来提供这些具体的做法。

抽象工厂与工厂方法都是负责创建对象，不同的是工厂方法是通过继承实现的，而抽象工厂是通过对象的组合实现的。这意味着利用工厂方法创建对象，需要扩展一个类并覆盖它的工厂方法。

其实整个工厂方法模式，只不过就是通过子类来创建对象。用这种做法，客户只需要知道他们所使用的抽象类型就可以了，而由子类来负责决定具体类型。换句话说，工厂方法只负责将客户从具体类型中解耦。

其实整个工厂方法模式，只不过就是通过子类来创建对象。用这种做法，客户只需要知道他们所使用的抽象类型就可以了，而由子类来负责决定具体类型。抽象工厂提供了一个用来创建一个产品家族的抽象类型，这个类型的子类定义了产品被产生的方法。要想使用这个工厂，必须先实例化它，然后将它传入一些针对抽象类型所写的代码中。所以和工厂方法意义，抽象工厂可以把客户从所使用的实际具体产品中解耦。抽象工厂的另一个优点是可以把一群相关的产品集合起来。