工厂方法模式是使用频率非常高的设计模式,在日常开发经常可以见到。


什么是工厂方法模式?

工厂方法模式的定义:

Define an interface for creating an object,but let subclasses decide which class to instantiate.Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses.(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。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。)

工厂方法模式的通用类图如图8-1所示:

图8-1:工厂方法模式通用类图

设计模式—— 八 :工厂方法模式_ide


在工厂方法模式中,抽象产品类Product负责定义产品的共性,实现对事物最抽象的定 义;Creator为抽象创建类,也就是抽象工厂,具体如何创建产品类是由具体的实现工厂 ConcreteCreator完成的。


工厂方法模式的扩展比较多,以下是比较通用的工厂方法模式实例:

  • 抽象产品类:
public abstract class Product {
	// 产品类的公共方法
	public void method1() {
		// 业务逻辑处理
	}

	// 抽象方法
	public abstract void method2();

}

  • 具体产品类:
    具体的产品类可以有多个,都继承于抽象产品类。
public class ConcreteProduct1 extends Product{

	@Override
	public void method2() {
		// TODO Auto-generated method stub
		
	}

}


public class ConcreteProduct2 extends Product{

	@Override
	public void method2() {
		// TODO Auto-generated method stub
		
	}

}


  • 抽象工厂类
    抽象工厂类负责定义产品对象的产生。
public abstract class Creator {
	/** 创建一个产品对象,其输入参数类型可以自行设置 * 通常为String、Enum、Class等,当然也可以为空   */ 
	public abstract <T extends Product> T createProduct(Class<T> c);
}

  • 具体工厂类
    具体产生一个产品的对象,是由具体的工厂类实现的。
public class ConcreteCreator {
	public <T extends Product> T createProduct(Class<T> c) {
		Product product = null;
		try {
			product = (Product) Class.forName(c.getName()).newInstance();
		} catch (Exception e) {
			// 异常处理
		}
		return (T) product;
	}

}

  • 场景类:
public class Client {
	public static void main(String[] args) { 
		Creator creator = new ConcreteCreator();
		Product product = creator.createProduct(ConcreteProduct1.class); 
		/** 继续业务处理 */ }
}

Why工厂方法模式?

使用工厂方法模式有以下优点:

  • 良好的封装性,代码结构清晰。一个对象创建是有条件约束的,如一个调用者需 要一个具体的产品对象,只要知道这个产品的类名(或约束字符串)就可以了,不用知道创 建对象的艰辛过程,降低模块间的耦合。
  • 优秀的扩展性:在增加产品类的情况下,只要适当地修改具体 的工厂类或扩展一个工厂类,就可以完成“拥抱变化”。
  • 屏蔽产品类的具体细节:产品类的实现如何变化,调用者都不需要关 心,它只需要关心产品的接口,只要接口保持不变,系统中的上层模块就不要发生变化。因 为产品类的实例化工作是由工厂类负责的,一个产品对象具体由哪一个产品生成是由工厂类 决定的。
  • 解耦:高层模块值需要知道产品的抽象类,其他的实现类都不用关心,符合迪米特法则;也符合依赖倒置原则,只依赖产品类的抽象;同样符合里氏替换原则,使用产品子类替换产品父类。

简单工厂模式

简单工厂模式并不是一个标准的设计模式,但是在实际开发中是非常有用的。

简单工厂模式(Simple Factory Pattern):定义一个工厂类,它可以根据参数的不同返回不同类的 实例,被创建的实例通常都具有共同的父类。


以女娲造人为例:女娲在不同的场景下分别造出了白种人、黑种人、黄种人。
类图如下:

图8-2:简单工厂模式类图

设计模式—— 八 :工厂方法模式_其他_02

  • 简单工厂模式中的工厂类
public class HumanFactory {
	public static <T extends Human> T createHuman(Class<T> c) {
		// 定义一个生产出的人种
		Human human = null;
		try {
			// 产生一个人种
			human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
		} catch (Exception e) {
			System.out.println("人种生成错误!");
		}
		return (T) human;
	}
}

  • 人类:
public interface Human {
	//每个人种的皮肤都有相应的颜色 
	public void getColor(); 
	//人类会说话 
	public void talk();
}


  • 黄色人种类:
public class BlackHuman implements Human{

	@Override
	public void getColor() {
		System.out.println("黑色人种的皮肤颜色是黑色的!");
	}

	@Override
	public void talk() {
		System.out.println("Hey!Man.");	
	}

}

  • 白色人种类:
public class WhiteHuman implements Human{

	@Override
	public void getColor() {
		System.out.println("白肤色");
	}

	@Override
	public void talk() {
		System.out.println("Calm down!Guy!");
	}

}

  • 黄色人种类:
public class YellowHuman implements Human{

	@Override
	public void getColor() {
		System.out.println("黄土地的颜色!");
	}

	@Override
	public void talk() {
		System.out.println("五湖四海皆兄弟!");
	}

}

  • 女娲造人场景类:
public class NvWa {
	public static void main(String[] args) {
		// 女娲第一次造人,火候不足,于是白色人种产生了
		System.out.println("--造出的第一批人是白色人种--");
		Human whiteHuman = HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
		whiteHuman.getColor();
		whiteHuman.talk();
		// 女娲第二次造人,火候过足,于是黑色人种产生了
		System.out.println("\n--造出的第二批人是黑色人种--");
		Human blackHuman = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
		blackHuman.getColor();
		blackHuman.talk(); // 第三次造人,火候刚刚好,于是黄色人种产生了
		System.out.println("\n--造出的第三批人是黄色人种--");
		Human yellowHuman = HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
		yellowHuman.getColor();
		yellowHuman.talk();
	}
}


工厂方法模式与IOC/DI

Spring框架对工厂方法模式的应用是非常经典的。

IOC和DI详解

首先看一下什么是IOC和DI:

  • IOC:(InversionofControl)控制反转:

  • DI:(DependencyInjection)依赖注入


带着问题将这两个概念拆解开来:

  • 参与者都有谁:
    一般有三方参与者,一个是某个对象;一个是IOC/DI的容器;另一个是某个对象的外部资源。
    IOC/DI的容器简单点说就是指用来实现IOC/DI功能的一个框架程序;对象的外部资源指的就是对象需要的,但是是从对象外部获取的,都统称资源,

  • 谁依赖于谁:
    某个对象依赖于IOC/DI的容器

  • 为什么需要依赖:
    对象需要IOC/DI的容器来提供对象需要的外部资源

  • 谁注入于谁:
    IOC/DI的容器 注入 某个对象

  • 到底注入什么:
    注入某个对象所需要的外部资源

  • 谁控制谁:
    IOC/DI的容器控制对象

  • 控制什么:
    主要是控制对象实例的创建

  • 为何叫反转:
    反转是相对于正向而言的,所谓正向——常规情况下的应用程序,如果要在A里面使用C,就直接去创建C的对象,也就是说,是在A类中主动去获取所需要的外部资源C,这种情况被称为正向的。所谓反向——就是A类不再主动去获取C,而是被动等待,等待IOC/DI的容器获取一个C的实例,然后反向的注入到A类中。

  • 依赖注入和控制反转是同一概念吗?
    依赖注入和控制反转是对同一件事情的不同描述,从某个方面讲,就是它们描述的角度不同。依赖注入是从应用程序的角度在描述,可以把依赖注入描述完整点:应用程序依赖容器创建并注入它所需要的外部资源;而控制反转是从容器的角度在描述,描述完整点:容器控制应用程序,由容器反向的向应用程序注入应用程序所需要的外部资源。

IOC/DI对编程带来的最大改变不是从代码上,而是从思想上,发生了“主从换位”的变化。应用程序原本是老大,要获取什么资源都是主动出击,但是在IOC/DI思想中,应用程序就变成被动的了,被动的等待IOC/DI容器来创建并注入它所需要的资源了。
这么小小的一个改变其实是编程思想的一个大进步,这样就有效的分离了对象和它所需要的外部资源,使得它们松散耦合,有利于功能复用,更重要的是使得程序的整个体系结构变得非常灵活。


工厂方法模式和IOC/DI的联系

SpringBean 的创建是典型的工厂模式,IOC容器实现,就是利用一系列的 Bean 工厂,在 Spring 中有许多的 IOC 容器的实现供用户选择和使用,其相互关系如下:

图8-3:Spring IOC容器相互关系

设计模式—— 八 :工厂方法模式_设计模式_03

其中 BeanFactory 作为最顶层的一个接口类,它定义了 IOC 容器的基本功能规范,BeanFactory 有三个子类: ListableBeanFactory、HierarchicalBeanFactory 和 AutowireCapableBeanFactory。最终的 默认实现类是 DefaultListableBeanFactory,实现了所有的接口。定义这么多层次的接口是为了适应不同的场景。例如 ListableBeanFactory 接口表示这些 Bean 是可列表的,而 HierarchicalBeanFactory 表示的是这些Bean是有继承关系的 , 也就是每个 Bean 有 可 能 有 父 Bean 。 AutowireCapableBeanFactory 接口定义 Bean 的自动装配规则。这四个接口共同定义了 Bean 的集合、Bean 之间的 关系、以及 Bean 行为。

  • 最顶层的BeanFactory接口:
ackage org.springframework.beans.factory;

import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.core.ResolvableType;
import org.springframework.lang.Nullable;

public interface BeanFactory {
    String FACTORY_BEAN_PREFIX = "&";

    Object getBean(String var1) throws BeansException;

    <T> T getBean(String var1, Class<T> var2) throws BeansException;

    Object getBean(String var1, Object... var2) throws BeansException;

    <T> T getBean(Class<T> var1) throws BeansException;

    <T> T getBean(Class<T> var1, Object... var2) throws BeansException;

    <T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(Class<T> var1);

    <T> ObjectProvider<T> getBeanProvider(ResolvableType var1);

    boolean containsBean(String var1);

    boolean isSingleton(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isPrototype(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isTypeMatch(String var1, ResolvableType var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    boolean isTypeMatch(String var1, Class<?> var2) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    @Nullable
    Class<?> getType(String var1) throws NoSuchBeanDefinitionException;

    String[] getAliases(String var1);
}


⇐⇐ 设计模式—— 七 :单例模式
⇒⇒ 设计模式—— 九 :抽象工厂模式


参考:

【1】:《设计模式之禅》
【2】:《Java设计模式》
【3】:《Design-Pattern包教不包会(设计模式包教不包会)》
【4】:《研磨设计模式》
【5】:详解设计模式之工厂模式(简单工厂+工厂方法+抽象工厂)
【6】:《深度分析Spring源码》