Java设计模式——工厂方法模式

目录

四个基本要素

名称

问题

方案

效果

模式的结构

构造者

具体构造者

抽象产品（Abstract Product）

具体产品（Concrete Product）

工厂方法模式的类图

优点

缺点

模式具体应用

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工厂方法模式属于创建型设计模式。

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。工厂方法模式（Factory Method Pattern）使一个类的实例化延迟到其子类。

四个基本要素

名称

• 工厂方法模式

问题

• 在软件开发中，经常会遇到需要根据不同条件创建不同类型的对象的情况。如果直接在客户端代码中创建对象，会导致客户端代码与具体产品类耦合度较高，不利于后续的维护和扩展。

方案

• 定义一个抽象工厂接口或抽象类，其中包含一个用于创建产品的抽象方法。
• 具体的产品由具体的工厂子类实现，每个具体工厂负责创建特定类型的产品。
• 客户端通过调用工厂方法来创建产品，而不直接与具体产品类进行交互。

效果

• 将对象的创建与使用分离，降低了客户端代码与具体产品的耦合度。
• 提高扩展性，新增产品时只需添加新的具体工厂和具体产品，无需修改现有的代码。
• 客户端通过调用工厂方法来创建产品，而不直接与具体产品类进行交互。

模式的结构

构造者

• 是一个接口或抽象类，它包含一个用于创建不同类型产品的抽象方法。
• 客户端通过调用抽象方法来获取产品对象，而不需要知道具体产品的实现细节。
• 通常情况下，抽象工厂是一个接口或者抽象类。

具体构造者

• 实现了抽象工厂（Abstract Factory）定义的接口或者继承了抽象工厂类，并实现了其中定义的方法，用于创建具体的产品对象。
• 每个具体工厂类通常对应一个产品族或者产品等级结构，它包含了一组用于创建具体产品对象的方法。
• 在客户端需要创建产品对象时，通过调用具体工厂的方法来获取对应的产品对象。

抽象产品（Abstract Product）

• 定义了产品对象的接口或抽象类，描述了产品对象应该具有的通用行为和属性。
• 通常作为工厂模式中的一个基类，用于统一表示一组相关的产品对象。
• 抽象产品的存在使得客户端代码可以通过与抽象产品进行交互，而不需要关心具体产品的实现细节，从而实现了客户端与具体产品类的解耦。

具体产品（Concrete Product）

• 具体产品类实现了抽象产品类（或接口）所定义的方法，从而提供了产品对象的具体行为和属性。
• 是工厂方法模式的核心，每个具体产品类对应一个具体工厂类，负责创建该产品的实例。
• 具体产品类的存在使得系统可以根据需求创建不同类型的产品对象，并通过客户端来使用。

工厂方法模式的类图

优点

• 符合开闭原则：修改现有代码的情况下引入新的产品类。
• 高内聚低耦合：将对象的创建与使用分离。
• 符合单一职责原则：每个具体工厂类只负责创建一种产品。
• 灵活性高：客户端代码在运行时动态选择具体工厂类，从而实现了灵活的对象创建方式。

缺点

• 类的数量增加：每个具体产品都需要对应一个具体工厂类，这会增加系统的复杂度和理解难度。
• 增加了系统的抽象程度：工厂方法模式引入了抽象工厂和抽象产品，增加了系统的抽象程度，可能会导致系统的理解和设计难度增加。

模式具体应用

某工厂准备开发一个圆珠笔产品线，目前有一个笔芯类，有红笔芯、蓝笔芯、黑笔芯三个具体产品。该产品线的目的是为用户提供一个圆珠笔实例，分别有红色笔芯的圆珠笔、蓝色笔芯的圆珠笔和黑色笔芯的圆珠笔。

抽象产品（Product） : PenCore.java  

public abstract class PenCore {
    public String color; // 笔芯颜色

    public PenCore(String color) {
        this.color = color;
    }

    public abstract void writeWord(String s);
}

 具体产品（ConcreteProduct）_1 : RedPenCore.java

public class RedPenCore extends PenCore {

    public RedPenCore() {
        super( "红色");
    }

    @Override
    public void writeWord(String s) {
        System.out.println("用[" + color + "笔芯]写出{"+color+"}的字: " + s);

    }
}

具体产品（ConcreteProduct）_2 : BluePenCore.java

public class BluePenCore extends PenCore{

    public BluePenCore() {
        super("蓝色");
    }

    @Override
    public void writeWord(String s) {
        System.out.println("用[" + color + "笔芯]写出{"+color+"}的字: " + s);
    }
}

 具体产品（ConcreteProduct）_3: BlackPenCore.java

public class BlackPenCore extends PenCore{


    public BlackPenCore() {
        super("黑色");
    }

    @Override
    public void writeWord(String s) {
        System.out.println("用[" + color + "笔芯]写出{"+color+"}的字: " + s);
    }
}

 构造者（Creator）:  BallPen.java

public abstract class BallPen {
    public BallPen() {
        System.out.println("生产了一只装有"+ getPenCore().color + "笔芯的圆珠笔");
    }

    public abstract PenCore getPenCore(); //工厂方法
}

 具体构造者（ConcreteCreator）: BlackBallPen.java

public class BlackBallPen extends BallPen {

    @Override
    public PenCore getPenCore() {
        return new BlackPenCore();
    }
}

 具体构造者（ConcreteCreator）: BlueBallPen.java

public class BlueBallPen extends BallPen{
    @Override
    public PenCore getPenCore() {
        return new BluePenCore();
    }
}

 具体构造者（ConcreteCreator）: RedBallPen.java

public class RedBallPen extends BallPen{
    @Override
    public PenCore getPenCore() {
        return new RedPenCore();
    }
}

 测试：ApiTest.java

public class ApiTest {
    int sharedVariable = 0;

    @Test
    public void factoryMethodPattern(){
        PenCore penCore;
        BallPen ballPen;
        ballPen = new BlueBallPen();
        penCore = ballPen.getPenCore();
        penCore.writeWord("hello");

    }

    @Test
    public void test1(){

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                sharedVariable++;
            }
        });
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    sharedVariable++;

            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
            thread1.join();
            thread2.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("Final value of sharedVariable: " + sharedVariable);
    }
}