创建型设计模式之工厂模式

于 2021-12-27 16:55:14 发布
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分类专栏： Java设计模式 文章标签： java 设计模式 工厂方法模式 抽象工厂模式 后端
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工厂模式

需求：设计一个咖啡店点餐系统。 设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡 【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。 具体类的设计如下：

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，就会对该对象耦合严 重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，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，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象， 直接在工厂里更换该对象即可，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。

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。

现在使用简单工厂对上面案例进行改进，类图如下：

代码实现：


/**
 * 抽象咖啡类
 * @author xuzhilei
 */
public abstract class Coffee {
    /**
     * 获取咖啡类型的名称
     * @return String
     */
    public abstract String getName();

    /**
     * 加糖
     */
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    /**
     * 加奶
     */
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

/**
 * 拿铁咖啡
 * @author xuzhilei
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    /**
     * 重写父类抽象方法
     * @return 具体类型咖啡的名称
     */
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}
/**
 * 美式咖啡
 * @author xuzhilei
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {

    /**
     * 重写父类抽象方法
     * @return 具体类型咖啡的名称
     */
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

/**
 * 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡
 * @author xuzhilei
 */
public class SimpleCoffeeFactory {

    /**
     * 生产咖啡的方法
     * @param type 需要的咖啡类型
     * @return 生产出的咖啡对象
     */
    public Coffee createCoffee(String type) {
        //声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }

        return coffee;
    }
}
/**
 * 咖啡店类
 * @author xuzhilei
 */
public class CoffeeStore {
    /**
     * 点咖啡方法
     * @param type 顾客需要的咖啡类型
     * @return 具体的咖啡对象
     */
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        SimpleCoffeeFactory factory = new SimpleCoffeeFactory();
        //调用工厂对象中生产咖啡的方法
        Coffee coffee = factory.createCoffee(type);
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}
/**
 * 模拟点咖啡场景
 * @author xuzhilei
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店类对象
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        //根据顾客指定的类型字符串获取具体的咖啡对象
        Coffee coffee = store.orderCoffee("latte");
        //测试打印咖啡名称
        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

测试结果：

工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的 orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就 解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和 SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要需求修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原 则。

扩展：静态工厂

在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是 23种设计模式中的。代码如下

/**
 * 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡
 * @author xuzhilei
 */
public class SimpleCoffeeFactory {

    /**
     * 生产咖啡的方法
     * @param type 需要的咖啡类型
     * @return 生产出的咖啡对象
     */
    public static Coffee createCoffee(String type) {
        //声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }

        return coffee;
    }
}

工厂方法模式

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。

使用工厂方法模式对上例进行改进，类图如下：

 代码实现：省略不需要修改代码的类（在上面）

/**
 * 抽象工厂
 * @author xuzhilei
 */
public interface CoffeeFactory {
    /**
     * 创建咖啡对象的方法
     * @return Coffee
     */
    Coffee createCoffee();
}
/**
 * 拿铁咖啡工厂，专门用来生产拿铁咖啡
 * @author xuzhilei
 */
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    /**
     * 具体的生产咖啡的方法
     * @return 具体类型的咖啡对象
     */
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}
/**
 *美式咖啡工厂对象，专门用来生产美式咖啡
 * @author xuzhilei
 */
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    /**
     * 具体的生产咖啡的方法
     * @return 具体类型的咖啡对象
     */
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}
/**
 * 咖啡店类
 * @author xuzhilei
 */
public class CoffeeStore {
    /**
     * 声明咖啡工厂
     */
    private CoffeeFactory factory;
    /**
     * 使用set方法将工厂对象进行依赖注入
     * @param factory 
     */
    public void setFactory(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }
    /**
     * 点咖啡功能
     * @return 咖啡对象
     */
    public Coffee orderCoffee() {
        //生产咖啡
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addsugar();
        return coffee;
    }
}
/**
 *模拟点咖啡场景
 * @author xuzhilei
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店对象
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        //创建具体的工厂对象
        //CoffeeFactory factory = new AmericanCoffeeFactory();
        CoffeeFactory factory = new LatteCoffeeFactory();
        //注入工厂对象
        store.setFactory(factory);
        //点咖啡
        Coffee coffee = store.orderCoffee();
        //打印测试
        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

测试结果：

从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

优缺点

优点：

1、 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
2、 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，无须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。

抽象工厂模式

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产， 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（种类） 的产品，如电器厂既生 产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

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。

抽象工厂模式的主要角色如下：

1、抽象工厂（Abstract Factory）：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。
2、具体工厂（Concrete Factory）：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。
3、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，抽象工厂模式有多个抽象产品。
4、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 同具体工厂之间是多对一的关系。

实现需求

现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法 模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类 爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等 级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品 族（也就是都属于美式风味）。所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

 代码实现：省略不需要修改代码的类（在上面）

/**
 * 甜品抽象类
 * @author xuzhilei
 */
public abstract class Dessert {
    /**
     *展示甜品名称的抽象方法
     */
    public abstract void show();
}
/**
 * 提拉米苏类
 * @author xuzhilei
 */
public class Trimisu extends Dessert {
    /**
     *展示具体甜品名称的方法
     */
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}
/**
 * 抹茶慕斯类
 * @author xuzhilei
 */
public class MatchaMousse extends Dessert {
    /**
     * 模拟展示具体甜品名称的方法
     */
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}
/**
 * 工厂接口
 * @author xuzhilei
 */
public interface DessertFactory {

    /**
     * 生产咖啡的功能
     * @return 咖啡对象
     */
    Coffee createCoffee();

    /**
     * 生产甜品的功能
     * @return 甜品对象
     */
    Dessert createDessert();
}
/**
 * 意大利风味甜品工厂生产拿铁咖啡和提拉米苏甜品
 * @author xuzhilei
 */
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
    /**
     * 生产具体类型的咖啡
     * @return 具体类型的咖啡对象
     */
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
    /**
     * 生产具体类型的甜品
     * @return 具体类型的甜品对象
     */
    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new Trimisu();
    }
}
/**
 * 美式风味的甜品工厂，生产美式咖啡和抹茶慕斯
 * @author xuzhilei
 */
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {
    /**
     * 生产具体类型的咖啡
     * @return 具体类型的咖啡对象
     */
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
    /**
     * 生产具体类型的甜品
     * @return 具体类型的咖甜品对象
     */
    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}
/**
 * 模拟点咖啡和甜品的场景
 * @author xuzhilei
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        //创建的是意大利风味甜品工厂对象
        ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();
        //注入工厂对象
        coffeeStore.setFactory(factory);
        //模拟点咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee();
        System.out.println(coffee.getName());
        //模拟点甜品
        Dessert dessert = coffeeStore.orderDessert();
        dessert.show();
    }
}

测试结果：

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。满足开闭原则

模式扩展

简单工厂+配置文件解除耦合

可以通过工厂模式+配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。在工厂类中加载配置文件中的全 类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

第一步：定义配置文件

为了演示方便，我们使用properties文件作为配置文件，名称为bean.properties

american=com.yunda.review.designPattern.factory.configFactory.AmericanCoffee
latte=com.yunda.review.designPattern.factory.configFactory.LatteCoffee

第二步：改进工厂类

/**
 * @author: xuzhilei
 * @create: 2021-12-27 
 * @description: 读取配置文件的工厂
 **/
public class CoffeeFactory {
    /**
     * 声明存储对象的容器，map在类加载的时候进行初始化
     */
    private static final Map<String, Coffee> MAP = new HashMap<>();

    //静态代码块，类加载的时候会执行
    static {
        InputStream inputStream = null;
        try {
            //创建properties对象
            Properties ps = new Properties();
            //读取配置文件
            inputStream = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
            //加载到properties中
            ps.load(inputStream);
            //获取配置文件中所有的键
            Set<Object> keys = ps.keySet();
            //遍历所有的键，根据键拿到全类名
            for (Object key : keys) {
                String className = ps.getProperty((String) key);
                //获取类的字节码对象
                Class<?> clazz = Class.forName(className);
                //用反射获取对象
                Coffee instance = (Coffee) clazz.newInstance();
                //将反射生成的对象放入map容器中
                MAP.put((String) key, instance);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (inputStream != null) {
                    //关闭资源
                    inputStream.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    /**
     * 获取对象的静态方法
     *
     * @param type
     * @return
     */
    public static Coffee createCoffee(String type) {
        return MAP.get(type);
    }

}

 改进后的咖啡店类

/**
 * 咖啡店类
 * @author xuzhilei
 */
public class CoffeeStore {
    /**
     * 点咖啡方法
     * @param type 顾客需要的咖啡类型
     * @return 具体的咖啡对象
     */
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        //调用工厂对象中生产咖啡的方法
        Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee(type);
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}
/**
 * 模拟点咖啡场景
 * @author xuzhilei
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店类对象
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        //根据顾客指定的类型字符串获取具体的咖啡对象
        Coffee coffee = store.orderCoffee("latte");
        //测试打印咖啡名称
        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

测试结果：

   以上是个人随手敲的demo，如有不正确的地方，可以在下方留言指正，谢谢。与各位优快云的伙伴们共勉，每天记录一点点，每天进步一点点

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