定义
工厂模式(Factory Method)是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。工厂类来封装实例化对象的行为,将产品的 “实现” 和 “使用” 解耦。
工厂模式有三类:简单工厂模式、工厂方法模式、 抽象工厂模式。
工厂模式属于类创建型模式,抽象工厂模式属于对象创建型模式。
要点
抽象工厂(Abstract Factory):提供创建产品的接口,调用者通过它访问具体工厂的实现方法来创建产品。
具体工厂(ConcreteFactory):实现抽象工厂中的抽象方法来完成具体产品的创建。
抽象产品(Product):定义产品规范,描述产品主要特性和功能。
具体产品(ConcreteProduct):抽象产品的特定需求来实现,由具体工厂来创建,它同具体工厂之间一一对应。
场景
当使用 new 实例化一个具体类时,代码绑着具体类会让代码更脆弱,缺乏弹性。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。
例如有披萨店,客户从 店铺点餐台(OrderPizza) 下单想要的披萨:
Pizza orderPizza(String pizzaType) {
Pizza pizza;
if(pizzaType.equals("Pepper")) {
pizza = new PepperPizza();
} else if (pizzaType.equals("Greek")) {
pizza = new GreekPizza();
} else if (pizzaType.equals("Cheese")) {
pizza = new CheesePizza();
}
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
return pizza;
}
但是需求发生变化时,例如店铺上架、下架一些 Pizza ,就必须重新打开这段代码进行检查和修改,已经违反了开闭原则,而且点餐台不应该考虑披萨的制作,应该交给 后厨(披萨工厂,Factory) 负责处理。
实现
这里主要用代码来演示,可以在Github的链接中获取源码。
1. 简单工厂模式
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 。简单工厂模式不是一个设计模式,而是一种编程习惯。
if(pizzaType.equals("Pepper")) {
pizza = new PepperPizza();
} else if (pizzaType.equals("Greek")) {
pizza = new GreekPizza();
} else if (pizzaType.equals("Cheese")) {
pizza = new CheesePizza();
}
我们需要把上面的部分代码抽离出来搬到另一个对象中,这个新对象只需要负责创建 Pizza,这个新对象就是 “工厂”,OrderPizza 只需要关心从工厂得到一个披萨就行:
public class SimplePizzaFactory {
public Pizza createPizza(String pizzaType) {
Pizza pizza;
switch (pizzaType) {
case "Pepper":
pizza = new PepperPizza();
pizza.setPizzaName("胡椒风味披萨");
return pizza;
case "Greek":
pizza = new GreekPizza();
pizza.setPizzaName("希腊风味披萨");
return pizza;
case "Cheese":
pizza = new CheesePizza();
pizza.setPizzaName("芝士风味披萨");
return pizza;
default:
return null;
}
}
}
示例
需求:披萨项目,需要方便披萨种类的扩展,便于维护,定义一个可以实例化 Pizaa 对象的类,封装创建对象的代码。
1)披萨的种类很多(比如 GreekPizz、CheesePizz 等)
2)披萨的制作有 prepare,bake, cut, box
3)完成披萨店订购功能。
披萨类(抽象)
/**
* Pizza 抽象类
*/
public abstract class Pizza {
/**
* 披萨类型
*/
protected String pizzaType;
/**
* 准备原材料, 不同的披萨不一样,做成抽象方法
*/
public abstract void prepare();
/**
* 烘烤
*/
public void bake() {
System.out.println(pizzaType + "baking...");
}
/**
* 切块
*/
public void cut() {
System.out.println(pizzaType + "cutting...");
}
/**
* 包装
*/
public void box() {
System.out.println(pizzaType + "boxing...");
}
public void setPizzaType(String pizzaType) {
this.pizzaType = pizzaType;
}
}
胡椒风味披萨
/**
* 胡椒风味披萨
*/
public class PepperPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
System.out.println("给胡椒风味披萨准备原材料");
}
}
希腊风味披萨
/**
* 希腊风味披萨
*/
public class GreekPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
System.out.println("给希腊风味披萨准备原材料");
}
}
芝士风味披萨
/**
* 芝士风味披萨
*/
public class CheesePizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
System.out.println("给芝士风味披萨准备原材料");
}
}
简单工厂类
/**
* 简单披萨工厂类
*/
public class SimplePizzaFactory {
public Pizza createPizza(String pizzaType) {
Pizza pizza;
switch (pizzaType) {
case "PepperPizza":
pizza = new PepperPizza();
pizza.setPizzaType("胡椒风味披萨");
return pizza;
case "GreekPizza":
pizza = new GreekPizza();
pizza.setPizzaType("希腊风味披萨");
return pizza;
case "CheesePizza":
pizza = new CheesePizza();
pizza.setPizzaType("芝士风味披萨");
return pizza;
default:
return null;
}
}
}
披萨商店
/**
* 披萨商店
*/
public class PizzaStore {
private static final BufferedReader READER = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
/**
* 给披萨商店供货的披萨工厂( 后厨 )
*/
private SimplePizzaFactory factory;
public PizzaStore(SimplePizzaFactory factory) {
this.factory = factory;
}
/**
* 披萨制作流程
*/
public void orderPizza() {
String pizzaType;
Pizza pizza;
do {
pizzaType = getType();
// 使用简单工厂创建实例,解耦!解耦!解耦!
pizza = this.factory.createPizza(pizzaType);
if (pizza != null) {
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} else {
System.out.println("披萨暂时缺货!请重新订购。");
}
} while (true);
}
/**
* 获取客户订购的披萨种类
*
* @return 披萨类型
*/
private static String getType() {
System.out.println("\n请输入披萨类型:");
try {
return READER.readLine();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
return "";
}
}
}
这里的工厂,将对象实例化抽离出来,解耦。
源代码
2. 工厂方法模式
工厂方法模式定义了一个创建产品对象的接口,需要子类决定需要实例化的类是哪一个。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。
示例
新需求:
有了加盟披萨店,根据加盟店地域的饮食口味不同,每家加盟店可以提供地域特色的披萨,比如 北京风味的胡椒披萨、伦敦风味的胡椒披萨。
分析:
如果使用简单工厂模式创建不同的简单工厂类,比如 BJPizzaSimpleFactory、LDPizzaSimpleFactory 等等,那么每家工厂都有了各自的制作流程,这是不行的,必须符合总店的制作流程规范才行,然后,这些加盟店可以自由地制作符合该区域特色风味的披萨。
将披萨的制作流程做成抽象方法,在不同的披萨工厂中具体实现。
北京胡椒风味披萨
/**
* 北京胡椒风味披萨
*/
public class BJPepperPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
System.out.println("给北京胡椒风味披萨准备原材料");
}
}
伦敦胡椒风味披萨
/**
* 伦敦胡椒风味披萨
*/
public class LDPepperPizza extends Pizza {
@Override
public void prepare() {
System.out.println("给伦敦胡椒风味披萨准备原材料");
}
}
披萨商店(抽象)
/**
* 披萨商店(抽象)
*/
public abstract class AbstractPizzaStore {
private static final BufferedReader READER = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
/**
* 定义抽象方法createPizza, 让各个工厂子类自己实现当地的特色风味披萨
*/
protected abstract Pizza createPizza(String pizzaType);
/**
* 披萨制作流程,所有的加盟店都需要遵守
*/
protected final void orderPizza() {
String pizzaType;
Pizza pizza;
do {
pizzaType = getType();
// 顾客决定工厂,子类工厂决定披萨,解耦!解耦!解耦!
pizza = createPizza(pizzaType);
if (pizza != null) {
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} else {
System.out.println("披萨暂时缺货!请重新订购。");
}
} while (true);
}
/**
* 获取客户订购的披萨种类
*
* @return 披萨类型
*/
private String getType() {
System.out.println("\n请输入披萨类型:");
try {
return READER.readLine();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return "";
}
}
北京披萨商店
/**
* 北京披萨商店
*/
public class BJPizzaStore extends AbstractPizzaStore {
@Override
public Pizza createPizza(String pizzaType) {
Pizza pizza;
switch (pizzaType) {
case "PepperPizza":
pizza = new BJPepperPizza();
pizza.setPizzaType("北京胡椒风味披萨");
return pizza;
case "GreekPizza":
pizza = new BJGreekPizza();
pizza.setPizzaType("北京希腊风味披萨");
return pizza;
case "CheesePizza":
pizza = new BJCheesePizza();
pizza.setPizzaType("北京芝士风味披萨");
return pizza;
default:
return null;
}
}
}
伦敦披萨商店
/**
* 伦敦披萨商店
*/
public class LDPizzaStore extends AbstractPizzaStore {
@Override
public Pizza createPizza(String pizzaType) {
Pizza pizza;
switch (pizzaType) {
case "PepperPizza":
pizza = new LDPepperPizza();
pizza.setPizzaType("伦敦胡椒风味披萨");
return pizza;
case "GreekPizza":
pizza = new LDGreekPizza();
pizza.setPizzaType("伦敦希腊风味披萨");
return pizza;
case "CheesePizza":
pizza = new LDCheesePizza();
pizza.setPizzaType("伦敦芝士风味披萨");
return pizza;
default:
return null;
}
}
}
这里的工厂生产一种产品,那就是披萨。
源代码
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,而无需指明具体的类。
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,客户就从具体的产品中被解耦。
示例
需求:
工厂模式让所有加盟店使用总店的制作流程规范,为了防止加盟店使用廉价的食材增加利润,这可能会损害品牌形象,我们需要建立一家原料工厂来防止这样的事情发生。但是,不同地域的食材可能是不一样的。
这次的工厂面向的是披萨原料。
酱料
/**
* 酱料类型
*/
public interface Sauce {
/**
* 获取酱料类型名
*/
String getSauceType();
}
/**
* 面团类型
*/
public interface Dough {
/**
* 获取面团类型名
*/
String getDoughType();
}
/**
* 芝士类型
*/
public interface Cheese {
/**
* 获取芝士类型名
*/
String getCheeseType();
}
披萨(抽象)
/**
* 披萨(抽象)
*/
public abstract class AbstractPizza {
/**
* 披萨类型
*/
protected String pizzaType;
/**
* 披萨的酱料
*/
protected Sauce sauce;
/**
* 披萨的面团
*/
protected Dough dough;
/**
* 披萨的芝士
*/
protected Cheese cheese;
/**
* 基本的做法(具体种类的披萨去实现)
*/
public abstract void prepare();
/**
* 烘烤
*/
public void bake() {
System.out.println( pizzaType + "baking...");
}
/**
* 切块
*/
public void cut() {
System.out.println(pizzaType + "cutting...");
}
/**
* 包装
*/
public void box() {
System.out.println(pizzaType + "boxing...");
}
public void setPizzaType(String pizzaType) {
this.pizzaType = pizzaType;
}
}
北京风味的芝士披萨
/**
* 北京风味的芝士披萨
*/
public class BJCheesePizza extends AbstractPizza {
private PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
public BJCheesePizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory) {
this.ingredientFactory = ingredientFactory;
}
@Override
public void prepare() {
System.out.println(pizzaType + " preparing...");
sauce = ingredientFactory.createSauce();
System.out.println("sauce: " + sauce.getSauceType());
dough = ingredientFactory.createDough();
System.out.println("dough: " + dough.getDoughType());
cheese = ingredientFactory.createCheese();
System.out.println("cheese: " + cheese.getCheeseType() + "\n");
}
}
伦敦风味的芝士披萨
/**
* 伦敦风味的芝士披萨
*/
public class LDCheesePizza extends AbstractPizza {
private PizzaIngredientFactory ingredientFactory;
public LDCheesePizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory) {
this.ingredientFactory = ingredientFactory;
}
@Override
public void prepare() {
System.out.println(pizzaType + " preparing...");
sauce = ingredientFactory.createSauce();
System.out.println("sauce: " + sauce.getSauceType());
dough = ingredientFactory.createDough();
System.out.println("dough: " + dough.getDoughType());
cheese = ingredientFactory.createCheese();
System.out.println("cheese: " + cheese.getCheeseType() + "\n");
}
}
披萨商店(抽象)
/**
* 披萨商店(抽象)
*/
public abstract class AbstractPizzaStore {
private static final BufferedReader READER = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
/**
* 让子类自己实现
*/
protected abstract AbstractPizza createPizza(String pizzaType);
/**
* 披萨制作流程
*/
protected final void orderPizza() {
String pizzaType;
AbstractPizza pizza;
do {
pizzaType = getType();
pizza = createPizza(pizzaType);
if (pizza != null) {
pizza.prepare();
pizza.bake();
pizza.cut();
pizza.box();
} else {
System.out.println("披萨暂时缺货!请重新订购。");
}
} while (true);
}
/**
* 获取客户订购的披萨种类
*
* @return 披萨类型
*/
private String getType() {
System.out.println("\n请输入披萨类型:");
try {
return READER.readLine();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return "";
}
}
伦敦披萨商店
/**
* 伦敦披萨商店
*/
public class BJPizzaStore extends AbstractPizzaStore {
private PizzaIngredientFactory ingredientFactory = new BJPizzaIngredientFactory();
@Override
protected AbstractPizza createPizza(String pizzaType) {
AbstractPizza pizza;
switch (pizzaType) {
case "CheesePizza":
pizza = new BJCheesePizza(ingredientFactory);
pizza.setPizzaType("北京芝士风味披萨");
return pizza;
default:
return null;
}
}
}
伦敦披萨商店
/**
* 伦敦披萨商店
*/
public class LDPizzaStore extends AbstractPizzaStore {
private PizzaIngredientFactory ingredientFactory = new LDPizzaIngredientFactory();
@Override
protected AbstractPizza createPizza(String pizzaType) {
AbstractPizza pizza;
switch (pizzaType) {
case "CheesePizza":
pizza = new LDCheesePizza(ingredientFactory);
pizza.setPizzaType("伦敦风味披萨");
return pizza;
default:
return null;
}
}
}
食材工厂定义接口(抽象工厂)
/**
* 为食材工厂定义接口
*/
public interface PizzaIngredientFactory {
/**
* 面团
*/
Dough createDough();
/**
* 酱料
*/
Sauce createSauce();
/**
* 芝士
*/
Cheese createCheese();
}
北京披萨食材工厂
/**
* 北京披萨食材工厂
*/
public class BJPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory {
@Override
public Sauce createSauce() {
return new MarinaraSauce();
}
@Override
public Dough createDough() {
return new ThinCrustDough();
}
@Override
public Cheese createCheese() {
return new ReggianoCheese();
}
}
伦敦披萨食材工厂
/**
* 伦敦披萨食材工厂
*/
public class LDPizzaIngredientFactory implements PizzaIngredientFactory {
@Override
public Sauce createSauce() {
return new PlumTomatoSauce();
}
@Override
public Dough createDough() {
return new ThickCrustDough();
}
@Override
public Cheese createCheese() {
return new MozzarellaCheese();
}
}
这里的食材工厂可以生产多种食材,而不是一种食材。
源代码
总结
使用工厂模式的好处在于面向接口编程,它可以将产品的 “使用” 和 “生产” 解耦,将创建对象的代码集中在一个地方,可以避免代码中的重复,方便后期维护。工厂模式很好地结合了 依赖倒置原则(要依赖抽象,不要依赖具体) ,想要遵循依赖倒置原则,工厂方法是很好的技巧。
- 所有的工厂都是用来封装对象的创建。
- 所有工厂模式都通过减少应用程序和具体类之间的依赖实现松耦合。
- 工厂方法模式使用继承形式,对象的创建延迟到子类进行。
- 工厂方法模式创建一类产品,子类实现工厂方法来创建对象。
- 抽象工厂模式使用对象组合形式,对象的创建被实现在工厂接口所暴露出来的方法中。
- 抽象工厂模式创建相关的产品家族,而不需要依赖它们的具体类。
举例:在JDK的 Calender 日期类中就使用工厂模式来创建不同的日期实例类。