JAVA设计模式之工厂模式详解

工厂模式专门负责将大量有共同接口的类实例化，工厂模式可以动态决定将哪一个类实例，不必事先知道每次要实例化哪一个类。

工厂模式分为三种形态：

（1）简单工厂(simple Factory)模式，又称静态工厂方式模式(static Factory MethodPattern)；

（2）工厂方法（Factory Method）模式，又称多态性工厂（Polymorphic Factory）模式或虚拟构造子（Virtual Constructor）模式；

（3）抽象工厂（Abstract Factory）模式，又称工具箱（Kit 或Toolkit）模式。

二、简单工厂模式 

简单工厂模式介绍

简单工厂模式(Simple Factory Pattern)：又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。在简单工厂模式中，可以根据自变量的不同返回不同类的实例。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。

简单工厂模式角色

（1）工厂类（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，含有与应用紧密相关的商业逻辑。工厂类在客户端的直接调用下创建产品对象，它往往由一个具体Java 类实现。 

（2）抽象产品（Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。抽象产品角色可以用一个Java 接口或者Java 抽象类实现。 

（3）具体产品（Concrete Product）角色：工厂方法模式所创建的任何对象都是这个角色的实例，具体产品角色由一个具体Java 类实现。

简单工厂模式的优点

（1）工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品；简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象。

（2）客户端无需知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量。 

（3）通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。

简单工厂模式的适用环境 

（1）工厂类负责创建的对象比较少：由于创建的对象较少，不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂； 

（2）客户端只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象不关心：客户端既不需要关心创建细节，甚至连类名都不需要记住，只需要知道类型所对应的参数。

代码说明

//抽象产品角色

publicinterface Car {

    publicvoid drive();

}

 

//具体产品角色

publicclass Bmw implements Car {

 

    publicvoid drive() {

       // TODO Auto-generated method stub

       System.out.println("Driving Bmw ");

    }

}

 

//具体产品角色

publicclass Benz implements Car {

   

    publicvoid drive() {

       // TODO Auto-generated method stub

       System.out.println("Driving Benz ");

    }

 

}

 

//工厂类角色

publicclass Driver {

 

    // 工厂方法

    // 注意返回类型为抽象产品角色

    publicstatic Car driverCar(String s) throws Exception {

       // 判断逻辑，返回具体的产品角色给Client

       if (s.equalsIgnoreCase("Benz"))

           returnnew Benz();

       elseif (s.equalsIgnoreCase("Bmw"))

           returnnew Bmw();

       else

           thrownew Exception();

    }

 

}

 

//使用

publicclass Magnate {

 

    /**

     * @param args

     */

    publicstaticvoid main(String[] args) {

 

       // TODO Auto-generated method stub

       Car car;

       try {

           car = Driver.driverCar("benz");

           car.drive();

       } catch (Exception e) {

           // TODO Auto-generated catch block

           e.printStackTrace();

       }

    }

}

 

三、工厂方法模式

工厂方法模式的介绍

工厂方法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。 Factory Method是一个类的实例化延迟到其子类。  在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有的产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做。这个核心类则摇身一变，成为了一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。   

工厂方法模式角色

（1）抽象工厂（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用程序无关的。任何在模式中创建对象的工厂类必须实现这个接口。在上面的系统中这个角色由Java 接口Creator 扮演；在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象Java 类实现。 

（2）具体工厂（Concrete Creator）角色：担任这个角色的是实现了抽象工厂接口的具体Java 类。具体工厂角色含有与应用密切相关的逻辑，并且受到应用程序的调用以创建产品对象。在本系统中给出了两个这样的角色，也就是具体Java  类ConcreteCreator1 和ConcreteCreator2。 

（3）抽象产品（Product）角色：工厂方法模式所创建的对象的超类型，也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。在本系统中，这个角色由Java 接口Product 扮演；在实际的系统中，这个角色也常常使用抽象Java 类实现。

（4）具体产品（Concrete Product）角色：这个角色实现了抽象产品角色所声明的接口。工厂方法模式所创建的每一个对象都是某个具体产品角色的实例。

 

工厂方法模式的优点

（1）在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无需关心创建细节，甚至无需知道具体产品类的类名。 

（2）基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。 

（3）使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无需修改客户端，也无需修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。

工厂方法模式的缺点

（1）在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具 体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。 

（2）由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。 

工厂方法模式的适用环境

在以下情况下可以使用工厂方法模式： 

（1）一个类不知道它所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建；客户端需要知道创建具体产品的工厂类。 

（2）一个类通过其子类来指定创建哪个对象：在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。 

（3）将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无需关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

代码说明

//抽象产品角色

publicinterface Car {

 

    publicvoid drive();

   

}

 

//具体产品角色

publicclass Benz implements Car {

 

    publicvoid drive() {

       // TODO Auto-generated method stub

       System.out.println("Driving Benz ");

    }

 

}

 

//具体产品角色

publicclass Bmw implements Car {

 

    publicvoid drive() {

       // TODO Auto-generated method stub

       System.out.println("Driving Bmw ");

    }

 

}

 

//抽象工厂角色

publicinterface Driver {

    public Car driverCar();

}

 

//具体工厂角色

publicclass BenzDriver implements Driver {

 

    public Car driverCar() {

       returnnew Benz();

    }

 

}

 

//具体工厂角色

publicclass BmwDriver implements Driver {

 

    public Car driverCar() {

       returnnew Bmw();

       }

}

 

//使用

publicclass Magnate {

    publicstaticvoid main(String[] args) {

       try {

           Driver driver = new BenzDriver();

           Car car = driver.driverCar();

           car.drive();

       } catch (Exception e) {

       }

    }

}

四、抽象工厂模式

抽象工厂模式的介绍

抽象工厂模式提供一个创建一系列或相互依赖的对象的接口，而无需指定它们具体的类。

抽象工厂模式角色 

（1）抽象工厂（AbstractFactory）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用系统的商业逻辑无关的。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现，而所有的具体工厂类必须实现这个Java 接口或继承这个抽象Java 类。

（2）具体工厂类（Conrete Factory）角色：这个角色直接在客户端的调用下创建产品的实例。这个角色含有选择合适的产品对象的逻辑，而这个逻辑是与应用系统的商业逻辑紧密相关的。通常使用具体Java 类实现这个角色。

（3）抽象产品（Abstract Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现这一角色。

（4）具体产品（Concrete Product）角色：抽象工厂模式所创建的任何产品对象都是某一个具体产品类的实例。这是客户端最终需要的东西，其内部一定充满了应用系统的商业逻辑。通常使用具体Java 类实现这个角色。

抽象工厂模式的优点

（1） 隔离了具体类的生成，使得用户不需要知道什么被创建了。 

（2） 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能够保证客户端始终 只使用同一个产品族中的对象。

抽象工厂模式的缺点

（1）添加新的产品对像时，难以扩展抽象工厂以便生产新种类的产品。

抽象工厂模式的适用环境 

（1）一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节。这对于所有形态的工厂模式都是重要的；

（2）一个系统的产品有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一族的产品；

（3）同属于同一个产品族的产品是在一起使用的，这一约束必须要在系统的设计中体现出来；

（4）系统提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于实现。

代码说明

//抽象产品   *

publicabstractclass Trousers {

   

    publicabstractint getWaistSize();

 

    publicabstractint getHeight();

 

    publicabstract String getName();

}

 

//抽象产品   *

publicabstractclass UpperClothes {

   

    publicabstractint getChestSize();

 

    publicabstractint getHeight();

 

    publicabstract String getName();

}

 

//具体产品   *

publicclass WesternTrousers extends Trousers {

    privateintwaistSize;

    privateintheight;

    private String name;

 

    WesternTrousers(String name, int waistSize, int height) {

       this.name = name;

       this.waistSize = waistSize;

       this.height = height;

    }

 

    publicint getHeight() {

       returnheight;

    }

 

    public String getName() {

       returnname;

    }

 

    publicint getWaistSize() {

       returnwaistSize;

    }

}

 

//具体产品      *

publicclass WesternUpperClothes extends UpperClothes {

    privateintchestSize;

    privateintheight;

    private String name;

 

    WesternUpperClothes(String name, int chestSize, int height) {

       this.name = name;

       this.chestSize = chestSize;

       this.height = height;

    }

 

    publicint getChestSize() {

       returnchestSize;

    }

 

    publicint getHeight() {

       returnheight;

    }

 

    public String getName() {

       returnname;

    }

}

 

//具体产品

publicclass CowboyUpperClothes extends UpperClothes {

    privateintchestSize;

    privateintheight;

    private String name;

 

    CowboyUpperClothes(String name, int chestSize, int height) {

       this.name = name;

       this.chestSize = chestSize;

       this.height = height;

    }

 

    publicint getChestSize() {

       returnchestSize;

    }

 

    publicint getHeight() {

       returnheight;

    }

 

    public String getName() {

       returnname;

    }

}

 

//具体抽象产品

publicclass CowboyTrousers extends Trousers {

 

    privateintwaistSize;

 

    privateintheight;

 

    private String name;

 

    CowboyTrousers(String name, int waistSize, int height) {

 

       this.name = name;

 

       this.waistSize = waistSize;

 

       this.height = height;

 

    }

 

    publicint getHeight() {

 

       returnheight;

 

    }

 

    public String getName() {

 

       returnname;

 

    }

 

    publicint getWaistSize() {

 

       returnwaistSize;

 

    }

}

 

//抽象工厂  *

publicabstractclass ClothesFactory {

 

    publicabstract UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height);

 

    publicabstract Trousers createTrousers(int waistSize, int height);

}

 

 

//具体工厂

publicclass BeijingClothesFactory extends ClothesFactory {

 

    public Trousers createTrousers(int waistSize, int height) {

 

       returnnew WesternTrousers("北京牌裤子", waistSize, height);

 

    }

 

    public UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height) {

 

       returnnew WesternUpperClothes("北京牌上衣", chestSize, height);

 

    }

}

 

//具体工厂    *

publicclass ShanghaiClothesFactory extends ClothesFactory {

    public Trousers createTrousers(int waistSize, int height) {

       returnnew WesternTrousers("上海牌裤子", waistSize, height);

    }

 

    public UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height) {

       returnnew WesternUpperClothes("上海牌上衣", chestSize, height);

    }

}

 

//使用

publicclass Magnate {

 

    /**

     * @param args

     */

    publicstaticvoid main(String[] args) {

        // TODO Auto-generated method stub

      

       ClothesFactory  clothesFactory = new BeijingClothesFactory();

       Trousers  trousers= clothesFactory.createTrousers(20, 30);

       UpperClothes upperClothes = clothesFactory.createUpperClothes(100, 200);

      

       System.out.println(trousers.getName());

       System.out.println(trousers.getHeight());

       System.out.println(trousers.getWaistSize());

      

       System.out.println(upperClothes.getName());

       System.out.println(upperClothes.getHeight());

       System.out.println(upperClothes.getChestSize());

      

    }

}