设计模式—— 八：工厂方法模式-优快云博客

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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

在这里插入图片描述

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：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">abstract</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">Product</span> {
	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 产品类的公共方法</em></span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">method1</span>() {
		<span style="color:#a0a1a7"><em>// 业务逻辑处理</em></span>
	}

	<span style="color:#a0a1a7"><em>// 抽象方法</em></span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">abstract</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">method2</span>();

}
</code></span></span>

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。

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">ConcreteProduct1</span> <span style="color:#a626a4">extends</span> <span style="color:#4078f2">Product</span>{

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">method2</span>() {
		<span style="color:#a0a1a7"><em>// TODO Auto-generated method stub</em></span>
		
	}

}


<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">ConcreteProduct2</span> <span style="color:#a626a4">extends</span> <span style="color:#4078f2">Product</span>{

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">method2</span>() {
		<span style="color:#a0a1a7"><em>// TODO Auto-generated method stub</em></span>
		
	}

}

</code></span></span>

抽象工厂类
抽象工厂类负责定义产品对象的产生。

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">abstract</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">Creator</span> {
	<span style="color:#a0a1a7"><em>/** 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   */</em></span> 
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">abstract</span> <T <span style="color:#a626a4">extends</span> <span style="color:#4078f2">Product</span>> T <span style="color:#4078f2">createProduct</span>(Class<T> c);
}
</code></span></span>

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。

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">ConcreteCreator</span> {
	<span style="color:#a626a4">public</span> <T <span style="color:#a626a4">extends</span> <span style="color:#4078f2">Product</span>> T <span style="color:#4078f2">createProduct</span>(Class<T> c) {
		<span style="color:#986801">Product</span> <span style="color:#986801">product</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#0184bb">null</span>;
		<span style="color:#a626a4">try</span> {
			product = (Product) Class.forName(c.getName()).newInstance();
		} <span style="color:#a626a4">catch</span> (Exception e) {
			<span style="color:#a0a1a7"><em>// 异常处理</em></span>
		}
		<span style="color:#a626a4">return</span> (T) product;
	}

}
</code></span></span>

场景类：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">Client</span> {
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">main</span>(String[] args) { 
		<span style="color:#986801">Creator</span> <span style="color:#986801">creator</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#a626a4">new</span> <span style="color:#4078f2">ConcreteCreator</span>();
		<span style="color:#986801">Product</span> <span style="color:#986801">product</span> <span style="color:#ab5656">=</span> creator.createProduct(ConcreteProduct1.class); 
		<span style="color:#a0a1a7"><em>/** 继续业务处理 */</em></span> }
}
</code></span></span>

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

在这里插入图片描述

简单工厂模式中的工厂类

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">HumanFactory</span> {
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <T <span style="color:#a626a4">extends</span> <span style="color:#4078f2">Human</span>> T <span style="color:#4078f2">createHuman</span>(Class<T> c) {
		<span style="color:#a0a1a7"><em>// 定义一个生产出的人种</em></span>
		<span style="color:#986801">Human</span> <span style="color:#986801">human</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#0184bb">null</span>;
		<span style="color:#a626a4">try</span> {
			<span style="color:#a0a1a7"><em>// 产生一个人种</em></span>
			human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
		} <span style="color:#a626a4">catch</span> (Exception e) {
			System.out.println(<span style="color:#50a14f">"人种生成错误！"</span>);
		}
		<span style="color:#a626a4">return</span> (T) human;
	}
}
</code></span></span>

人类：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">interface</span> <span style="color:#4078f2">Human</span> {
	<span style="color:#a0a1a7"><em>//每个人种的皮肤都有相应的颜色 </em></span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">getColor</span>(); 
	<span style="color:#a0a1a7"><em>//人类会说话 </em></span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">talk</span>();
}

</code></span></span>

黄色人种类：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">BlackHuman</span> <span style="color:#a626a4">implements</span> <span style="color:#4078f2">Human</span>{

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">getColor</span>() {
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"黑色人种的皮肤颜色是黑色的！"</span>);
	}

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">talk</span>() {
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"Hey!Man."</span>);	
	}

}
</code></span></span>

白色人种类：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">WhiteHuman</span> <span style="color:#a626a4">implements</span> <span style="color:#4078f2">Human</span>{

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">getColor</span>() {
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"白肤色"</span>);
	}

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">talk</span>() {
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"Calm down!Guy!"</span>);
	}

}
</code></span></span>

黄色人种类：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">YellowHuman</span> <span style="color:#a626a4">implements</span> <span style="color:#4078f2">Human</span>{

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">getColor</span>() {
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"黄土地的颜色！"</span>);
	}

	<span style="color:#4078f2">@Override</span>
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">talk</span>() {
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"五湖四海皆兄弟！"</span>);
	}

}
</code></span></span>

女娲造人场景类：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java"><span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">class</span> <span style="color:#4078f2">NvWa</span> {
	<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">static</span> <span style="color:#a626a4">void</span> <span style="color:#4078f2">main</span>(String[] args) {
		<span style="color:#a0a1a7"><em>// 女娲第一次造人，火候不足，于是白色人种产生了</em></span>
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"--造出的第一批人是白色人种--"</span>);
		<span style="color:#986801">Human</span> <span style="color:#986801">whiteHuman</span> <span style="color:#ab5656">=</span> HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
		whiteHuman.getColor();
		whiteHuman.talk();
		<span style="color:#a0a1a7"><em>// 女娲第二次造人，火候过足，于是黑色人种产生了</em></span>
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"\n--造出的第二批人是黑色人种--"</span>);
		<span style="color:#986801">Human</span> <span style="color:#986801">blackHuman</span> <span style="color:#ab5656">=</span> HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
		blackHuman.getColor();
		blackHuman.talk(); <span style="color:#a0a1a7"><em>// 第三次造人，火候刚刚好，于是黄色人种产生了</em></span>
		System.out.println(<span style="color:#50a14f">"\n--造出的第三批人是黄色人种--"</span>);
		<span style="color:#986801">Human</span> <span style="color:#986801">yellowHuman</span> <span style="color:#ab5656">=</span> HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
		yellowHuman.getColor();
		yellowHuman.talk();
	}
}

</code></span></span>

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

在这里插入图片描述

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：

<span style="color:#141418"><span style="background-color:#ffffff"><code class="language-java">ackage org.springframework.beans.factory;

<span style="color:#a626a4">import</span> org.springframework.beans.BeansException;
<span style="color:#a626a4">import</span> org.springframework.core.ResolvableType;
<span style="color:#a626a4">import</span> org.springframework.lang.Nullable;

<span style="color:#a626a4">public</span> <span style="color:#a626a4">interface</span> <span style="color:#4078f2">BeanFactory</span> {
    <span style="color:#986801">String</span> <span style="color:#986801">FACTORY_BEAN_PREFIX</span> <span style="color:#ab5656">=</span> <span style="color:#50a14f">"&"</span>;

    Object <span style="color:#4078f2">getBean</span>(String var1) <span style="color:#a626a4">throws</span> BeansException;

    <T> T <span style="color:#4078f2">getBean</span>(String var1, Class<T> var2) <span style="color:#a626a4">throws</span> BeansException;

    Object <span style="color:#4078f2">getBean</span>(String var1, Object... var2) <span style="color:#a626a4">throws</span> BeansException;

    <T> T <span style="color:#4078f2">getBean</span>(Class<T> var1) <span style="color:#a626a4">throws</span> BeansException;

    <T> T <span style="color:#4078f2">getBean</span>(Class<T> var1, Object... var2) <span style="color:#a626a4">throws</span> BeansException;

    <T> ObjectProvider<T> <span style="color:#4078f2">getBeanProvider</span>(Class<T> var1);

    <T> ObjectProvider<T> <span style="color:#4078f2">getBeanProvider</span>(ResolvableType var1);

    <span style="color:#986801">boolean</span> <span style="color:#4078f2">containsBean</span>(String var1);

    <span style="color:#986801">boolean</span> <span style="color:#4078f2">isSingleton</span>(String var1) <span style="color:#a626a4">throws</span> NoSuchBeanDefinitionException;

    <span style="color:#986801">boolean</span> <span style="color:#4078f2">isPrototype</span>(String var1) <span style="color:#a626a4">throws</span> NoSuchBeanDefinitionException;

    <span style="color:#986801">boolean</span> <span style="color:#4078f2">isTypeMatch</span>(String var1, ResolvableType var2) <span style="color:#a626a4">throws</span> NoSuchBeanDefinitionException;

    <span style="color:#986801">boolean</span> <span style="color:#4078f2">isTypeMatch</span>(String var1, Class<?> var2) <span style="color:#a626a4">throws</span> NoSuchBeanDefinitionException;

    <span style="color:#4078f2">@Nullable</span>
    Class<?> getType(String var1) <span style="color:#a626a4">throws</span> NoSuchBeanDefinitionException;

    String[] getAliases(String var1);
}
</code></span></span>