Java设计模式---工厂模式

本文详细介绍了三种工厂模式:简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。对比了它们之间的优缺点,探讨了如何通过工厂模式降低代码间的耦合度,使系统更易于扩展。

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工厂模式

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,加入我们要更换对象,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,直接在工厂里替换该对象即可。达到了与对象解耦的目的,工厂模式最大的优点就是:解耦

简单工厂模式(不属于GOF的23种设计模式)

简单工厂不是一种设计模式,反向比较像一种编程习惯

结构
  • 抽象产品:定义了产品的规范,描述了产品的主要特征和功能

  • 具体产品:实现或者继承抽象产品的子类

  • 具体工厂:提供了创建产品的方法,调用者通过该方法来获取产品

  • 视频中咖啡店代码分析
    工厂需要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。 如果后期再加新品种的咖啡,我们势必需要修改SimpleCoffeeFactory的代码,违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多,案例中只有一个客户端,如果增加更多客户端,这样只需要修改工厂类的代码,而省去其他的修改操作

优点:
  • 封装了创建对象的过程,可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开,这样以后就避免了修改客户代码,如果要实现新产品直接修改工厂类,而不需要在原代码中修改,这样就降低了客户代码修改的可能性,更加容易扩展
缺点:
  • 增加新产品时还是需要修改工厂类的代码,违背了“开闭原则”
工厂方法模式
  • 概念:定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类

  • 结构:

    • 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(Concrete Factory):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(Concrete Product):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
  • 从视频中代码可以看到,要增加产品类时也要相应的增加工厂类,就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特点,而且克服了它的缺点

  • 优点:

    • 用户只需要知道具体工厂的名称就可以得到所要的产品,无需知道产品的具体创建过程
    • 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,增加了系统的复杂度

抽象工厂模式
  • 概念:是一种为访问类提供一个创建一组或相互依赖对象的接口,且访问类无需指定所要产品的具体实现类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。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,而抽象工厂模式可以生产多个等级的产品

  • 结构:

    • 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
    • 具体工厂(Concrete Facotry):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
    • 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
    • 具体产品(Concrete Product):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
  • 从视频中代码可以看到如果要加同一产品族的话,只需要再加一个对应的工厂类即可,不需要修改其他的类

  • 优点:当一个产品组中的多个对象被设计成一起工作时,它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象

  • 缺点:当产品族中需要增加一个新的产品时,所有的工厂类都需要进行修改

  • 使用场景:

    • 当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时,如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等
    • 系统中有多个产品族,但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋
    • 系统中提供了产品的类库,且所有产品的接口相同,客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。如:输入法皮肤,一整套一起换。生成不同操作系统的程序

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,直接获取即可

### Java 工厂设计模式原理与实现 #### 定义与分类 工厂模式属于创建型设计模式,在Java编程中用于封装对象的创建逻辑。这种模式提供了接口以创建对象,而无需指定确切的类名[^1]。 存在三种主要类型的工厂模式- **简单工厂模式**:不作为标准的设计模式被提及,但常用来简化对象实例化的过程。 - **工厂方法模式**:定义了一个创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类。 - **抽象工厂模式**:提供了一组相关或相互依赖的对象的创建方式,通常返回一族类[^3]。 #### 实现机制 在工厂模式下,客户端不再直接使用`new`关键字来创建对象,而是调用特定的方法获取所需对象。这使得程序可以在不影响现有代码的基础上引入新的产品类型[^2]。 对于每一种工厂模式而言,其实现的核心在于如何解耦合对象使用者和具体的产品类之间的关系,从而提高系统的灵活性和可维护性[^4]。 #### 示例代码 以下是基于上述提到的不同种类工厂模式的一个简单例子说明: ##### 简单工厂模式 ```java // 定义操作基类 abstract class Operation { protected double numberA; protected double numberB; abstract double getResult(); } class Add extends Operation { @Override double getResult() { return this.numberA + this.numberB; } } // 创建一个静态工厂类来进行运算符的选择 public class OperationFactory { public static Operation createOperation(String operate){ Operation oper = null; switch(operate){ case "+": oper = new Add(); // 可能还有其他的操作如减乘除等... break; default: throw new IllegalArgumentException("Unsupported operation"); } return oper; } } ``` ##### 使用示例 ```java double numA = 10.0d, numB = 5.0d; String op = "+"; Operation oper = OperationFactory.createOperation(op); oper.setNumberA(numA); oper.setNumberB(numB); System.out.println("Result:" + oper.getResult()); ``` 此段代码展示了通过传入不同的字符串参数(这里是加号),可以动态地获得相应类型的`Operation`对象并执行计算功能,而不必关心内部的具体实现细节。
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