设计模式（二）工厂模式

工厂模式

黑马程序员：https://www.bilibili.com/video/BV1Np4y1z7BU?p=34

简介

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对象，就会对该对象耦合严重。

如果我们使用工厂来创建对象，我们就只有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；所以说工厂模式的最大特点是解耦。

概述

需求：设计一个咖啡店点餐系统

设计一个咖啡类，并且有两个子类，（美式咖啡和拿铁咖啡）；再设计一个咖啡店，咖啡店具有点餐功能。

UML图

代码实现

咖啡类

public abstract class Coffee {
    //获取咖啡的名字
    public abstract String getName();
    //向咖啡中加奶
    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
    //向咖啡中加糖
    public void addSugar(){
        System.out.println("加糖");
    }
}

美式咖啡类

public class AmericanCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }

}

拿铁咖啡类

public class LatteCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

咖啡店类

public class CoffeeStore {
    //点咖啡
    public Coffee orderCoffee(String type){
        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，没有此类咖啡");
        }
        //给咖啡加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        //点咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee("latte");
        //获取咖啡的名字
        System.out.println(coffee.getName());

    }
}

总结

该案例中，如果我们多了一种咖啡，就会去修改代码，违背了开闭原则。

分类

• 简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

简单工厂模式

简单工厂模式不是一种设计模式，更像是一种编程习惯。

结构

简单工厂的角色：

• 抽象产品：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：实现或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

UML图

代码实现修改

咖啡工厂类

/*
    简单咖啡工厂类，专门用来生产咖啡
 */
public class SimpleCoffeeFactory {
    public Coffee creatCoffee(String type){
        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，没有此类咖啡");
        }
        return coffee;
    }
}

咖啡店类

/*
    咖啡店
 */
public class CoffeeStore {

    //点咖啡
    public Coffee orderCoffee(String type){
        SimpleCoffeeFactory factory=new SimpleCoffeeFactory();
        Coffee coffee = factory.creatCoffee(type);
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

总结

有了SimpleCoffeeFactory类，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SimpleCoffeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

后期如果再加新的咖啡种类，我们势必要修改SimpleCoffeFactory 的代码，违背了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建其他业务，如外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改 *** 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层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现产品，直接修改工厂类，而不需要在源代码中修改，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。

扩展：静态工厂

把原来的CoffeeFactory类中生产咖啡的方法变为静态。

这样，在CoffeeStore类中就可以直接调用其方法。

public class CoffeeStore {

    //点咖啡
    public Coffee orderCoffee(String type){
        Coffee coffee = SimpleCoffeeFactory.creatCoffee(type);
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

工厂方法模式

针对上例的缺点，使用工厂方法模式可以完美解决，完全遵循开闭原则。

概述

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。

UML图

代码实现

在原来的Coffee类、拿铁咖啡类和美式咖啡类之外，创建了咖啡工厂接口，以及两个咖啡工厂的实现类，并且修改了咖啡店类。

CoffeeFactory接口

public interface CoffeeFactory {
    //定义创建咖啡的方法
    Coffee creatCoffee();
}

AmericanCoffeeFactory类

public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    @Override
    public Coffee creatCoffee() {
        //返回一个美式咖啡
        return new AmericanCoffee();
    }
}

LatteCoffeeFactory类

public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    @Override
    public Coffee creatCoffee() {
        //返回一个拿铁咖啡
        return new LatteCoffee();
    }
}

CoffeeStore类

public class CoffeeStore {
    //声明一个咖啡工厂
    private CoffeeFactory factory;

    public void setFactory(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }

    //点咖啡
    public Coffee orderCoffee(){
        Coffee coffee = factory.creatCoffee();
        //添加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();

        return coffee;
    }
}

测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        //创建咖啡工厂  根据不同的需求创建不同的工厂来生产相应的对象。
        CoffeeFactory factory = new AmericanCoffeeFactory();
        //设置咖啡种类
        coffeeStore.setFactory(factory);
        //拿到咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee();
        //获取咖啡的名字
        System.out.println(coffee.getName());

    }
}

总结

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，这就解决了简单工厂模式的缺点。

工厂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，并克服了它的缺点。

优点

• 用户只需要知道具体工厂的名称就可以得到需要的产品，无需知道具体创建过程；
• 增加新产品时，无需对源代码进行修改，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对应的具体工厂类，增加了系统的复杂度。

抽象工厂模式

简介

工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但现实生活中许多工厂是综合型工厂，能生产多个种类（等级）的产品。如电器厂即可以生产电视机，也可以生产洗衣机等。

抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖的接口，且访问类无需指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

产品族：同一具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品。如电器厂即可以生产电视机，也可以生产洗衣机等。

产品等级：同一类产品。例如各种品牌的电视机等。

结构

抽象工厂模式的主要角色：

• 抽象工厂（Abstract Factory）：提供创建产品的接口，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 Factory）：实现抽象工厂的多个抽象方法，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，同具体工厂有多对一的关系。

案例

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。

分析

要按照工厂模式，需要创建提拉米苏、抹茶慕斯等多个类，很容易发生类爆炸情况，其中拿铁咖啡、美式咖啡属于一个产品等级（咖啡），提拉米苏、抹茶慕斯又是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏属于同一产品族（意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯属于美式风味。所以用抽象工厂模式来实现。

UML图

代码实现

Coffee类同上（AmericanCoffee、LatteCoffee）

甜品类

/*
    甜品类
 */
public abstract class Dessert {
    public abstract void show();
}

提拉米苏

public class Tiramisu extends Dessert{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}

抹茶慕斯

public class MatchaMousse extends Dessert{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}

抽象工厂类

public interface DessertFactory {
    //生产咖啡的功能
    Coffee creatCoffee();
    //生产甜品的功能
    Dessert creatDessert();
}

美式风味工厂类

/*
    美式风味：
        生产美式咖啡、提拉米苏
 */
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory{
    @Override
    public Coffee creatCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert creatDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

意大利风味工厂类

/*
    意大利风味：
        生产拿铁咖啡、抹茶慕斯
 */
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory{
    @Override
    public Coffee creatCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert creatDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}

测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建美式风味工厂
        AmericanDessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();
        //创建意大利风味工厂
        //ItalyDessertFactory factory1 = new ItalyDessertFactory();

        //美式咖啡
        Coffee coffee = factory.creatCoffee();
        //提拉米苏
        Dessert dessert = factory.creatDessert();
        dessert.show();
        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

总结

根据不同的需求，创建不同的工厂对象来获取。

添加同一产品族时，只需要新增一个工厂类。不需要修改其他的类。

优点

• 当产品族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的对象。

缺点

• 当产品组中需要新增产品的话，所有的类都需要进行修改，不满足开闭原则。

使用场景

• 当需要创建的对象是一系列相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。
• 系统中有多个产品类，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：输入法换皮肤，一整套一起换。生产不同 *** 作系统的程序。

模式扩展

简单工厂+配置文件 解除耦合 sping框架底层

简介

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。

代码实现

Coffee类（AmericanCoffee类、LatteCoffee类）不变

编写配置文件bean.properties

american:com.peng.configFactory.AmericanCoffee
latte:com.peng.configFactory.LatteCoffee

CoffeeFactory类

public class CoffeeFactory {
    //加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名来创建该类的对象进行存储
    //1.定义容器对象存储咖啡对象
    private static HashMap<String,Coffee> map=new HashMap<>();
    //2.加载配置文件 只需要加载一次
    static {
        //1.创建properties对象
        Properties properties = new Properties();
        //2.调用properties对象的load方法进行配置文件的加载
        //获取字节码对象 --- 获取类加载器 --- 获取输入流对象
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            properties.load(is);//inputStream
            //从properties集合中获取全类名并创建对象
            Set<Object> keys = properties.keySet();
            for (Object key : keys) {
                String className = properties.getProperty((String) key);
                //通过反射创建对象
                Class clazz = Class.forName(className);
                Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();
                //将名称和对象存储到容器中
                map.put((String) key,coffee);
            }
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }
    //根据名称获取对象
    public static Coffee creatCoffee(String name) {
        Coffee coffee = map.get(name);
        return coffee;
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //获取咖啡对象
        Coffee coffee = CoffeeFactory.creatCoffee("american");
        //输出结果
        System.out.println(coffee.getName());
        System.out.println("=================");

        Coffee coffee1 = CoffeeFactory.creatCoffee("latte");
        System.out.println(coffee1.getName());
    }
}

总结

静态成员变量用来存储创建的对象，（键存储对象名称，值存储对应的对象），而读取配置文件以及创建对象写在静态代码块中，目的就是只需要执行一次。

提高了可扩展性，并且符合开闭原则

JDK源码解析 Collection.iterator方法

iterator使用到了工厂方法模式。

UML图

Collection接口是抽象工厂类，ArrayList是具体的工厂类；Iterator接口时抽象商品类，ArrayList类中的Iter内部类时具体的商品类。在具体的工厂类中iterator()方法创建具体的商品类对象。

其他应用：

• DateFormat类中的getInstance()方法使用的是工厂模式
• Calendar类中的getInstance()方法使用的是工厂模式