【设计模式】工厂模式

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雪月清 发表于 2022/05/25 20:42:48 2022/05/25
【摘要】 在Java应用程序中对象无处不在，这些对象都需要进行创建，如果创建的时候直接new对象，那么如果我们要更换对象，所有new对象的地方都需要进行更改。违背了软件设计原则中的开闭原则。如果我们使用工厂生产对象，只需要在工厂中关注对象的改变即可，达到了与对象解耦的目的，工厂模式最大的特点就是解耦合，本文将介绍工厂模式的四种实现方式

🏭🏭🏭工厂模式

在Java应用程序中对象无处不在，这些对象都需要进行创建，如果创建的时候直接new对象，那么如果我们要更换对象，所有new对象的地方都需要进行更改。违背了软件设计原则中的开闭原则。如果我们使用工厂生产对象，只需要在工厂中关注对象的改变即可，达到了与对象解耦的目的，工厂模式最大的特点就是解耦合

补充：

开闭原则： 对扩展开放，对修改关闭。在程序需要进行扩展的时候，不能去修改原有的代码，实现一个热插拔的效果。是为了使程序的扩展性好，易于维护和升级。

🍋 1.简单工厂

🍉1.1结构

  • 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创建产品。

🌰1.2实现

以点咖啡为例:

咖啡抽象类

public abstract class Coffee {
    /**
     * 获取咖啡类型
     * @return
     */
    public abstract  String getName();

    /**
     *加糖
     */
    public  void addSugar(){
        System.out.println("加糖");
    }
    /**
     *加奶
     */
    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

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";
    }
}

咖啡工厂类

public class CoffeeFactory {

    public Coffee createCoffee(String type){
      Coffee coffee = null;
      if("american".equals(type)){
          coffee = new AmericanCoffee();
      }else if("latten".equals(type)){
          coffee = new LatteCoffee();
      }else{
          throw new RuntimeException("没有此类型的咖啡");
      }
      return coffee;
    }
}

咖啡店类

public class CoffeeStore {

    public Coffee orderCoffee(String type){
        CoffeeFactory factory = new CoffeeFactory();

      //调用生产咖啡的方法
        Coffee coffee = factory.createCoffee(type);
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();

        return  coffee;
    }
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee("latten");
        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

类图
image-20220324100400375

咖啡工厂负责生产咖啡（具体工厂），咖啡店通过咖啡工厂选取咖啡

其实简单工厂是大家在实际写代码的时候经常用到的，虽然简单工厂实现了咖啡店与咖啡的耦合，但是可以明显看到咖啡与咖啡工厂又耦合起来了，后期如果增加咖啡的新品种，我们需要修改咖啡工厂的代码，这又违背了“开闭原则”。

注意：

简单工厂和不使用工厂是有很大区别的，如果咖啡店有多个，不使用工厂如果遇到新增咖啡需要修改所有咖啡店，但是使用工厂只需要修改咖啡工厂，类似于将所有咖啡店抽取出一个抽象的咖啡店。

🍉1.3优缺点

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，这样可以避免之后修改客户代码，如果需要实现新产品直接修改工厂类，更容易扩展。

缺点：

增加新产品时还需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

🍉1.4扩展

静态工厂，将工厂类中创建对象的功能定义为静态的,这样不需要再创建工厂类，直接通过类名调用静态方法，类似于工具类

public class CoffeeFactory {
  //静态方法
    public static Coffee createCoffee(String type){
      Coffee coffee = null;
      if("american".equals(type)){
          coffee = new AmericanCoffee();
      }else if("latten".equals(type)){
          coffee = new LatteCoffee();
      }else{
          throw new RuntimeException("没有此类型的咖啡");
      }
      return coffee;
    }
}

🍋2.工厂方法

对工厂进行抽象，每一种产品对应一个具体工厂，新增产品只需要再新增对应的具体工厂，符合”开闭原则“

🍉2.1结构

  • 抽象工厂： 提供创建产品的接口，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： 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： 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： 实现抽象产品所定义的接口，由具体工厂来创建，与具体工厂之间一一对应

🌰2.2实现

抽象咖啡类和具体咖啡类不变

咖啡工厂（抽象工厂）

public interface CoffeeFactory {
    /**
     * 创建咖啡
     * @return
     */
    Coffee createCoffee();
}

美式咖啡工厂（具体工厂）

public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    //美式咖啡工厂对象,专门生产美式咖啡
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

拿铁咖啡工厂（具体工厂）

public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    //拿铁咖啡工厂对象,专门生产拿铁咖啡
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

咖啡店

public class CoffeeStore {

    private CoffeeFactory factory;

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

    /**
     * 点咖啡
     */
    public Coffee orderCoffee() {
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        coffee.addSugar();
        coffee.addMilk();
        return coffee;
    }
}

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        //创建工厂对象
        CoffeeFactory factory = new AmericanCoffeeFactory();
        coffeeStore.setFactory(factory);

        //点咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee();

        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

类图

image-20220324105512679

我们只需要知道所点咖啡具体对应的工厂对象，通过咖啡店调用对应的工厂，由工厂创建咖啡对象实现点咖啡的过程

🍉2.3优缺点

优点：

  • 用户只需要知道具体工厂就可以获得所需产品，无需知道产品的具体创建过程
  • 在系统新增产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无需对原工厂进行修改符合“开闭原则”

缺点：

每增加一个产品就要增加一个对应的具体工厂类，增加的系统的复杂性。如果具体产品种类过多，那么大量的工厂类不仅难以管理，而且也会造成程序中创建的对象过多，严重影响内存性能

🍋3.抽象工厂

🍉3.1结构

  • 抽象工厂： 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： 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： 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： 实现抽象产品所定义的接口，由具体工厂来创建，与具体工厂是多对一关系

🌰3.2实现

咖啡抽象类

public abstract class Coffee {
    /**
     * 获取咖啡类型
     * @return
     */
    public abstract  String getName();

    /**
     *加糖
     */
    public  void addSugar(){
        System.out.println("加糖");
    }
    /**
     *加奶
     */
    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

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";
    }
}

甜品抽象类

public abstract class Dessert {
 //甜品抽象类

    public abstract void show();
}

抹茶慕斯类

public class MatchaMousse extends Dessert{

//抹茶慕斯类
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }


}

提拉米苏类

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

甜品工厂

public  interface DessertFactory {

    /**
     * 生产咖啡
     * @return
     */
    Coffee createCoffee();

    /**
     * 生产甜品
     * @return
     */
    Dessert createDessert();

}

美式风味甜品工厂类

public class AmericanDessertFactory  implements DessertFactory{
    /**
     *美式风味甜品工厂
     * 可以生产美式咖啡和抹茶慕斯
     */
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

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

意大利风味甜品工厂类

public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {

    /**
     *意大利风味甜品工厂
     * 可以生产拿铁咖啡和提拉米苏
     */
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

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

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        //ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();
           AmericanDessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();
 
          Coffee coffee = factory.createCoffee()
        Dessert dessert = factory.createDessert();

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

        dessert.show();

    }
}

类图

image-20220324150744271

由类图可见，抽象工厂不再是一个具体工厂对应一个产品，而是一个具体工厂对应一个产品族。如果需要增加一个产品族只需加对应的工厂类，符合”开闭原则“

🍉3.3优缺点

优点：

在工厂方法的基础上减少了部分对象的创建，适合于每次只使用同一产品族的对象这类应用场景

缺点：

当产品族中需要增加一个产品时，所有工厂都要修改

🍋4.模式扩展

配置文件+简单工厂

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的全类名，通过反射创建对象并存储在容器中，如果需要直接从容器中获取（Spring IOC原理）

🌰4.1实现

1.定义配置文件

american = com.xue.config_factory.AmericanCoffee
latten = com.xue.config_factory.LatteCoffee

2.改进工厂类

public class CoffeeFactory {

    /**
     * 加载配置文件,获取配置文件中配置的全类名,并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
    static {
        //创建 Properties对象
        Properties properties = new Properties();
        //调用properties对象中的load方法进行配置文件的加载
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            properties.load(is);
            //从properties中获取全类名
            Set<Object> keys = properties.keySet();

            for (Object key : keys) {
                String className = properties.getProperty((String) key);
                //通过反射创建对象
                Class class1 = Class.forName(className);
                Coffee coffee = (Coffee) class1.newInstance();

                //将名称和对象存储在容器中
                map.put((String) key,coffee);

            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

    }

    //根据名称获取对象
    public static Coffee createCoffee(String name) {


        return map.get(name);
    }
}

静态成员变量用来存储创建的对象(键存储的是名称，值存储的是对应的对象)，而读取配置文件和创建对象写在静态代码块中只需要执行一次

测试类

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee("american");
        System.out.println(coffee.getName());

        System.out.println("------------");

        Coffee latten = CoffeeFactory.createCoffee("latten");
        System.out.println(latten.getName());

    }

}

成功！！！
image-20220324165336860

以上就是Java设计模式——工厂模式的介绍及四种实现方式
往期链接：单例模式
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文章参考： IT黑马Java设计模式
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