23种设计模式(2):工厂方法模式

定义: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。

类型:创建类模式

类图:

工厂方法模式代码

interface IProduct {
	public void productMethod();
}

class Product implements IProduct {
	public void productMethod() {
		System.out.println("产品");
	}
}

interface IFactory {
	public IProduct createProduct();
}

class Factory implements IFactory {
	public IProduct createProduct() {
		return new Product();
	}
}

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		IFactory factory = new Factory();
		IProduct prodect = factory.createProduct();
		prodect.productMethod();
	}
}

工厂模式:

首先需要说一下工厂模式。工厂模式根据抽象程度的不同分为三种:简单工厂模式(也叫静态工厂模式)、本文所讲述的工厂方法模式、以及抽象工厂模式。工厂模式是编程中经常用到的一种模式。它的主要优点有:

  • 可以使代码结构清晰,有效地封装变化。在编程中,产品类的实例化有时候是比较复杂和多变的,通过工厂模式,将产品的实例化封装起来,使得调用者根本无需关心产品的实例化过程,只需依赖工厂即可得到自己想要的产品。
  • 对调用者屏蔽具体的产品类。如果使用工厂模式,调用者只关心产品的接口就可以了,至于具体的实现,调用者根本无需关心。即使变更了具体的实现,对调用者来说没有任何影响。
  • 降低耦合度。产品类的实例化通常来说是很复杂的,它需要依赖很多的类,而这些类对于调用者来说根本无需知道,如果使用了工厂方法,我们需要做的仅仅是实例化好产品类,然后交给调用者使用。对调用者来说,产品所依赖的类都是透明的。

工厂方法模式:

通过工厂方法模式的类图可以看到,工厂方法模式有四个要素:

  • 工厂接口。工厂接口是工厂方法模式的核心,与调用者直接交互用来提供产品。在实际编程中,有时候也会使用一个抽象类来作为与调用者交互的接口,其本质上是一样的。
  • 工厂实现。在编程中,工厂实现决定如何实例化产品,是实现扩展的途径,需要有多少种产品,就需要有多少个具体的工厂实现。
  • 产品接口。产品接口的主要目的是定义产品的规范,所有的产品实现都必须遵循产品接口定义的规范。产品接口是调用者最为关心的,产品接口定义的优劣直接决定了调用者代码的稳定性。同样,产品接口也可以用抽象类来代替,但要注意最好不要违反里氏替换原则。
  • 产品实现。实现产品接口的具体类,决定了产品在客户端中的具体行为。

前文提到的简单工厂模式跟工厂方法模式极为相似,区别是:简单工厂只有三个要素,他没有工厂接口,并且得到产品的方法一般是静态的。因为没有工厂接口,所以在工厂实现的扩展性方面稍弱,可以算所工厂方法模式的简化版,关于简单工厂模式,在此一笔带过。

适用场景:

不管是简单工厂模式,工厂方法模式还是抽象工厂模式,他们具有类似的特性,所以他们的适用场景也是类似的。

首先,作为一种创建类模式,在任何需要生成复杂对象的地方,都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式,而简单对象,特别是只需要通过new就可以完成创建的对象,无需使用工厂模式。如果使用工厂模式,就需要引入一个工厂类,会增加系统的复杂度。

其次,工厂模式是一种典型的解耦模式,迪米特法则在工厂模式中表现的尤为明显。假如调用者自己组装产品需要增加依赖关系时,可以考虑使用工厂模式。将会大大降低对象之间的耦合度。

再次,由于工厂模式是依靠抽象架构的,它把实例化产品的任务交由实现类完成,扩展性比较好。也就是说,当需要系统有比较好的扩展性时,可以考虑工厂模式,不同的产品用不同的实现工厂来组装。

典型应用

要说明工厂模式的优点,可能没有比组装汽车更合适的例子了。场景是这样的:汽车由发动机、轮、底盘组成,现在需要组装一辆车交给调用者。假如不使用工厂模式,代码如下:

class Engine {
	public void getStyle(){
		System.out.println("这是汽车的发动机");
	}
}
class Underpan {
	public void getStyle(){
		System.out.println("这是汽车的底盘");
	}
}
class Wheel {
	public void getStyle(){
		System.out.println("这是汽车的轮胎");
	}
}
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		Engine engine = new Engine();
		Underpan underpan = new Underpan();
		Wheel wheel = new Wheel();
		ICar car = new Car(underpan, wheel, engine);
		car.show();
	}
}

可以看到,调用者为了组装汽车还需要另外实例化发动机、底盘和轮胎,而这些汽车的组件是与调用者无关的,严重违反了迪米特法则,耦合度太高。并且非常不利于扩展。另外,本例中发动机、底盘和轮胎还是比较具体的,在实际应用中,可能这些产品的组件也都是抽象的,调用者根本不知道怎样组装产品。假如使用工厂方法的话,整个架构就显得清晰了许多。

interface IFactory {
	public ICar createCar();
}
class Factory implements IFactory {
	public ICar createCar() {
		Engine engine = new Engine();
		Underpan underpan = new Underpan();
		Wheel wheel = new Wheel();
		ICar car = new Car(underpan, wheel, engine);
		return car;
	}
}
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		IFactory factory = new Factory();
		ICar car = factory.createCar();
		car.show();
	}
}

使用工厂方法后,调用端的耦合度大大降低了。并且对于工厂来说,是可以扩展的,以后如果想组装其他的汽车,只需要再增加一个工厂类的实现就可以。无论是灵活性还是稳定性都得到了极大的提高。



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