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浅谈23种设计模式之工厂设计模式

xa-xiaochen 2022-01-19 23:54 原文

工厂模式

简介

工厂顾名思义就是生产产品，根据产品是具体产品还是具体工厂可分为简单工厂模式和工厂方法模式，根据工厂的抽象程度可分为工厂方法模式和抽象工厂模式。该模式用于封装和管理对象的创建，是一种创建型模式。本文从一个具体的例子逐步深入分析，来体会三种工厂模式的应用场景和利弊。下面对这三种模式进行分析

1、简单工厂模式

该模式对对象创建管理方式最为简单，该模式通过向工厂传递类型来指定要创建的对象，其UML类图如下：

image

下面我们使用生产手机来介绍该模式：

Phone类：手机标准规范类(AbstractProduct)

//标准接口
public interface Phone {
    void make();
}

MiPhone类：制造小米手机（Product1）

public class MiPhone implements Phone {

    public MiPhone() {
        this.make();
    }

    @Override
    public void make() {
        System.out.println("生产小米手机");
    }
}

ApplePhone类：制造苹果手机（Product2）

public class ApplePhone implements Phone {
    public ApplePhone() {
        this.make();
    }
    @Override
    public void make() {
        System.out.println("生产苹果手机");
    }
}

PhoneFactory类：手机代工厂（Factory）

public class PhoneFactory {
    public Phone makePhone(String phoneType) {
        if(phoneType.equalsIgnoreCase("MiPhone")){
            return new MiPhone();
        }
        else if(phoneType.equalsIgnoreCase("ApplePhone")) {
            return new ApplePhone();
        }
        return null;
    }
}

客户端测试类：

public class Test {
    public static void main(String[] arg) {
        PhoneFactory factory = new PhoneFactory();
        MiPhone miPhone = factory.makePhone("MiPhone");
        ApplePhone applePhone = (ApplePhone)factory.makePhone("ApplePhone");
    }
}

image

2、工厂方法模式(Factory Method)

和简单工厂模式中工厂负责生产所有产品相比，工厂方法模式将生成具体产品的任务分发给具体的产品工厂，其UML类图如下：

也就是定义一个抽象工厂，里边定义了产品的生产接口，但不负责具体的产品生产，将生产任务交给不同的派生类工厂。这样不用通过指定类型来创建对象了。

接下来继续使用生产手机的例子来介绍该模式。

其中和产品相关的Phone类、MiPhone类和ApplePhone类的定义不变。

AbstractFactory类：生产不同产品的工厂抽象类

public interface AbstractFactory {
    Phone makePhone();
}

XiaoMiFactory类：生产小米手机的工厂（ConcreteFactory1）

public class XiaoMiFactory implements AbstractFactory{
    @Override
    public Phone makePhone() {
        return new MiPhone();
    }
}

AppleFactory类：生产苹果手机的工厂（ConcreteFactory2）

public class AppleFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Phone makePhone() {
        return new IPhone();
    }
}

客户端测试：

public class Demo {
    public static void main(String[] arg) {
        AbstractFactory miFactory = new XiaoMiFactory();
        AbstractFactory appleFactory = new AppleFactory();
        miFactory.makePhone();            // make xiaomi phone!
        appleFactory.makePhone();        // make iphone!
    }
}

3. 抽象工厂模式(Abstract Factory)

上面两种模式不管工厂怎么拆分抽象，都只是针对单一产品Phone（AbstractProduct）来进行的，如果表示一个产品系列该怎么处理呢？看下面的需求

【需求】用抽象工厂模式设计农场类。

分析：农场中除了可以养动物，还可以培养植物，如养马、养牛、种菜、种水果等，所以本实例用抽象工厂模式来实现。

本例用抽象工厂模式来设计两个农场，一个是韶关农场用于养牛和种菜，一个是上饶农场用于养马和种水果，可以在以上两个农场中定义一个生成动物的方法 newAnimal() 和一个培养植物的方法 newPlant()。

对马类、牛类、蔬菜类和水果类等具体产品类，由于要显示它们的图像（点此下载图片），所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabel 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。

客户端程序通过对象生成器类 ReadXML 读取 XML 配置文件中的数据来决定养什么动物和培养什么植物（点此下载 XML 文件）。其结构图如图 3 所示。

农场类的结构图
图3 农场类的结构图

程序代码如下：

//抽象工厂：农场类
interface Farm {
    public Animal newAnimal();
    public Plant newPlant();
}

//具体工厂：韶关农场类
class SGfarm implements Farm {
    public Animal newAnimal() {
        System.out.println("新牛出生！");
        return new Cattle();
    }
    public Plant newPlant() {
        System.out.println("蔬菜长成！");
        return new Vegetables();
    }
}
//具体工厂：上饶农场类
class SRfarm implements Farm {
    public Animal newAnimal() {
        System.out.println("新马出生！");
        return new Horse();
    }
    public Plant newPlant() {
        System.out.println("水果长成！");
        return new Fruitage();
    }
}

//抽象产品：动物类
interface Animal {
    public void show();
}

//具体产品：马类
class Horse implements Animal {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");
    public Horse() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }
    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}
//具体产品：牛类
class Cattle implements Animal {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");
    public Cattle() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }
    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}

//抽象产品：植物类
interface Plant {
    public void show();
}

//具体产品：水果类
class Fruitage implements Plant {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");
    public Fruitage() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("植物：水果"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/P_Fruitage.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }
    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}

//具体产品：蔬菜类
class Vegetables implements Plant {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("抽象工厂模式测试");
    public Vegetables() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("植物：蔬菜"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/P_Vegetables.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//用户点击窗口关闭
    }
    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}
//解析XML文件类
class ReadXML {
    public static Object getObject() {
        try {
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src/AbstractFactory/config.xml"));
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = "AbstractFactory." + classNode.getNodeValue();
            System.out.println("新类名：" + cName);
            Class<?> c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}
//客户端测试类
public class FarmTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Farm f;
            Animal a;
            Plant p;
            f = (Farm) ReadXML.getObject();
            a = f.newAnimal();
            p = f.newPlant();
            a.show();
            p.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

程序运行结果如图 4 所示：

农场养殖的运行结果
图4 农场养殖的运行结果

模式的应用场景

抽象工厂模式通常适用于以下场景：

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。

总结：

上面介绍的三种工厂模式有各自的应用场景，实际应用时能解决问题满足需求即可，可灵活变通，无所谓高级与低级。

此外无论哪种模式，由于可能封装了大量对象和工厂创建，新加产品需要修改已定义好的工厂相关的类，因此对于产品和工厂的扩展不太友好，利弊需要权衡一下。

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