java设计模式之工厂方法探究

简单工厂 + 工厂方法 + 抽象工厂

      看了十几篇博客，每篇基本上都能有个自己的解释，我汇总这些内容，重新梳理整理了一番，以形成自己的理解。

      简单工厂模式其实不算23种设计模式之一，它是一个非常简化版本的工厂。

      本文类图均参考： http://www.cnblogs.com/zhangchenliang/p/3700820.html  

      这里只有一个工厂对象SimpleFactory，负责创建多个AbstractProduct类型具体产品实例。

public class SimpleFactory {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = CarFactory.createCar("Audi");
        car.setBrand("Audi");
        //生产
        car.produce();
    }
}
abstract class Car{
    private String brand;
    private String series;//暂时用不到
    public abstract void produce();

    public void setBrand(String brand) {
        this.brand = brand;
    }
    public void setSeries(String series) {
        this.series = series;
    }
    public String getBrand() {
        return brand;
    }
    public String getSeries() {
        return series;
    }
}
//具体产品
class Audi extends Car{
    public void produce(){
        System.out.println("produce : " + this.getBrand());
    }
}
class Bmw extends Car{
    public void produce(){
        System.out.println("produce : " + this.getBrand());
    }
}
//简单工厂
class CarFactory {
    public static Car createCar(String car){
        Car c = null;
        if("Audi".equalsIgnoreCase(car))
            c = new Audi();
        else if("Bmw".equalsIgnoreCase(car))
            c = new Bmw();
        return c;
    }
}

      在这个案例中，我要生产一辆车，不再需要自己new一个车，而只需要传入一个类型(品牌)，根据类型来创建车。的确隐藏了实现细节。但是问题在于：

      使用者首先必须确定要create哪种车，然后传入类型，然后在工厂里又if-else判断了到底是哪种车，违背了开闭原则，我需要增加对其他子类的支持，必须修改代码，增加else判断分支。毫无疑问是有问题的，看起来这个if-else很多余，我既然已经告诉你我要奥迪车，你为什么内部自己还判断了呢。当然，反射是可以避免if-else 的，但是要使用Class.forName() 必须要传入类的完全限定名，这点在使用中是非常麻烦的。

      如何解决？

      既然我在工厂里面也要判断哪种品牌，那为什么我不将判断拿出来呢？对于奥迪车，我建立一个小工厂专门生产奥迪车，而奔驰、宝马我也各自建一个工厂去生产。这样，在客户调用的时候，你只需要告诉我你准备用那个公司的生产车间，我就能生产这个品牌的汽车，这也就是工厂方法模式。

    工厂方法模式，为了避免if-else判断，干脆再封装一层工厂

     以此图为例

      client持有AbstractFactory的引用，AbstractFactory可创建具体工厂对象ConcreteFactory1，ConcreteFactory1。

每个具体工厂可生产具体的产品 ConcreteProduct1，ConcreteProduct2。这两个具体产品可抽象为AbstractProduct。因此用抽象父类接受具体子类对象。

public class FactoryMod {
    @Test
    public void test() {
        CarFactory factory = new AudiFactory();
        factory.createCar().produce();
    }
    abstract class Car{
        private String brand;
        private String series;//暂时用不到
        public abstract void produce();
        public void setBrand(String brand) {
            this.brand = brand;
        }
        public void setSeries(String series) {
            this.series = series;
        }
        public String getBrand() {
            return brand;
        }
        public String getSeries() {
            return series;
        }
    }
    class Audi extends Car{
        public void produce(){
            System.out.println("produce : " + this.getBrand());
        }
    }
    class Bmw extends Car{
        public void produce(){
            System.out.println("produce : " + this.getBrand());
        }
    }
    class AudiFactory implements CarFactory{
        public  Car createCar(){
            Car audi = new Audi();
            audi.setBrand("audi");
            return audi;
        }
    }
    class BmwFactory implements CarFactory{
        public  Car createCar(){
            Car bmw = new Bmw();
            bmw.setBrand("bmw");
            return bmw;
        }
    }
    //工厂
    interface CarFactory {
        Car createCar();
    }
}

 

      此处我建了两个工厂，分别生产不同品牌的汽车，这样客户端调用时，只要指明了是哪个工厂，就不必再有if-else判断。如果我们增加奔驰生产的功能，只需要在Car下面增加奔驰类，并增加生产奔驰类的车间，无需改动代码，就可以生成奔驰车。

而且我还可以指定生产什么型号的汽车：

class AudiFactory implements CarFactory{
        public  Car createCar(String series){
            Car audi = new Audi();
            audi.setBrand("audi");
            audi.setSeries(series);
            return audi;
        }
    }
    class BmwFactory implements CarFactory{
        public  Car createCar(String series){
            Car bmw = new Bmw();
            bmw.setBrand("bmw");
            bmw.setSeries(series);
            return bmw;
        }
    }
    //我指定汽车型号，客户端想要生产汽车的时候必须告诉我型号，然后我就可以给你相应型号的汽车。
    interface CarFactory {
        Car createCar(String series);
    }

      上面的代码就可以实现生产多个车型

      但是这种写法其实是有问题的，或者说适用性不强。因为这里我是吧车型当成了Car的一个内部属性，但是实际上，车型可能是一个单独的属于奥迪车的子类。

那么如果我不仅要生产奥迪，我还要指定车型，比如奥迪A4，奥迪A6呢？工厂方法如何实现？

public class FactoryMod2 {
    @Test
    public void test() {
        CarFactory factory = new AudiFactory();
        factory.createCar().produce();//生产奥迪汽车
        factory.createCar("A4").produce();//生产奥都A4
    }
    //汽车都有自己的序列号
    abstract class Car {
        private String id = String.valueOf(Math.random());
        public String getId() { return id; }
        public void setId(String id) { this.id = id; }
        public abstract void produce();
    }
    //奥迪汽车还有自己的品牌名
    class Audi extends Car {
        private String brand = "Audi";
        public void produce() { 
             System.out.println("produce : " + this.getBrand() + "," + this.getId()); 
        }
        public String getBrand() { return brand; }
    }
    //奥迪A4汽车除了品牌还有型号
    class AudiA4 extends Audi {
        private String series = "A4";
        public void produce() {
            System.out.println("produce : " + this.getBrand() + "," + this.getSeries() + "," + this.getId());
        }
        public String getSeries() { return series; }
    }
    class AudiA6 extends Audi {
        private String series = "A6";
        public void produce() {
            System.out.println("produce : " + this.getBrand() + "," + this.getSeries() + "," + this.getId());
        }
        public String getSeries() { return series; }
    }
    class AudiFactory implements CarFactory {
        //要判断客户要什么系列
        public Car createCar(String series) {
            Audi car = null;
            if (series.equals("A4"))
                return new AudiA4();
            else if (series.equals("A6"))
                return new AudiA4();
            return null;
        }
        public Car createCar(){
            return new Audi();
        }
    }
    //简单工厂
    interface CarFactory {
        Car createCar(String series);
        Car createCar();
    }
}

      代码稍微复杂了一点，这里我省略了宝马工厂的创建，都是相似的，并且调整了继承体系。

      我们很容易在Audi下在派生子类AudiA4 和 AudiA6 没问题，在用户调用的时候我们要把用户要求的型号告诉车间，车间里判断用户到底是要哪个系列，我们就给他哪个系列。很好，我们实现了功能：

produce :Audi,0.5005191840367693
produce :Audi,A4,0.1326089233983656

      但是if-else的问题又来了，我们在奥迪生产车间里，又一次遇到了if判断，判断到底是哪种系列。就像一开始我们用简单工厂模式一样。

随着需求的复杂度提高，单一的奥迪工厂已经无法轻松写意的生产各种型号的奥迪汽车，它的produce方法开始负责A4和A6汽车的生产，这违背了单一职责原则。进而违背了开闭原则。

      怎么办？

      我们还是从刚才简单工厂到工厂方法的转变上，试着寻求消除if-else的方式，前面在简单工厂中，调用者已经指明我要的是奥迪汽车，但是工厂里还是判断了一次，因为工厂意图承担多个创建责任。我们分析之后觉得应该把这个判断拿出来。也就是说让客户直接选择要创建哪种汽车，但是又不能直接new，所以我们就在原先工厂的地方再用一次工厂，将原先的职责划分开来，形成奥迪工厂和宝马工厂，然后调用者直接拿奥迪工厂生产奥迪汽车，现在因为需求变更，奥迪工厂不得不承担多个生产责任，产生多个if-else。我们要干掉他，所以我们选择在奥迪工厂上，仿照上面的做法，再用工厂划分出奥迪A4产品线，奥迪A6产品线。

      我初步试了一下。

class AudiA4Factory implements CarFactory{
        public Car createCar(){
            return new AudiA4();
        }
    }
    class AudiA6Factory implements CarFactory{
        public Car createCar(){
            return new AudiA6();
        }
    }

      发现这种基于垂直的继承体系，最好的办法就是直接使用父类工厂，直接创建子类，也就是说无论是奥迪还是奥迪A4，还是宝马，都直接用对应的AudiA4Factory，AudiA6Factory来生产。既然客户端知道确定的类型，就直接创建确定类型的工厂。当然这里看起来好像不太科学，如果垂直继承体系很深，那么不同各层级的工厂有些不太清晰。关于这种垂直继承体系，使用什么来创建比较好，此处不展开讨论，或许直接创建子类的工厂，子类的子类的工厂更好，如果要实现单一职责开闭原则的话，容易变化的就不能作为方法存在，比如生产各种型号的汽车，如果做成createAudiAt() createAudiA6()方法，就会出现之前的问题。

      我们还有个问题没有解决：抽象工厂怎么用？

     抽象工厂的应用场景，不是类似于这种垂直的产品体系，因为这种垂直的体系就只有一个产品等级结构。

      产品族与产品等级结构如图所示。

    

      图片来自： http://blog.csdn.net/mark_lq/article/details/45132113

 

      产品等级结构就是一系列具有垂直继承体系的产品。产品族就是一系列没有继承关系的产品集合，比如手枪和子弹，鼠标和键盘。 

 

      通过工厂方法与抽象工厂方法的区别来理解抽象工厂模式：

    

      对于工厂方法：此处抽象产品类就是Car，派生的具体产品类就是Audi，Bmw。此处抽象工厂类就是CarFactory。具体工厂类就是AudiFactory.

根据前面的分析，抽象产品类可以派生多个具体产品类。抽象工厂类可以派生多个具体工厂类，而具体工厂类只能创建一个具体产品实例。多了就要违背开闭。

      对于抽象工厂：是有多个抽象产品类的，也就是多个产品族，例子有：汽车、飞机、航母；枪与子弹，鼠标与键盘等。是不同继承体系的产品。

多个抽象产品类可以抽象出多个具体产品类，比如雷蛇鼠标雷柏鼠标，键盘可能是雷蛇键盘雷柏键盘等。每个抽象工厂，可以派生多个具体工厂类，而每个具体工厂类可以创建多个产品实例，意思就是每个工厂都能生产鼠标和键盘，但是却有不同的工厂去生产不同的实例。

类图如下：

      现在有抽象工厂类AbstractFactory，它可以创建几个具体的工厂 ConcreteFactory1，ConcreteFactory2，具体的每个工厂都能生产具体的A产品和B产品，但是A,B产品并没有继承关系，它们是不同的产品等级体系，现在要增加一个产品族，只需要增加一个相应产品族的工厂和具体的产品，比如A3，B3。大师要增加一个新产品比如C，那么3个工厂都需要修改内容，以生产新的产品。

代码：

//抽象产品（Bmw和Audi同理）
abstract class BenzCar{
    private String name;  

    public abstract void drive();  

    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
//具体产品（Bmw和Audi同理）
class BenzSportCar extends BenzCar{
    public void drive(){
        System.out.println(this.getName()+"----BenzSportCar-----------------------");
    }
}
class BenzBusinessCar extends BenzCar{
    public void drive(){
        System.out.println(this.getName()+"----BenzBusinessCar-----------------------");
    }
}  

abstract class BmwCar{
    private String name;  

    public abstract void drive();  

    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
class BmwSportCar extends BmwCar{
    public void drive(){
        System.out.println(this.getName()+"----BmwSportCar-----------------------");
    }
}
class BmwBusinessCar extends BmwCar{
    public void drive(){
        System.out.println(this.getName()+"----BmwBusinessCar-----------------------");
    }
}  

abstract class AudiCar{
    private String name;  

    public abstract void drive();  

    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
class AudiSportCar extends AudiCar{
    public void drive(){
        System.out.println(this.getName()+"----AudiSportCar-----------------------");
    }
}
class AudiBusinessCar extends AudiCar{
    public void drive(){
        System.out.println(this.getName()+"----AudiBusinessCar-----------------------");
    }
}  

//抽象工厂
abstract class Driver3{
    public abstract BenzCar createBenzCar(String car) throws Exception;  

    public abstract BmwCar createBmwCar(String car) throws Exception;  

    public abstract AudiCar createAudiCar(String car) throws Exception;
}
//具体工厂
class SportDriver extends Driver3{
    public BenzCar createBenzCar(String car) throws Exception {
        return new BenzSportCar();
    }
    public BmwCar createBmwCar(String car) throws Exception {
        return new BmwSportCar();
    }
    public AudiCar createAudiCar(String car) throws Exception {
        return new AudiSportCar();
    }
}
class BusinessDriver extends Driver3{
    public BenzCar createBenzCar(String car) throws Exception {
        return new BenzBusinessCar();
    }
    public BmwCar createBmwCar(String car) throws Exception {
        return new BmwBusinessCar();
    }
    public AudiCar createAudiCar(String car) throws Exception {
        return new AudiBusinessCar();
    }
}  

//老板
public class BossAbstractFactory {  

    public static void main(String[] args) throws Exception {  

        Driver3 d = new BusinessDriver();
        AudiCar car = d.createAudiCar("");
        car.drive();
    }
}  

代码来自 ： http://www.cnblogs.com/zhangchenliang/p/3700820.html 

      上面的代码比较清楚的展示了抽象方法的工作原理。

      此处的抽象工厂是Driver3，具体工厂是BussinessDriver，SportDriver等。抽象产品是AudiCar，具体产品是AudiSportCar和AudiBussinessCar。

因此对于抽象工厂，支持多个产品族，要增加一个产品族很容易，只需要增加一个具体工厂，比如生产SUV型轿车。只需要实现一个SUVDriver，但是要增加一种汽车产品线，比如大众。就必须在所有的产品族工厂里增加createVolkswagenCar，如果用鼠标键盘举例子的话，就是每个厂商(雷柏雷蛇赛睿)就是具体的工厂，是产品族。而每中产品，鼠标键盘就是产品等级体系。

    有不清楚的可以继续参考：

    http://www.cnblogs.com/zhangchenliang/p/3700820.html 

    http://blog.csdn.net/wyxhd2008/article/details/5597975 

    http://blog.csdn.net/mark_lq/article/details/45132113 

    http://blog.chinaunix.net/uid-25958655-id-4243289.html 

 

总结：

1.为什么用工厂方法？

  参考资料：http://blog.csdn.net/lovelion/article/details/7523392

  概括起来大致有以下的说法：

  将对象的实例化归集起来，避免一个类到处实例化对象，一旦需求变更导致霰弹式修改，如果以后要改，直接在工厂里改就行了。

  类的某些实例化需要有比较多的初始化设置，放到工厂里可以封装代码，而不至于到处都是重复的初始化代码。

  从解耦的角度考虑，不应该硬编码，其实Spring才是最大的工厂，管理所有的代码，实现所有代码的解耦。springIOC有什么好处，工厂差不多也有这些好处。

  将对象本身的职责，对象的创建创建逻辑，使用逻辑隔离开来。

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  也有认为工厂模式华而不实的。

  也有认为工厂是C++时代设计模式遗留到java中的产物，其实并不一定需要，java通过反射可以方便的拿到所需要的实例。

  不过普通程序员在java开发中广泛运用spring框架，多数时候不太需要，而且对于javaWeb这种CRUD的项目来说，也不需要太多的设计模式。最后就是，许多人都没有找到适合工厂模式的应用场景，不能为了模式而套模式，导致过度设计。工厂方法到底有没有用，我还不能下定论，或许5年之后，我能理解这个模式更深层次的内涵。

 

2.何时使用工厂方法。

  个人浅薄地认为，只要有new的地方，都可以考虑一下是否使用工厂，对于简单很少有变动的情况，可以考虑用简单的工厂，毕竟结构要清洗一点，也没有特别大的变动。对于产品等级体系发达的情况，优先用工厂模式。对于产品族发达，而产品等级体系固定的情况，用抽象工厂。有些时候这几种工厂可以组合使用，目的其实都是一样，遵循6个设计原则，实现高内聚低耦合。

来自为知笔记(Wiz)