Java设计模式：工厂模式

问题提出

Java的工厂模式与现实生活中的工厂的模型是很相似的。工厂是用来做什么？当然是用来生成产品。因此在Java的工厂模式的关键点就是如何描述好产品和工厂这2个角色之间的关系。

下面来仔细描述一下不同的关系以及对应的设计模式

1）单一产品系，工厂只生产一种类型的产品

让我们简单构思一下简单的工厂生产模型，既然只有一个产品，那只需要一个车间就好了，一个车间分别生产三种不同种类的小汽车。好，下面看看简单工厂的设计模式。

//定义小汽车接口：ICar.java
public interface ICar {
}

public class TopCar implements ICar {
}

public class MidCar implements ICar {
}

public class LowCar implements ICar {
}

public class CarSimpleFactory {
    public static final String TOPTYPE = "toptype";
    public static final String MIDTYPE = "midtype";
    public static final String LOWTYPE = "lowtype";

    private CarSimpleFactory(){

    }
    public static ICar create(String mark){
        ICar obj = null;
        if(mark.equals(TOPTYPE)){
            obj = new TopCar();
        }
        else if(mark.equals(MIDTYPE)){
            obj = new MidCar();
        }
        else if(mark.equals(LOWTYPE)){
            obj = new LowCar();
        }
        return obj;
    }
}

简单工厂功能类编写步骤：

1.编写抽象产品接口

2.编写具体产品子类

3.编写工厂类。简单工厂类的特点，它是一个具体的类，非接口型抽象类。有一个重要的create()方法，并且用if...else或者switch开发创建所需产品。因为可以把这个简单工厂类实现成一个工具类，所以直接用静态方法就可以了，如有必要甚至可以把构造方法私有化。

下面考虑一种情形，工厂扩张啦！可以加工生产超级高档型的汽车。在上面的生产模式下要怎么修改呢？

1）新增ICar子类SuperCar

2）修改工厂类SimpleCarFactory中的create()方法，添加判断分支。

子类SuperCar的添加是必然的，然而能不能不用修改工厂类呢？

或者从另一个角度分析，在一个生产线上生产几种不同种类的产品，这样我们还需要对每个产品加以判断种类来分类。当然，假若只有2种种类要区分，这样当然没问题，但是若是有多个种类要区分呢？显然，不能在一条生产线上生产多种种类的产品！那意味着对于每一种种类我们都需要一条生产线。这就是所谓的工厂模式！

public abstract class AbstractFactory {
    public abstract ICar create();
}

public class LowFactory extends AbstractFactory {
    public ICar create(){
        return new LowCar();
    }
}

public class MidFactory extends AbstractFactory {
    public ICar create(){
        return new MidCar();
    }
}

public class TopFactory extends AbstractFactory {
    public ICar create(){
        return new TopCar();
    }
}

而观察代码，只要有ICar.java,AbstractFactory.java这两个文件，其他具体产品类，工厂类源文件没有，编译也能通过。

对于AbstractFactory，可以定义为抽象类，也可以定义为接口。这里的create()是抽象方法，没参数，表明在具体的子类工厂中创建某个具体产品。

工厂方法的主要特征是：当需求分析发生变化是，只需要增加和删除相应的类，而不是修改已有的类。例如添加超高档的小汽车，只需要增加SuperCar以及SuperFactory两个类即可。所以工厂方法更易于软件的二次开发以及维护。

当然啦，一个工厂很有可能不止生成一种产品。下面看看多产品系。

2）多产品系，特征相同

UML图与工厂模式基本没什么区别，这里就不再画了。

一般来说，简单工厂和工厂模式都是单产品系的，而对于上面这种架构，称之为抽象工厂。但从本质上来说，抽象工厂和工厂模式是统一的。这里就不再述说。

3）多产品系，部分特征相同

public abstract class AbstractFactory {
    /**
     * 多产品系，小汽车和公共汽车都有高，中档类型，小汽车有低档类型，而公共汽车没有
     */
}

public abstract class AbstractFactory1 extends AbstractFactory {
    public abstract ICar createCar();   //产生小汽车对象
    public abstract IBus createBus();   //产生公共汽车对象
}

public abstract class AbstractFactory2 extends AbstractFactory {
    public abstract ICar createCar(); //产生小汽车对象
}

这里着重看看AbstractFactory，AbstractFactory1，AbstractFactory2.

1）具有相同特征的小汽车和公共汽车放在相同的工厂里面

2）该类也是抽象类，表明“特征是多个”。这里特征表示“高中低档”。

工厂模式大概就讲到这里，看到这里，相信很多人都有一种，工厂模式原来也不过如此。但是，个人觉得无论什么设计模式，看上去都似乎很好理解很容易。但是，当遇到问题需要自己分析设计的时候，就顿时没了头绪。

原因大概有2个，一是对这种设计模式还并不是十分熟悉和理解，二当然就是没有实践过。闲话不多说，下面让我们操刀实践一波。

例子：编写读文件功能。读取文本文件，包括GBK，UTF-8.编码下的文本文件，要求获得全文内容；读取图像文件，包括BMP，GIF，JPG文件，要求获得图像宽度，长度，每一点的三基色信息。

代码如下：

读取文本文件方法需要两个参数：文件名和编码方式；而读取图像文件需要一个参数：文件名。而根据题意，两种读取文件返回值类型有所差异。

如何用接口屏蔽方法参数个数，返回值类型的差异，是定义接口的关键。

public interface IRead<T> {
    //如何用接口屏蔽方法参数个数，返回值类型的差异，这是定义接口的关键
    T read(String ... in);
}

package factoryModel.explorer2;

import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;

/**
 * Created by lenovo on 2017/4/17.
 */
public class TextRead implements IRead<String> {    //读文本文件
    public String read(String ... in){              //可输入0或者多个参数
        String result = null;                       //result是结果串
        try{
            File file = new File(in[0]);            //in[0]代表文件名
            long len = file.length();
            FileInputStream input = new FileInputStream(in[0]);
            byte buf[] = new byte[(int)len];
            input.read(buf);
            result = new String(buf,in[1]);         //按照in[1]编码方式转化为可见字符串
            input.close();
        }
        catch (Exception ex){
            System.out.println(ex.getMessage());
        }
        return result;
    }
}

package factoryModel.explorer2;

/**
 * Created by lenovo on 2017/4/17.
 */
public class ImageInfo {
    private int width;      //图像宽度
    private int height;     //图像高度
    private int r[][];      //红色分量
    private int g[][];      //绿色分量
    private int b[][];      //蓝色分量

    public int getWidth() {
        return width;
    }

    public void setWidth(int width) {
        this.width = width;
    }

    public int getHeight() {
        return height;
    }

    public void setHeight(int height) {
        this.height = height;
    }

    public int[][] getR() {
        return r;
    }

    public int[][] getG() {
        return g;
    }

    public int[][] getB() {
        return b;
    }

    public void setRGB(int rgb[]){
        r = new int [height][width];
        g = new int [height][width];
        b = new int [height][width];
        int pos = 0;
        for(int i=0;i<height;i++){
            pos = width*i;
            for(int j=0;j<width;j++){
                r[i][j] = (rgb[pos+j]&0xff0000)>>16;
                g[i][j] = (rgb[pos+j]&0x00ff00)>>8;
                b[i][j] = (rgb[pos+j]&0x0000ff);
            }
        }
    }

}

package factoryModel.explorer2;

import javax.imageio.ImageIO;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

/**
 * Created by lenovo on 2017/4/17.
 */
public class ImageRead implements IRead<ImageInfo> {
    public ImageInfo read(String... in){
        BufferedImage bi = null;
        File f = new File(in[0]);
        try{
            bi = ImageIO.read(f);
        }
        catch (IOException ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        int width = bi.getWidth();
        int height = bi.getHeight();
        int rgb[] = new int[width*height];

        bi.getRGB(0,0,width,height,rgb,width,height);       //将图像数据读到result缓存区
        ImageInfo imageInfo = new ImageInfo();
        imageInfo.setHeight(height);
        imageInfo.setWidth(width);
        return imageInfo;
    }
}

public abstract class AbstractFactory {
　　//定义抽象工厂
    public abstract IRead create();
}

public class TextFactory extends AbstractFactory {
    public IRead create(){
        return new TextRead();
    }
}

public class ImageFactory extends AbstractFactory {
    public IRead create(){
        return new ImageRead();
    }
}

对于上面抽象工厂类其实并不够完善，如何选择具体工厂类没有体现。解决方法有两种。一是像简单工厂那样添加选择分支。二是使用反射。

下面的代码是使用了反射技术

public abstract class AbstractFactory {
    public abstract IRead create();
    static AbstractFactory create(String className){
        AbstractFactory factory = null;
        try{
            Class c = Class.forName(className);
            factory = (AbstractFactory)c.newInstance();
        }
        catch (Exception ex){
            ex.printStackTrace();
        }
        return factory;
    }
}

运用反射技术，实现了更加灵活的自动工厂选择功能。当添加新具体工厂类的时候，不需要修改AbstractFactory类。