工厂方法模式及扩展

文章目录

• 工厂方法模式及扩展
• • 概述
  • 结构
  • 结构实现
  • 练习
  • 源代码
  • 工厂方法的重载
  • 工厂方法的隐藏
  • 工厂模式的优缺点以及使用环境

概述

工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，但是让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。
工厂方法模式简称工厂模式，又可称作虚拟构造器模式或多态工厂模式。工厂方法模式是一种类创建型模式。工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类负责生成具体的产品对象，这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成，即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸，它继承了简单工厂模式的有点，同时还弥补了简单工厂模式的缺陷，更好地符合开闭原则的要求，在增加新的具体产品对象时不需要对已有系统做任何修改。

在简单工厂模式中，如果要给系统增加一种新产品，那么除了增加一个新的具体产品类之外还需要修改工厂类的代码，这就使得整个设计在一定程度上违反了开闭原则。

而在工厂方法模式中，先定义了一个抽象的工厂类，再定义具体的工厂类来生成产品，它们实现了抽象工厂类中声明的方法，如果需要添加新产品，只需要定义一个具体的工厂类就可以创建新产品的实例了。

结构

工厂方法模式提供一个抽象工厂接口来声明抽象工厂方法，而由其子类来具体实现工厂方法，创建具体的产品对象。结构图如下：

依图可知，工厂方法模式包含以下4个角色：

1. Product(抽象产品)：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的公共父类。
2. ConcreteProduct(具体产品)：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品之间一一对应。
3. Factory(抽象工厂)：在抽象工厂类中声明了工厂方法（Factory Method），用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。
4. ConcreteFactory(具体工厂)：它是抽象工厂类的子类，实现了在抽象工厂中声明的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

结构实现

抽象工厂：抽象工厂可以是接口，也可以是抽象类或具体类，代码如下：

public interface Factory{
    public Product factoryMethod();
}

具体工厂：具体工厂类实现了工厂方法，不同的工厂方法可以创建不同的具体产品，代码如下：

public class ConcreteFactory implements Factory{
    public Product factoryMethod(){
        return new ConcreteProduct();
    }
}

客户端：开发人员只需要关心工厂类即可，不同的具体工厂可以创建不同的产品。代码如下：

...
Factory factory;
factory = new ConcreteFactory();//可通过配置文件与反射机制实现
Product product = factory.factoryMethod();
...

练习

某系统运行日志记录器(Logger)可以通过多种途径保存系统的运行日志，例如通过文件记录或数据库记录，用户可以通过修改配置文件灵活地更换日志记录方式。在设计各类日志记录器时，开发人员发现需要对日志记录器进行一些初始化工作，初始化参数的设置过程较为复杂，而且某些参数的设置有严格的先后次序，否则可能会发生记录失败。

为了更好地封装记录器的初始化过程并保证多种记录器切换的灵活性，现使用工厂方法模式设计该系统。注：writeLog()方法的实现只写简单的输出语句。

源代码

Logger.java:日志记录器接口，充当抽象产品角色

public interface Logger {
   public void writeLog();
}

FileLogger.java:文件日志记录器，充当具体产品角色

public class FileLogger implements Logger {
   public void writeLog() {
      System.out.println("文件日志记录。");
   }
}

DatabaseLogger.java:数据库日志记录器，充当具体产品角色

public class DatabaseLogger implements Logger {
   public void writeLog() {
      System.out.println("数据库日志记录。");
   }
}

LoggerFactory.java:日志记录器工厂接口，充当抽象工厂角色

public interface LoggerFactory {
   public Logger createLogger();
}

FileLoggerFactory.java:文件日志记录器工厂类，充当具体工厂角色

public class FileLoggerFactory implements LoggerFactory {
   public Logger createLogger() {
      Logger logger = new FileLogger();
      return logger;
   }
}

DatabaseLoggerFactory.java:数据库日志记录器工厂类，充当具体工厂角色

public class DatabaseLoggerFactory implements LoggerFactory {
   public Logger createLogger() {
      Logger logger = new DatabaseLogger();
      return logger;
   }
}

Client.java:客户端测试类

public class Client {
   public static void main(String[] args) {
      LoggerFactory factory = new FileLoggerFactory();
      Logger logger = factory.createLogger();
      logger.writeLog();
   }
}

输出结果：
文件日志记录。

若使用反射机制和配置文件，那么在配置文件中填写的是具体工厂类。

工厂方法的重载

在某些情况下，可以通过多种方式来初始化同一个产品类。提供一组重载的工厂方法，以不同的方式对产品对象进行创建。结构图如下：

引入重载方法后，抽象工厂类LoggerFactory的代码修改为：

public interface LoggerFactory{
    public Logger createLogger();
    public Logger createLogger(String args);
    public Logger createLogger(Object obj);
}

具体工厂类DatabaseLoggerFactory的代码修改为：

public class DatabaseLoggerFactory implements LoggerFactory{
    public Logger createLogger(){
        //使用默认方式连接数据库，代码省略
        Logger logger = new DatabaseLogger();
        //初始化数据库日志记录器，代码省略
        return logger;
    }
    public Logger createLogger(String args){
        //使用参数args作为连接字符串来连接数据库，代码省略
        Logger logger = new DatabaseLogger();
        //初始化数据库日志记录器，代码省略
        return logger;
    }
    public Logger createLogger(Object obj){
        //使用封装在参数obj中的连接字符串来连接数据库，代码省略
        Logger logger = new DatabaseLogger();
        //使用封装在参数obj中的数据来初始化数据库日志记录器，代码省略
        return logger;
    }
}
//其他具体工厂类代码省略

在抽象工厂中声明了多个重载的工厂方法，在具体工厂中实现了这些工厂方法，这些方法可以包含不同的业务逻辑，以满足产品对象的多样化创建需求。

工厂方法的隐藏

为了进一步简化客户端的使用，还可以对客户端隐藏工厂方法，此时在工厂类中直接调用产品类的业务方法，客户端无须调用工厂方法创建产品对象，直接使用工厂对象即可调用所创建的产品对象中的业务方法。

抽象工厂类LoggerFactory的代码修改为：

//将接口改为抽象类
public abstract class LoggerFactory{
    //在工厂类中直接调用日志记录器类的业务方法writeLog()
    public void writeLog(){
        Logger logger = this.createLogger();
        logger.writeLog();
    }
    public abstract Logger createLogger();
}

客户端代码修改为：

public class Client{
    public static void main(String args[]){
        LoggerFactory factory;
        factory = (LoggerFactory)XMLUtil.getBean();
        factory.writeLog();//直接使用工厂对象来调用产品对象的业务方法
    }
}

工厂模式的优缺点以及使用环境

优点

(1) 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。

(2) 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，就正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。

(3) 使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合开闭原则。

缺点

(1) 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。

(2) 由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度。

适用环境

(1) 客户端不知道它所需要的对象的类。在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

(2) 抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。

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本篇文章参考书籍有：
《Java设计模式》 刘伟——清华大学出版社,2018

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作者：阿涛
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