Java 设计模式: 工厂模式(Factory)
1. 工厂模式的定义
工厂模式使用的频率非常高,在开发设计中总能见到它们的身影。
其定义为:
Define an interface for creating an object, but let subclasses decide which class to instantiate. Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses.
即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。
工厂方法模式的通用类图如下所示:
如图所示,Product抽象类负责定义产品的共性,实现对事物最抽象的定义,Creator为抽象工厂类,具体如何创建产品类由具体的实现工厂ConcreteCreator来完成。
看一下通用的模板代码:
public abstract class Product { public void method() { // 产品类的公共方法,已经实现 // 实现了公共的逻辑 } public abstract void method2(); // 非公共方法,需要子类具体实现 }
具体产品类可以有多个,都继承与抽象类Product,如下:
public class ConcreateProduct1 extends Product { @Override public void method2() { // product1的业务逻辑 } } public class ConcreateProduct2 extends Product { @Override public void method2() { // product2的业务逻辑 } }
抽象工厂类负责定义产品对象的产生,代码如下:
public abstract class Creator { // 创建一个产品对象,其输入参数类型可以自行设置 public abstract <T extends Product> T createProduct(Class<T> clazz); }
这里用的是泛型,传入的对象必须是Product抽象类的实现类。
具体如何产生一个产品的对象,是由具体工厂类实现的,具体工厂类继承这个抽象工厂类:
public class ConcreteCreator extends Creator { @Override public <T extends Product> T createProduct(Class<T> clazz) { Product product = null; try { product = (Product) Class.forName(clazz.getName()).newInstance(); } catch (Exception e) { //异常处理 e.printStackTrace(); } return (T) product; } }
通过这样的设计,我们就可以在测试类中随意生产产品了,看下面的测试类:
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { Creator factory = new ConcreteCreator(); Product product1 = factory.createProduct(ConcreteProduct1.class); //通过不同的类创建不同的产品 Product product2 = factory.createProduct(ConcreteProduct2.class); /* * 下面继续其他业务处理 */ } }
下面举个女娲造人的例子阐述一下工厂模式的实际应用。
2. 用女蜗造人阐述工厂模式
现在女娲要造人,她要造三种人:白种人、黄种人、黑种人
怎么造呢?她得有个能产生人类的工厂吧(类似于八卦炉的东西),这个工厂得让她生产出不同的人种。每个人都有两个属性:皮肤颜色和说话。那现在我们开始设计女蜗造人的程序,首先我们看一下造人的类图:
抽象接口Human是人类,里面有两个方法:
1) getColor 获得皮肤颜色
2) talk 交谈
下面三个具体Human的实现类,分别实现三个人种。
根据工厂模式,应该有个抽象工厂,AbstractHumanFactory就担当了这个责任,里面有个抽象方法createHuman,那HumanFactory就是实现类了,实现抽象工厂里的方法。
下面我们看看具体实现:
public interface Human { public void getColor();//人有不同的颜色 public void talk(); //人会说话 }
接下来对Human接口的不同实现:
public class BlackHuman implements Human { // 黑种人 @Override public void getColor() { System.out.println("Black"); } @Override public void talk() { System.out.println("Black man"); } } public class YellowHuman implements Human { // 黄种人 @Override public void getColor() { System.out.println("Yellow"); } @Override public void talk() { System.out.println("Yellow man"); } } public class WhiteHuman implements Human { // 白种人 @Override public void getColor() { System.out.println("White"); } @Override public void talk() { System.out.println("White man"); } }
好了,人的模子搞好了,现在女娲要开始搭建八卦炉了,于是女娲开始画八卦炉模型了:
public abstract class AbstractHumanFactory{ // 注意这里T必须是Human的实现类才行,因为要造Human public abstract <T extends Human> T createHuman(Class<T> clazz); }
然后女娲开始具体实现这个八卦炉了……
public class HumanFactory extends AbstractHumanFactory { @Override public <T extends Human> T createHuman(Class<T> clazz) { Human human = null; try { human = (Product) Class.forName(clazz.getName()).newInstance(); } catch (Exception e) { // 异常处理 System.out.println("人种产生错误"); } return (T) human; } }
好,现在人种也有了,八卦炉也有了,剩下的就是采集黄土,然后命令八卦炉开始生产了:
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { AbstractHumanFactory bagualu = new HunmanFactory(); Human blackMan = bagualu.createHuman(BlackHuman.class); // 黑人诞生了 Human yellowMan = bagualu.createHuman(YelloHuman.class); // 黄人诞生了 Human whiteMan = bagualu.createHuman(WhiteHuman.class); // 白人诞生了 } }
女娲就是这么把人造出来的……这就是工厂模式!
3. 工厂模式的扩展
3.1 静态工厂模式
我们还用上面女娲造人的例子说明,现在女娲在思考一个问题:现在只需要一个工厂就可以把人生产出来,我干嘛要具体的工厂对象呢?我只要使用静态方法就好了。这样一想,于是女娲去掉了AbstractHumanFactory抽象类,只保留了HumanFactory类,同时把createHuman方法设置成了static类型,搞定!
public class HumanFactory { @Override public static <T extends Human> T createHuman(Class<T> clazz) { Human human = null; try { human = (Product) Class.forName(clazz.getName()).newInstance(); } catch (Exception e) { // 异常处理 System.out.println("人种产生错误"); } return (T) human; } }
然后女娲造人的时候就不用new什么八卦炉了,直接用HumanFactory类调用就行了:
Human blackMan = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
这就是静态工厂模式,在实际项目中,根据需求可以设置成静态工厂类,但是缺点是扩展比较困难,如果就一个工厂,不需要扩展,可以这么设计,仍然是很常用的。
3.2 多个工厂模式
我们还以女娲造人为例,后来女娲想了想,这人不可能就说话吧,还得有不同的属性杀的,如果在一个八卦炉里造,除了new一个人外,还得对不同的人设置不同的属性(例如宗教爱好、文化习俗、身高体重),这样的话,八卦炉有点吃不消阿……又有点乱啊……但是她想到了一个法子,每个人种弄个八卦炉,不同的八卦炉专门生产不同的人种,这样就结构清晰了,她在造人的时候自己选择与哪个八卦炉相关联就行了。
示意图如下:
这样的话AbstractHumanFactory抽象类我们就要改写了,抽象方法写法如下:
public abstract class AbstractHumanFactory { public abstract Human createHuman(); }
注意抽象方法中已经不需要再传递相关类的参数了,因为每个具体的工厂都已经非常明确自己的职责:创建自己负责的产品类对象。所以不同的工厂实现自己的createHuman方法即可:
public class BlackHumanFactory extends AbstractHumanFactory { public Human createHuman() { return new BlackHuman(); } } public class YellowHumanFactory extends AbstractHumanFactory { public Human createHuman() { return new YellowHuman(); } } public class WhiteHumanFactory extends AbstractHumanFactory { public Human createHuman() { return new WhiteHuman(); } }
这样三个不同的工厂就产生了,每个工厂对应只生产自己对应的人种。所以现在女娲造人就可以不用一个八卦炉了,分工协作,各不影响了!
public class FactoryTest { public static void main(String[] args) { Human blackMan = new BlackHumanFactory().createHuman(); // 黑人诞生了 Human yellowMan = new YellowHumanFactory().createHuman(); // 黄人诞生了 Human whiteMan = new WhiteHumanFactory().createHuman(); // 白人诞生了 } }
这种工厂模式的好处是职责清晰,结构简单,但是给扩扩展性和可维护性带来了一定的影响,因为如果要扩展一个产品类,就需要建立一个相应的工厂类,这样就增加了扩展的难度。因为工厂类和产品类的数量是相同的,维护时也需要考虑两个对象之间的关系。但是这种模式还是很常用的。
3.3 替代单例模式
上一章介绍了单例模式,并且指出了单例和多例的一些缺点,但是我们是不是可以采用工厂模式来实现一个单例模式的功能呢?答案是肯定的,单例模式的核心要求就是在内存中只有一个对象,通过工厂方法模式也可以只在内存中生产一个对象。见下面:
Singleton类定义了一个private的无参构造方法,目的是不允许通过new的方式创建对象,另外,Singleton类也不自己定义一个Singleton对象了,因为它要通过工厂来获得。
public class Singleton { private Singleton() { } public void doSomething() { // 业务处理 } }
既然Singleton不能通过正常的渠道建立一个对象,那SingletonFactory如何建立一个单例对象呢?
答案是通过反射方式创建,静态方法实现:
public class SingletonFactory { private static Singleton instance; static { try { Class clazz = Class.forName(Singleton.class.getName()); // 获取无参构造方法 Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(); // 设置无参构造方法可访问 constructor.setAccessible(true); // 产生一个实例对象 instance = (Singleton) constructor.newInstance(); } catch (Exception e) { // 异常处理 } } public static Singleton getInstance() { return instance; } }
以上通过工厂方法模式创建了一个单例对象,该框架可以继续扩展,在一个项目中可以产生一个单例构造器,所有需要产生单例的类都遵循一定的规则(构造方法是private),然后通过扩展该框架,只要输入一个类型就可以获得唯一的一个实例。
3.4 延迟初始化
何为延迟初始化(Lazy initialization)?即一个对象被使用完毕后,并不立刻释放,工厂类保持其初始状态,等待再次被使用。延迟初始化是工厂模式的一个扩展应用,其通用类表示如下:
ProductFactory负责产品类对象的创建工作,并且通过prMap变量产生一个缓存,对需要再次被重用的对象保留:
public class ProductFactory { private static final Map<String, Product> prMap = new HashMap(); public static synchronized Product createProduct(String type) throws Exception { Product product = null; // 如果Map中已经有这个对象 if(prMap.containsKey(type)) { product = prMap.get(type); } else { if(type.equals("Product1")) { product = new ConcreteProduct1(); } else { product = new ConcreteProduct2(); } prMap.put(type, product); } return product; } }
代码比较简单,通过定义一个Map容器,容纳所有产生的对象,每次在new一个对象的时候先判断Map中有没有,有就不用再new了,直接取。另外,每次new过一个对象后,也将其放入Map中方便下次调用。
延迟加载时很有用的,比如JDBC连接数据库,会要求设置一个MaxConnections最大连接数量,该数量就是内存中最大实例化的数量。
4. 工厂模式的应用
优点:
1. 工厂模式具有良好的封装性,代码结构清晰,也有利于扩展。在增加产品类的情况下,只需要适当地修改具体的工厂类或扩展一个工厂类,就可以完成“拥抱变化”。
2. 工厂模式可以屏蔽产品类。这一点非常重要,产品类的实现如何变化,调用者都不用关系,只需要关心产品的接口,只要接口保持不变,系统的上层模块就不需要发生变化。
3. 工厂模式是典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类,其他的实现类都不用关心。
设计模式之禅:http://blog.csdn.net/column/details/des-pattern.html (推荐)
参考推荐:
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