[架构] 工厂模式详解与实例

2023年9月3日 302次阅读 来源: 算法小白

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    本文将介绍简单工厂、工厂模式、抽象工厂, 所有的工厂模式都是一个目的: “为了处理创建对象的细节”。

    本文内容来源于, 很棒的一本书, 你值得拥有。

1. 简单工厂

1.1 背景

     当我们需要根据条件创建一系列对象时, 一般会将判断写在一个方法里面(如下面代码)。这样做在简单的稳定的业务逻辑下, 也没什么大问题, 一样可以实现功能。但是, 当我们新加了几个类时, 就需要修改业务方法的代码, 违反了”对扩展开发, 对修改关闭”原则。

     我们还有更优雅的方式, 一起来看看吧。

public class PizzaStore {

	Pizza orderPizza(String type) {
		Pizza pizza;

		// 变化的部分(需要抽离出来)
		if (type.equals("cheese")) {
        	pizza = new CheesePizza();
    	} else if (type.equals("greek")) {
        	pizza = new GreekkPizza();
    	} else if (type.equals("pepperoni")) {
        	pizza = new PepperoniPizza();
    	}
		
	
		pizza.perpare();
		pizza.bake();
		pizza.cut();
		pizza.box();
		return pizza;
	}	
}

1.2 修改后的代码

1.2.1 业务类

public class PizzaStore {
	SimplePizzaFactory factory;

	// 初始化
	public PizzaStore(SimplePizzaFactory factory) {
		this.factory = factory;
	}

	Pizza orderPizza(String type) {
		Pizza pizza;

		// 通过工厂得到产品实例
		pizza = factory.createPizza(type);
	
		pizza.perpare();
		pizza.bake();
		pizza.cut();
		pizza.box();
		return pizza;
	}	
}

1.2.2 工厂类

public class SimplePizzaFactory {

	// 抽离出来的方法
	Pizza createPizza(String type) {
		Pizza pizza;
		if (type.equals("cheese")) {
        	pizza = new CheesePizza();
    	} else if (type.equals("greek")) {
        	pizza = new GreekkPizza();
    	} else if (type.equals("pepperoni")) {
        	pizza = new PepperoniPizza();
    	}
    	
    	return pizza;
	}
}

1.3 讲解

1.3.1 类图

查看图片

     简单的说, 就是将创建对象的代码都移到了工厂类里面。

    那么这样有毛好处? 还多创建了一个类。

1.3.2 优点

  1. 复用性: 如果有别的地方也用到了这些实例, 这时候是不是就复用了?
  2. 可扩展性: 可以在工厂类中加入功能方法, 比如数据转换…
  3. 结构清晰: 具体的业务类引用是不是变少了? 只需要引入一个工厂类即可;
  4. 健壮性: 以后修改代码时, 直接有对应的类了, 不用怕有的改了, 有的忘记了, 改错了排查问题了。

1.3.3 讨论

     a. 之前提到”对扩展开发, 对修改关闭”。 新的方式下, 当新增/移除某个工厂时, 不也得修改工厂里面的方法吗? 谈何修改关闭?

          我对这个模式下, 该原则的理解是: 当业务改变时, 修改是必不可少的。当有新的业务扩展时, 业务的调用方是不用改变的。而简单工厂类就是为了维护对象的创建而生, 该类的修改是可以接受的。

     b.将返回对象换成静态方法, 岂不更方便?

          这是很常见的技巧, 也成为静态工厂。但缺点是不能通过继承来改变创建方法的行为。继承, 看下一篇你就明白了。

2.工厂方法模式

2.1 背景

     在简单工厂模式中, 我们将一系列对象的创建封装到一个类中, 不过现在业务扩展了, 我们需要加入更多的类。(比如纽约风味的芝士/素食/香肠/花蛤披萨,  芝加哥风味的..等等), 如果还使用”简单工厂”模式的话, 会是怎么样? 一个方法内有12个判断, 12个类的new, 一个类引用了12个类(如下图, 写这个例子时都看蒙了…), 所以我们需要更优雅的方式来处理当前的问题。

/* 简单工厂的实现方式 */
public class SimplePizzaFactory {
	
	Pizza createPizza(String type) {
		Pizza pizza;

		if (type.equals("NYcheese")) {
        	pizza = new NYCheesePizza();
    	} else if (type.equals("YNgreek")) {
        	pizza = new NYGreekkPizza();
    	} else if (type.equals("YNpepperoni")) {
        	pizza = new NYPepperoniPizza();
    	} else if (type.equals("XJPcheese")) {
        	pizza = new XJPPepperoniPizza();
    	} else if (type.equals("XJPgreek")) {
        	pizza = new XJPGreekkPizza();
    	} else if (type.equals("XJPpepperoni")) {
        	pizza = new XJPPepperoniPizza();
    	} else if (type.equals("ZGcheese")) {
        	pizza = new ZGPepperoniPizza();
    	} else if (type.equals("ZGPgreek")) {
        	pizza = new ZGreekkPizza();
    	} else if (type.equals("ZGpepperoni")) {
        	pizza = new ZGepperoniPizza();
    	}

    	return pizza;
	}
}

2.2 修改后的代码

2.2.1 抽象工厂

/* 抽象工厂类 */
public abstract class PizzaStore {

	// 获取一个处理好的披萨
	public Pizza orderPizza(String type) {

		Pizza pizza = createPizza(type);	// 使用时使用是具体对象, 所以是知道当前的类型

		// 将共同的处理方式统一了
		pizza.perpare();
		pizza.bake();
		pizza.cut();
		pizza.box();

		return pizza;
	}

	// 获取一个披萨(变化的部分) "抽象方法"
	propected abstract Pizza createPizza(String type);
}

     在抽象工厂中, 我们定义了子类需要实现的接口(createPizza), 和新增了一个orderPizza, 来处理共同的逻辑。

2.2.2 具体工厂

/* 具体工厂(纽约的工厂) */
public class YNPizzaStore extends PizzaStore {

	public Pizza createPizza(String type) {

		if (type.equals("chees")) {
			return new NYStyleCheesPizza();
		} else if (type.equals("veggle")) {
			return new NYStyleVegglePizza();
		} else if (type.equals("Peperonl")) {
			return new NYStylePepperoniPizza();
		} else if (type.equals("Clam")) {
			return new NYStryleClamPizza();
		}
	}
}
/* 具体工厂(中国的工厂) */
public class ZGPizzaStore extends PizzaStore {

	public Pizza createPizza(String type) {

		if (type.equals("chees")) {
			return new ZGStyleCheesPizza();
		} else if (type.equals("veggle")) {
			return new ZGStyleVegglePizza();
		} else if (type.equals("Peperonl")) {
			return new ZGStylePepperoniPizza();
		} else if (type.equals("Clam")) {
			return new ZGStryleClamPizza();
		}
	}
}

     一个”具体工厂”可以理解为一个”简单工厂”, 将某一类的对象创建放在了一起。

     当我们新增一个工厂时, 只需要继承自”抽象工厂”即可, 不会修改之前的代码。

2.2.3 抽象产品

/* 抽象产品类 */
public abstract class Pizza {
	// 定义属性
	String name;	
	String dough;
	String sauce;
	ArrayList toppings = new ArrayList();

	// 定义行为
	void prepare() {
		System.out.println("Preparng " + name);
		System.out.println("Tossing dough...");
		System.out.println("Adding sauce...");
		System.out.println("Adding toppings: ");
		for (int i = 0; i < toppings.size() ; i++ ) {
			System.out.println("   " + toppings.get(i));
		}
	}
	void bake() {
		System.out.println("bake");
	}
	void cut() {
		System.out.println("cut");
	}
	void box() {
		System.out.println("cut");
	}

}

     抽象产品定义了产品的基本功能。

2.2.4 具体产品

/* 具体产品子类(纽约的芝士披萨) */
public class NYStyleCheesPizza extends Pizza {
	public NYStyleCheesPizza() {
		name = "纽约风味的芝士披萨";	// 设置自己的属性
	}
	// 重载了cut方法
	void cut() {
		System.out.println("切成方块形状");	
	}
}
/* 具体产品子类(中国的芝士披萨) */
public class NYStyleCheesPizza extends Pizza {
	public NYStyleCheesPizza() {
		name = "中国风味的芝士披萨";	// 设置自己的属性
	}
}

     具体产品可以重载父类的方法, 实现个性化。

     当新增一个产品时, 只需要继承自抽象产品类就可。

2.2.5 业务调用

/* 业务方, 使用方式 */
PizzaStore _YNStore = YNPizzaStore();	// 得到纽约工厂对象
Pizza _YNPizza0 = _YNStore.createPizza("chees"); // 得到一份纽约披萨
Pizza _YNPizza1 = _YNStore.orderPizza("chees");	// 得到一份处理过的纽约披萨产品对象

     当在使用时, 根据业务情况实例化对应的工厂, 然后得到对应的工厂类(多态)。

2.3 讲解

2.3.1 类图

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     可以从下向上理解, YNPizzaStore引用了YN相关的产品(XYStylePizza)。然后业务扩展了, 咱们新开了ZJG, 有对应的ZJG产品。 然后就我们抽离出工厂公有的逻辑(orderPizza)与变化的部分(creatPizza), 用抽象工厂来制定协议, 对应的, 我们也将产品公共的部分抽象出来(Pizza), 就得到了这个类图。

2.3.2 优点

     之前的简单工厂有的优点, 这个模式都有(微观上看, 一个具体工厂可以理解为一个简单工厂)。

    工厂模式都是为了解决对象创建问题, 这个模式为简单工厂增加了扩展性。

2.3.3 讨论

     a. 当只有一个工厂时, 是不是适合简单工厂, 不适合工厂模式?

          不是的。当只有一个工厂时, 用工厂模式比较好, 因为你的系统是会扩张和改变的。而当系统系统改动时, 不需要修改基础框架, 只需要继承自抽象工厂即可。工厂模式将”实现”从”使用”中解耦。

     b.使用字符串传参会容易出错.

          可以使用字符串常量, 枚举等技巧。

     c.简单工厂与工厂模式的区别?

          简单工厂是将全部的事情放在一个地方处理完了。而工厂方法是创建一个框架, 让子类决定如何实现。

          简单工厂不具备工厂方法的弹性。

     d.涉及到哪些设计原则?

          依赖倒置原则: 要依赖抽象, 不要依赖具体类。

          这个原则有两条标准: 1.不能让高层组件依赖底层组件 2.无论是高层组件还是底层组件, “两者”都应该依赖于抽象。工厂模式中, 抽象的工厂和具体的工厂都依赖于抽象的产品, 而抽象的工厂是不知道具体的工厂的任何实现部分。

3. 抽象工厂

     提供一个接口, 用于创建相关或依赖对象的家族, 而不需要明确指定具体类。

3.1 背景

     工厂模式将创建单个产品的方法封装起来, 满足了单个产品的创建需求; 而如果需要将一类/多个产品的创建封装起来, 就需要抽象工厂模式。

3.2 类图

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     可以简单的这样理解: 单个具体工厂类的一个方法, 可以”看做”是一个工厂模式(例如ConcreteFactory1中的CreateProducaA()), 然后具体工厂加入了多个产品, 就变成了抽象工厂。

3.3 增长的需求

     在工厂模式中, 我们将每个区域的工厂进行了区域划分(YNPizzaStore和YNStylePizza 、ZJGPizzaStore和ZJGStylePizza、ZGPizzaStore和ZGStylePizza)。现在, 每个区域的披萨都需要有不同的调料(dough、sauce和cheese), 那么该如何做?

3.3.1 调料家族

     我们将创建调理的方式通过”抽象工厂”封装了起来, 如下:

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     代码如下: 

/* 抽象产品家族 */
public interface class Dough {
}
public interface class Sauce {
}
public interface class Cheese {
}

/* 具体产品 */
public class ThickCrustDough extends Dough {
}
public class ThinCrustDough extends Dough {
}

public class PlumTomatoSauce extends Sauce {
}
public class MarinaraSauce extends Sauce {
}

public class MozzarellaCheese extends Cheese {
}
public class ReggianoCheese extends Cheese {
}
/* 抽象工厂 */
public interface class PizzaingredientFactory {
 	Dough createDough();
	Sauce createSauce();
	Cheese createCheese();
}

/* 具体抽象产品 */
public class YNPizzaingredientFactory extends PizzaingredientFactory {
	Dough createSauce {
		return new ThinCrustDough();	// 每个工厂有自己对应的原料
	}
	Sauce createSauce {
		return new MarinaraSauce();
	}
	Cheese createCheese {
		return new ReggianoCheese();
	}
}
public class ZGJPizzaingredientFactory extends PizzaingredientFactory {
	Dough createSauce {
		return new ThickCrustDough();
	}
	Sauce createSauce {
		return new PlumTomatoSauce());
	}
	Cheese createCheese {
		return new MozzarellaCheese();
	}
}

3.3.2 总体调整

查看图片

     现在我们将调料家族加入到我们的工程中。虚线的左边是抽象工厂,提供一类原料家族的创建; 右边是工厂模式, 提供单个的产品创建。

     具体的工厂将持有对应的具体的抽象工厂, 成一对一关系(例YNPizzaStore引用YNPizzaingredientFactory)。因为原料属于产品的一部分(Pizza中的dough、sauce、cheese), 所以将具体的原料工厂传给具体的产品, 产品内调原料工厂的方法来获取对应的原料(createDough()、createSauce()、createCheese())。

代码如下:

/* 抽象工厂类 */
public abstract class PizzaStore {

	// 获取一个处理好的披萨
	public Pizza orderPizza(String type) {

		Pizza pizza = createPizza(type);	// 使用时使用是具体对象, 所以是知道当前的类型

		// 将共同的处理方式统一了
		pizza.perpare();
		pizza.bake();
		pizza.cut();
		pizza.box();

		return pizza;
	}

	// 获取一个披萨(变化的部分) "抽象方法"
	propected abstract Pizza createPizza(String type);
}

/* 具体工厂(纽约的工厂) */
public class YNPizzaStore extends PizzaStore {

	public Pizza createPizza(String type) {

		PizzaingredientFactory ingredientFactory = new YNPizzaingredientFactory(); // 得到对应的原料类
		if (type.equals("chees")) {
			return new NYStyleCheesPizza(ingredientFactory); // 将原料工厂传给产品,在产品中获取对应的原料
		} else if (type.equals("veggle")) {
			return new NYStyleVegglePizza(ingredientFactory);
		} else if (type.equals("Peperonl")) {
			return new NYStylePepperoniPizza(ingredientFactory);
		} else if (type.equals("Clam")) {
			return new NYStryleClamPizza(ingredientFactory);
		}
	}
}
/* 具体工厂(中国的工厂) */
public class ZGPizzaStore extends PizzaStore {

	public Pizza createPizza(String type) {

		PizzaingredientFactory ingredientFactory = new ZGJPizzaingredientFactory();
		if (type.equals("chees")) {
			return new ZGStyleCheesPizza(ingredientFactory);
		} else if (type.equals("veggle")) {
			return new ZGStyleVegglePizza(ingredientFactory);
		} else if (type.equals("Peperonl")) {
			return new ZGStylePepperoniPizza(ingredientFactory);
		} else if (type.equals("Clam")) {
			return new ZGStryleClamPizza(ingredientFactory);
		}
	}
}
/* 抽象产品类 */
public abstract class Pizza {
	// 定义属性
	String name;	
	Dough dough;
	Sauce sauce;
	Cheese cheese;
	ArrayList toppings = new ArrayList();

	PizzaingredientFactory ingredientFactory;  // 抽象产品引入原料家族抽象类
	public Pizza create(PizzaingredientFactory ingredientFactory) {
		this.ingredientFactory = ingredientFactory;
	}

	// 定义行为
	void prepare() {
		System.out.println("Preparng " + name);
		dough = ingredientFactory.createDough();  // 根据具体的原料工厂类,获取对应的原料
		sauce = ingredientFactory.createSauce();  // 在运行时, 子类将得到他对应的具体产品
		cheese = ingredientFactory.createCheese();

		System.out.println("Adding toppings: ");
		for (int i = 0; i < toppings.size() ; i++ ) {
			System.out.println("   " + toppings.get(i));
		}
	}
	void bake() {
		System.out.println("bake");
	}
	void cut() {
		System.out.println("cut");
	}
	void box() {
		System.out.println("cut");
	}

}

/* 具体产品子类(纽约的芝士披萨) */
public class NYStyleCheesPizza extends Pizza {
	public NYStyleCheesPizza() {
		name = "纽约风味的芝士披萨";	// 设置自己的属性
	}
	// 重载了cut方法
	void cut() {
		System.out.println("切成方块形状");	
	}
}
/* 具体产品子类(中国的芝士披萨) */
public class NYStyleCheesPizza extends Pizza {
	public NYStyleCheesPizza() {
		name = "中国风味的芝士披萨";	// 设置自己的属性
	}
}

业务方的使用方式依然不变

/* 业务方, 使用方式 */
PizzaStore _YNStore = YNPizzaStore();	// 得到纽约工厂对象
Pizza _pizza0 = _YNStore.orderPizza("cheese");

3.4 工厂模式与抽象工厂模式对比

  1. 抽象工厂可以实现多个产品的创建, 而工厂方法只能实现单个产品的创建;
  2. 抽象工厂的每个方法实际上看起来像是工厂方法;
  3. 无论是抽象工厂还是工厂模式, 都遵循依赖倒置原则, 将具体的实现从使用中解耦出来。

4. 工厂模式涉及到的OO原则

  • 多用组合, 少用继承
  • 针对接口编程, 不针对实现编程
  • 为交互对象之间的松耦合涉及而努力
  • 类应该对扩展开放, 对修改关闭
  • 依赖抽象, 不要依赖具体类(依赖倒置原则)
    原文作者：算法小白
    原文地址: https://juejin.im/entry/57aaec0c5bbb5000644b1717
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