工厂模式

Java陈序员原创💡2022年6月11日

设计模式

工厂模式

大约 8 分钟

工厂模式

1.1 应用实例

1.1.1 业务需求

一个披萨的项目，要便于披萨种类的扩展，要便于维护，具体的需求如下：

披萨的种类很多(比如 GreekPizz、CheesePizz 等)。
披萨的制作有： prepare、bake、cut、box.
完成披萨店订购功能。

1.1.2 代码实现

思路分析（类图）

定义 Pizza 抽象类

public abstract class Pizza {

    /** 披萨种类名称 */
    protected String name;

    public abstract void prepare();

    public void bake() {
        System.out.println(this.name + " 正在烘烤...");
    }

    public void cut() {
        System.out.println(this.name + " 正在切割...");
    }

    public void box() {
        System.out.println(this.name + " 正在打包...");
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

定义 CheesePizza 、GreekPizza 继承 Pizza

public class CheesePizza extends Pizza{

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("cheesePizza 正在准备...");
    }
}

public class GreekPizza extends Pizza{
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("greekPizza 正在准备...");
    }
}

定义 Order 类

public class Order {

    /**
     * 披萨类型
     */
    private String orderType;

    private Pizza pizza;

    public Order(String orderType) {
        this.orderType = orderType;
        if (this.orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName("cheesePizza");
        } else if (this.orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName("greekPizza");
        } else if (this.orderType.equals("pepper")) {
            // 当新增一个披萨种类时，order 类也要随着更改，这违反了 开闭原则
            pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("pepperPizza");
        }

        if (Objects.isNull(pizza)) {
            System.out.println("Pizza error");
        } else {
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
        }

    }

}

披萨店 store

public class Store {

    public static void main(String[] args) {
        Order order01 = new Order("cheese");
        Order order02 = new Order("greek");
        Order order03 = new Order("pepper");
        Order order04 = new Order("yyyy");
        
        // 输出
        // cheesePizza 正在准备...
        // cheesePizza 正在烘烤...
        // cheesePizza 正在切割...
        // cheesePizza 正在打包...
        // greekPizza 正在准备...
        // greekPizza 正在烘烤...
        // greekPizza 正在切割...
        // greekPizza 正在打包...
        // pepperPizza 正在准备...
        // pepperPizza 正在烘烤...
        // pepperPizza 正在切割...
        // pepperPizza 正在打包...
        // Pizza error
    }
}

1.1.3 具体分析

优点是比较好理解，简单易操作。
当新增一个披萨种类时，Order 类也要随着更改。
违反了设计模式的 OCP 原则，即对扩展开放，对修改关闭。当我们给类增加新功能的时候，尽量不修改代码，或者尽可能少修改代码。

1.2 简单工厂模式

1.2.1 基本介绍

简单工厂模式是属于创建型模式，是工厂模式的一种。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例，是工厂模式家族中最简单实用的模式。
简单工厂模式：定义了一个创建对象的类，由这个类来封装实例化对象的行为（代码）。
在软件开发中，当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时，就会使用到工厂模式。

1.2.2 代码实现

简单工厂模式的设计方案：定义一个可以实例化 Pizaa 对象的类，封装创建对象的代码，即 PizzaFactory。

代码实现：

 public class PizzaFactory {

    private PizzaFactory() {
    }

    public static Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        if (StringUtils.isBlank(orderType)) {
            throw new IllegalStateException("orderType is null");
        }
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName("cheesePizza");
        } else if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName("greekPizza");
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            // 当新增一个披萨种类时，只要修改 PizzaFactory 类即可，对 Order 类无需修改
            pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("pepperPizza");
        } else {
            System.out.println("orderType error");
        }
        return pizza;
    }
}

Order 类只要通过 PizzaFactory 即可创建所需要的 Pizza

public class Order {

    /**
     * 披萨类型
     */
    private String orderType;

    private Pizza pizza;

    public Order(String orderType) {
        this.orderType = orderType;
        pizza = PizzaFactory.createPizza(this.orderType);

        if (Objects.isNull(pizza)) {
            System.out.println("Pizza error");
        } else {
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
        }

    }

}

1.3 工厂方法模式

1.3.1 业务需求

前面通过简单工厂模式可以方便的创建不同种类的 Pizza 类，但是当新添加一个 Pizza 种类时，PizzaFactory 中的 createPizza() 需要进行修改，还是不满足开闭原则，下面通过工厂方法模式进行优化。

1.3.2 基本介绍

工厂方法模式：定义了一个创建对象的抽象方法，由子类决定要实例化的类，工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。

1.3.3 代码实现

思路分析（类图）

代码实现

抽取一个创建不同种类 Pizza 的工厂类 PizzaFactory

public abstract class PizzaFactory {

   public abstract Pizza createPizza(String orderType);
}

不同种类的 Pizza 具有自己的工厂类，并且继承 PizzaFactory 类

public class CheesePizzaFactory extends PizzaFactory{

    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new CheesePizza("cheesePizza");
    }
}

public class GreekPizzaFactory extends PizzaFactory{

    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new GreekPizza("greekPizza");
    }
}

Order 类中指定是哪个分店工厂创建的 Pizza

public class Order {

    private Pizza pizza;

    public Order(PizzaFactory pizzaFactory) {
        this.pizza = pizzaFactory.createPizza();

        if (Objects.isNull(this.pizza)) {
            System.out.println("Pizza error");
        } else {
            this.pizza.prepare();
            this.pizza.bake();
            this.pizza.cut();
            this.pizza.box();
        }

    }

}

Store 类

public class Store {

    public static void main(String[] args) {
        Order order01 = new Order(new CheesePizzaFactory());
        Order order02 = new Order(new GreekPizzaFactory());

        // 输出
        // cheesePizza 正在准备...
        // cheesePizza 正在烘烤...
        // cheesePizza 正在切割...
        // cheesePizza 正在打包...
        // greekPizza 正在准备...
        // greekPizza 正在烘烤...
        // greekPizza 正在切割...
        // greekPizza 正在打包...
    }
}

1.4 抽象工厂模式

1.4.1 业务需求

现在，披萨店要提高业务量，推出了不同口味的汉堡（CheeseHamburger、GreekHamburger），如果继续使用工厂方法模式，需要继续添加类，如果产品越来越多，会导致类爆炸，下面通过抽象工厂模式来解决这个问题。

1.4.2 基本介绍

抽象工厂模式：定义了一个 interface 用于创建相关或有依赖关系的对象簇，而无需指明具体的类。
抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合。
从设计层面看，抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)。
将工厂抽象成两层， AbstractFactory( 抽象工厂 ) 和具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇，更利于代码的维护和扩展。
类图

1.4.3 代码实现

抽取一个抽象类 AbstractFactory

public abstract class AbstractFactory {

    public abstract Pizza createPizza();

    public abstract Hamburger createHamburger();
}

创建不同种类的工厂，并继承 AbstractFactory

public class CheeseFactory extends AbstractFactory{
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new CheesePizza("cheesePizza");
    }

    @Override
    public Hamburger createHamburger() {
        return new CheeseHamburger("cheeseHamburger");
    }
}

public class GreekFactory extends AbstractFactory{
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new GreekPizza("greekPizza");
    }

    @Override
    public Hamburger createHamburger() {
        return new GreekHamburger("greekHamburger");
    }
}

创建 Pizza 和不同种类的 Pizza 类

public abstract class Pizza {

    /** 披萨种类名称 */
    protected String name;

    public Pizza(String name) {
        this.name = name;
    }

    public abstract void prepare();

    public void bake() {
        System.out.println(this.name + " 正在烘烤...");
    }

    public void cut() {
        System.out.println(this.name + " 正在切割...");
    }

    public void box() {
        System.out.println(this.name + " 正在打包...");
    }

}

public class CheesePizza extends Pizza {

    public CheesePizza(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("cheesePizza 正在准备...");
    }
}

public class GreekFactory extends AbstractFactory{
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new GreekPizza("greekPizza");
    }

    @Override
    public Hamburger createHamburger() {
        return new GreekHamburger("greekHamburger");
    }
}

创建 Hamburger 和不同种类的 Hamburger 类

public abstract class Hamburger {

    /** 汉堡种类名称 */
    protected String name;

    public Hamburger(String name) {
        this.name = name;
    }

    public abstract void prepare();

    public void box() {
        System.out.println(this.name + " 正在打包...");
    }
}

public class CheeseHamburger extends Hamburger {

    public CheeseHamburger(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("cheeseHamburger 正在准备...");
    }
}

public class GreekHamburger extends Hamburger {

    public GreekHamburger(String name) {
        super(name);
    }

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("greekHamburger 正在准备...");
    }
}

创建订单 Order 类

public class Order {

    private Pizza pizza;

    private Hamburger hamburger;

    public Order(AbstractFactory abstractFactory) {
        this.pizza = abstractFactory.createPizza();
        if (Objects.isNull(this.pizza)) {
            System.out.println("Pizza error");
        } else {
            this.pizza.prepare();
            this.pizza.bake();
            this.pizza.cut();
            this.pizza.box();
        }

        this.hamburger = abstractFactory.createHamburger();
        if (Objects.isNull(this.pizza)) {
            System.out.println("Hamburger error");
        } else {
            this.hamburger.prepare();
            this.hamburger.box();
        }

    }

}

创建客户端

public class Store {

    public static void main(String[] args) {
        Order order01 = new Order(new CheeseFactory());
        Order order02 = new Order(new GreekFactory());
        
        // 输出
        // cheesePizza 正在准备...
        // cheesePizza 正在烘烤...
        // cheesePizza 正在切割...
        // cheesePizza 正在打包...
        // cheeseHamburger 正在准备...
        // cheeseHamburger 正在打包...
        // greekPizza 正在准备...
        // greekPizza 正在烘烤...
        // greekPizza 正在切割...
        // greekPizza 正在打包...
        // greekHamburger 正在准备...
        // greekHamburger 正在打包...

    }
}

1.5 工厂模式在 JDK-CALENDAR 的源码分析

JDK 中的Calendar类中，就使用了简单工厂模式。

源码分析 + Debug 源码 + 说明

使用

public class FactoryTest {

    public static void main(String[] args) {

        Calendar calendar = Calendar.getInstance();

        System.out.println("年 = " + calendar.get(Calendar.YEAR));
        System.out.println("月 = " + calendar.get(Calendar.MONTH));
        System.out.println("日 = " + calendar.get(Calendar.DATE));
        System.out.println("时 = " + calendar.get(Calendar.HOUR));
        System.out.println("分 = " + calendar.get(Calendar.MINUTE));
        System.out.println("秒 = " + calendar.get(Calendar.SECOND));
    }
}

Calendar 类

public abstract class Calendar implements Serializable, Cloneable, Comparable<Calendar> {
    
    // ...
    
    public static Calendar getInstance() {
        return createCalendar(TimeZone.getDefault(), Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
    }
    
    private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
                                           Locale aLocale) {
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }

        Calendar cal = null;

        if (aLocale.hasExtensions()) {
            String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
            if (caltype != null) {
                switch (caltype) {
                case "buddhist":
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "japanese":
                    cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "gregory":
                    cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                }
            }
        }
        if (cal == null) {
            // If no known calendar type is explicitly specified,
            // perform the traditional way to create a Calendar:
            // create a BuddhistCalendar for th_TH locale,
            // a JapaneseImperialCalendar for ja_JP_JP locale, or
            // a GregorianCalendar for any other locales.
            // NOTE: The language, country and variant strings are interned.
            if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
            } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
                       && aLocale.getCountry() == "JP") {
                cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
            } else {
                cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
            }
        }
        return cal;
    }
    
    // ...
}

1.6 工厂模式小结

工厂模式的意义：将实例化对象的代码提取出来，放到一个类中统一管理和维护，达到和主项目的依赖关系的解耦，从而提高项目的扩展和维护性。
三种工厂模式：简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式。
设计模式的依赖抽象原则
- 创建对象实例时，不要直接 new 类，而是把这个 new 类的动作放在一个工厂的方法中，并返回。有的书上说，变量不要直接持有具体类的引用。
- 不要让类继承具体类，而是继承抽象类或者是实现 interface (接口)。
- 不要覆盖基类中已经实现的方法。

工厂模式

# 工厂模式

# 1.1 应用实例

# 1.1.1 业务需求

# 1.1.2 代码实现

# 1.1.3 具体分析

# 1.2 简单工厂模式

# 1.2.1 基本介绍

# 1.2.2 代码实现

# 1.3 工厂方法模式

# 1.3.1 业务需求

# 1.3.2 基本介绍

# 1.3.3 代码实现

# 1.4 抽象工厂模式

# 1.4.1 业务需求

# 1.4.2 基本介绍

# 1.4.3 代码实现

# 1.5 工厂模式在 JDK-CALENDAR 的源码分析

# 1.6 工厂模式小结

工厂模式

1.1 应用实例

1.1.1 业务需求

1.1.2 代码实现

1.1.3 具体分析

1.2 简单工厂模式

1.2.1 基本介绍

1.2.2 代码实现

1.3 工厂方法模式

1.3.1 业务需求

1.3.2 基本介绍

1.3.3 代码实现

1.4 抽象工厂模式

1.4.1 业务需求

1.4.2 基本介绍

1.4.3 代码实现

1.5 工厂模式在 JDK-CALENDAR 的源码分析

1.6 工厂模式小结