05-工厂模式

设计模式设计模式

发布时间 : 2024-11-04 21:00

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一、工厂模式概述

1. 什么是工厂设计模式？

对象都需要创建，如果创建的时候直接 new 该对象，就会对该对象严重耦合

假如我们要更换对象，所有 new 对象的地方都需要修改一遍，显然违背了软件设计的开闭原则（OCP）。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；

工厂模式最大的优点就是：解耦

2. 工厂模式的实现方式

一般情况下，工厂模式分为三种更加细分的类型：

简单工厂
工厂方法
抽象工厂

不过，在 GoF 的《设计模式》一书中，它将简单工厂模式看作是工厂方法模式的一种特例，所以工厂模式只被分成了工厂方法和抽象工厂两类。

二、简单工厂（Simple Factory）模式

1. 业务需求：制作披萨

当前有一个制作披萨的项目：要便于披萨种类的扩展，要便于维护

披萨的种类很多(比如 GreekPizz[希腊披萨] 、CheesePizz[奶酪披萨] 等)
披萨的制作有 prepare(准备) ，bake(烘烤), cut(裁切), box(装盒)
- 不同种类的披萨，要准备的食材是不同的
披萨的制作有 prepare ，bake, cut, box

2. 使用传统的方式来完成

2.1 UML类图

传统方式订购披萨流程

2.2 关键代码

// 将Pizza 类做成抽象
public abstract class Pizza {
    protected String name; //名字

    //准备原材料, 不同的披萨不一样，因此，我们做成抽象方法
    public abstract void prepare();

    // 烘培
    public void bake() {
        System.out.println(name + " baking;");
    }

    // 裁切
    public void cut() {
        System.out.println(name + " cutting;");
    }

    // 打包
    public void box() {
        System.out.println(name + " boxing;");
    }

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


// 奶酪披萨
public class CheesePizza extends Pizza {

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println(" 给制作奶酪披萨 准备原材料 ");
    }

}


// 希腊披萨
public class GreekPizza extends Pizza {

	@Override
	public void prepare() {
		System.out.println(" 给希腊披萨 准备原材料 ");
	}

}


// 订购披萨
public class OrderPizza {
    // 构造器
	public OrderPizza() {
		Pizza pizza = null;
		String orderType; // 订购披萨的类型
		do {
			orderType = getType();
			if (orderType.equals("greek")) {
				pizza = new GreekPizza();
				pizza.setName(" 希腊披萨 ");
			} else if (orderType.equals("cheese")) {
				pizza = new CheesePizza();
				pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
			} else {
				break;
			}
			//输出pizza 制作过程
			pizza.prepare();
			pizza.bake();
			pizza.cut();
			pizza.box();

		} while (true);
	}

    // 写一个方法，获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strin.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}


// 测试类
public class PizzaStore {
    // 测试披萨订购操作
    public static void main(String[] args) {
        new OrderPizza();
    }
}

测试结果：

input pizza 种类:
greek
 给希腊披萨 准备原材料 
 希腊披萨  baking;
 希腊披萨  cutting;
 希腊披萨  boxing;
input pizza 种类:

2.3 传统的方式的优缺点

优点是比较好理解，简单易操作。
缺点是违反了设计模式的 ocp 原则，即对扩展开放，对修改关闭。即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.
比如我们这时要新增加一个 Pizza 的种类(Pepper 披萨) ，我们需要做如下修改.

// 胡椒披萨
public class PepperPizza extends Pizza {

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println(" 给胡椒披萨准备原材料 ");
    }

}

public class OrderPizza {
    // 构造器
	public OrderPizza() {
		Pizza pizza = null;
		String orderType; // 订购披萨的类型
		do {
			// ...
			} else if (orderType.equals("pepper")) {
				pizza = new PepperPizza();
				pizza.setName("胡椒披萨");
			} 
        	// ...
		} while (true);
	}
}

传统方式UML类图

2.4 改进的思路分析

分析：修改代码可以接受，但是如果我们在其它的地方也有创建 Pizza 的代码，就意味着，也需要修改，而创建 Pizza 的代码，往往有多处。

思路：把创建 Pizza 对象封装到一个类中，这样我们有新的 Pizza 种类时，只需要修改该类就可，其它有创建到 Pizza 对象的代码就不需要修改了即：简单工厂模式

2.5 简单工厂模式基本介绍

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。简单工厂模式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.

2.6 使用简单工厂模式

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: PizzaSimpleFactory，封装创建对象的代码。

使用简单工厂模式创建Pizza

关键代码

// 简单工厂模式
public class PizzaSimpleFactory {

    /**
     * 简单工厂模式，创建Pizza对象
     * @param orderType
     * @return
     */
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;

        System.out.println("使用简单工厂模式");
        if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName(" 希腊披萨 ");
        } else if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("胡椒披萨");
        }
        return pizza;
    }
}


// 订购披萨
public class OrderPizza {
	// 披萨工厂
	private PizzaSimpleFactory pizzaFactory;

	/**
	 * 使用简单工厂模式构建Pizza对象
	 * @param simpleFactory
	 */
	public OrderPizza(PizzaSimpleFactory simpleFactory) {
		// 设置披萨工厂
		setFactory(simpleFactory);

		String orderType = ""; //用户输入要制作的Pizza类型
		Pizza pizza = null;
		do {
			orderType = getType();
			// 使用披萨工厂对象创建披萨
			pizza = this.pizzaFactory.createPizza(orderType);

			//输出pizza
			if(pizza != null) { //订购成功
				pizza.prepare();
				pizza.bake();
				pizza.cut();
				pizza.box();
			} else {
				System.out.println(" 订购披萨失败 ");
				break;
			}
		} while (true);
	}

	// 设置pizza工厂
	private void setFactory(PizzaSimpleFactory simpleFactory) {
		this.pizzaFactory = simpleFactory;
	}

	// 写一个方法，获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strin.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

2.7 使用静态工厂模式

静态工厂模式也是简单工厂模式的一种，只是将工厂方法改为静态方法

静态工厂模式

关键代码：

// 简单工厂模式
public class PizzaSimpleFactory {

    /**
     * 使用静态工厂模式创建Pizza对象
     * @param orderType 用户输入的Pizza类型
     * @return
     */
    public static Pizza createPizza2(String orderType) {
        Pizza pizza = null;

        System.out.println("使用静态工厂模式");
        if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName(" 希腊披萨 ");
        } else if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("胡椒披萨");
        }
        return pizza;
    }
}


// 使用静态工厂模式创建对象
public class OrderPizza2 {
    /**
     * 使用静态工厂模式构建Pizza对象
     */
    public OrderPizza2() {

        String orderType = ""; //用户输入要制作的Pizza类型
        Pizza pizza = null;
        do {
            orderType = getType();
            // 使用披萨工厂对象创建披萨
            pizza = PizzaSimpleFactory.createPizza2(orderType);

            //输出pizza
            if(pizza != null) { //订购成功
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            } else {
                System.out.println(" 订购披萨失败 ");
                break;
            }
        } while (true);
    }
}

三、工厂方法（Factory Method）模式

1. 披萨需求变更

披萨项目新的需求：客户在点披萨时，可以点不同口味的披萨，比如北京的奶酪 pizza、北京的胡椒 pizza 或者是伦敦的奶酪 pizza 、伦敦的胡椒 pizza。

思路 1

使用简单工厂模式，创建不同的简单工厂类，比如 BJPizzaSimpleFactory 、LDPizzaSimpleFactory 等等.从当前这个案例来说，也是可以的，但是考虑到项目的规模，以及软件的可维护性、可扩展性并不是特别好

思路 2

使用工厂方法模式

2. 工厂方法模式介绍

工厂方法模式设计方案：将披萨项目的实例化功能抽象成抽象方法，在不同的口味点餐子类中具体实现。
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。

3. 工厂方法模式应用案例

需求：

客户在点披萨时，可以点不同口味的披萨，比如北京的奶酪 pizza、北京的胡椒 pizza 或者是伦敦的奶酪 pizza 、伦敦的胡椒 pizza

设计UML类图

工厂方法模式

关键代码

public abstract class OrderPizza {

    // 定义成抽象方法，具体如何制作pizza由子类实现
    abstract Pizza createPizza(String orderType);

    /**
     * 父类无参构造器
     * 当父类被子类继承后，自己调用子类的无参构造前，会先调用父类的无参构造
     */
    public OrderPizza() {
        Pizza pizza = null;
        String orderType; // 订购披萨的类型
        do {
            orderType = getType();
            pizza = createPizza(orderType); //抽象方法，由工厂子类完成
            //输出pizza 制作过程
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();

        } while (true);
    }

    // 写一个方法，可以获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strin.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}


// 子类继承抽象类，实现具体的实例化对象方法
public class BJOrderPizza extends OrderPizza{
    @Override
    Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

public class LDOrderPizza extends OrderPizza{
    @Override
    Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        if(orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new LDCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new LDPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

四、抽象工厂（Abstract Factory）模式

1. 抽象工厂模式基本介绍

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，AbsFactory(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。

2. UML类图设计

抽象工厂模式类图设计

3. 关键代码

// 定义抽象工厂模式的抽象层（接口）
public interface AbsFactory {

    // 定义生产Pizza的方法，由子类具体实现
    Pizza createPizza(String orderType);
}


// 工厂子类，继承抽象工厂，实现生产实例的方法
public class BJFactory implements AbsFactory {

    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        System.out.println("~使用的是抽象工厂模式~");
        Pizza pizza = null;
        if(orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")){
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}


// 工厂子类，继承抽象工厂，实现生产实例的方法
public class LDFactory implements AbsFactory {

    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        System.out.println("~使用的是抽象工厂模式~");
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new LDCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new LDPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}


// 订购Pizza类，完成工厂对象设置，生产实例的构建
public class OrderPizza {

    private AbsFactory factory;

    // 构造器传参，设置生产对象的具体工厂子类
    public OrderPizza(AbsFactory factory) {
        this.factory = factory;
        // 生产Pizza
        createPizza();
    }

    /**
     * 生产pizza方法
     * @return
     */
    private void createPizza() {
        Pizza pizza = null;
        String orderType = ""; // 用户输入
        do {
            orderType = getType();
            // factory 可能是北京的工厂子类，也可能是伦敦的工厂子类
            pizza = this.factory.createPizza(orderType);
            if (pizza != null) { // 订购ok
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            } else {
                System.out.println("订购失败");
                break;
            }
        } while (true);
    }

    // 写一个方法，可以获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strin.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

五、工厂模式总结

工厂模式小结

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。

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