工厂模式

看一个具体的需求

一个披萨的项目：要便于披萨种类的扩展，要便于维护

1. 披萨的种类很多（比如 GreekPizz、CheesePizz 等）
2. 披萨的通用制作过程有 prepare、bake、cut、box
3. 完成披萨店订购功能

传统方式

uml类图

代码

披萨父类，定义统一制作方法

public abstract class Pizza {
    protected String name;//名字

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

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

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

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

种类Cheese披萨

public class CheesePizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName("CheesePizza");
        System.out.println(name + " 给奶酪披萨...");
    }
}

种类Greek披萨

public class GreekPizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName("GreekPizza");
        System.out.println(name + " 给希腊披萨...");
    }
}

生产披萨过程

public class OrderPizza {
    public OrderPizza() {
        Pizza pizza = null;
        String orderType;
        do {
            orderType = getType();
            if ("cheese".equals(orderType)) {
                pizza = new CheesePizza();
            } else if ("greek".equals(orderType)) {
                pizza = new GreekPizza();
            } else {
                System.out.println("输入类型错误，程序退出");
                break;
            }
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
        } while (true);
    }

    private String getType() {
        System.out.println("请输入披萨类型：");
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            return reader.readLine();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

订购披萨测试

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        new OrderPizza();
    }
}

分析

• 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，用抽象构建框架，用实现扩展细节。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（Cheese技萨），我们需要做如下修改，即修改OrderPizza再加一段ifelse判断。
• 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(OrderPizza2、OrderPizza3)，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 ==> 简单工厂模式。

简单工厂模式

• 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。

uml类图

核心代码

简单工厂类

public class PizzaFactory {
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        switch (orderType) {
            case "cheese":
                pizza = new CheesePizza();
                break;
            case "greek":
                pizza = new GreekPizza();
                break;
            case "pepper":
                pizza = new PepperPizza();
                break;
            default:
                break;
        }
        return pizza;
    }
}

生产披萨过程

public class OrderPizza {
    private PizzaFactory pizzaFactory;

    public OrderPizza(PizzaFactory pizzaFactory) {
        this.pizzaFactory = pizzaFactory;
        orderPizza();
    }

    public void orderPizza() {
        Pizza pizza = null;
        do {
            pizza = pizzaFactory.createPizza(getType());
            if (pizza == null) {
                System.out.println("Failed to Order Pizza");
            } else {
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }
        } while (true);
    }

    private String getType() {
        System.out.println("请输入披萨类型：");
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            return reader.readLine();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

测试

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        new OrderPizza(new PizzaFactory());
    }
}

分析

这样做能把客户类(OrderPizza)和具体子类(CheesePizza、GreekPizza、PepperPizza)的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。

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

核心代码

public class PizzaFactory {
    public static Pizza createPizza(String orderType) {
        ..........
    }
}

public class OrderPizza {
    public OrderPizza() {
        orderPizza();
    }

    public void orderPizza() {
        Pizza pizza = null;
        do {
            pizza = PizzaFactory.createPizza(getType());
            if (pizza == null) {
                System.out.println("Failed to Order Pizza");
            } else {
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }
        } while (true);
    }

    private String getType() {
        System.out.println("请输入披萨类型：");
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            return reader.readLine();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

工厂方法模式

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

看一个新的需求

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 BJPizzaFactory、LDPizzaFactory 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

uml类图

核心代码

public abstract class OrderPizza {

    public abstract Pizza createPizza(String orderType);

    public  OrderPizza() {
        Pizza pizza = null;
        do {
            pizza = createPizza(getType());
            if (pizza == null) {
                System.out.println("Failed to Order Pizza");
            } else {
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }
        } while (true);
    }

    private String getType() {
        System.out.println("请输入披萨类型：");
        BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        try {
            return reader.readLine();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

public class BJOrderPizza extends OrderPizza{
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        switch (orderType) {
            case "cheese":
                pizza = new BJCheesePizza();
                break;
            case "gree":
                pizza = new BJGreekPizza();
                break;
            default:
                break;
        }
        return pizza;
    }
}
public class LDOrderPizza extends OrderPizza{
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        switch (orderType) {
            case "cheese":
                pizza = new LDCheesePizza();
                break;
            case "gree":
                pizza = new LDGreekPizza();
                break;
            default:
                break;
        }
        return pizza;
    }
}

测试

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        new LDOrderPizza();
        //new BJOrderPizza();
    }
}

抽象工厂模式

• 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

uml类图

核心代码

public interface AbsPizzaFactory {
    Pizza createPizza(String orderType);
}

public class BJPizzaFactory implements AbsPizzaFactory{
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        switch (orderType) {
            case "cheese":
                pizza = new BJCheesePizza();
                break;
            case "gree":
                pizza = new BJGreekPizza();
                break;
            default:
                break;
        }
        return pizza;
    }
}
public class LDPizzaFactory implements AbsPizzaFactory{
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;
        switch (orderType) {
            case "cheese":
                pizza = new LDCheesePizza();
                break;
            case "gree":
                pizza = new LDGreekPizza();
                break;
            default:
                break;
        }
        return pizza;
    }
}

public  class OrderPizza {

    AbsPizzaFactory absPizzaFactory;

    public OrderPizza(AbsPizzaFactory factory){
        setAbsPizzaFactory(factory);
    }

    public  void setAbsPizzaFactory(AbsPizzaFactory factory) {
        Pizza pizza = null;
        do {
            this.absPizzaFactory = factory;
            pizza = absPizzaFactory.createPizza(getType());
            if (pizza == null) {
                System.out.println("Failed to Order Pizza");
            } else {
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            }
        } while (true);
    }

    private String getType() {
        System.out.println("请输入披萨类型：");
        .......
    }
}

测试

public class PizzaStore {
    public static void main(String[] args) {
        new OrderPizza(new LDPizzaFactory());
        //new OrderPizza(new BJPizzaFactory());
    }
}

工厂方法模式和抽象工厂模式区别

• 抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。
  • 工厂方法模式：创建的都是Pizza(CheesePizza、GreekPizza)，本质创建一个对象。
  • 抽象工厂模式：如果在AbsPizzaFactory增加方法,然后在子类实现创建，其本质是创建两个不同的对象Pizza、Pizza2

public interface AbsPizzaFactory {
    Pizza createPizza(String orderType);

    Pizza2 createPizza2(String type);
}

• 抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象，AbsPizzaFactory中的 createPizza() 和 createPizza2() 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂方法模式的定义。
• 至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbsPizzaFactory同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性、Client 需要同时创建出这两个对象。
• 从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbsPizzaFactory，而工厂方法模式使用了继承。

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（静态工厂方法也是简单工厂模式的一种）、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

参考

• https://www.bilibili.com/video/BV1G4411c7N4?p=39
• https://www.pdai.tech/md/dev-spec/pattern/5_abstract_factory.html