java设计模式 -- 工厂模式

1、基本概念

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一，这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

工厂模式提供了一种创建对象的方式，而无需指定要创建的具体类。

工厂模式属于创建型模式，它在创建对象时提供了一种封装机制，将实际创建对象的代码与使用代码分离。

应用实例： 1、您需要一辆汽车，可以直接从工厂里面提货，而不用去管这辆汽车是怎么做出来的，以及这个汽车里面的具体实现。 2、在 Hibernate 中，如果需要更换数据库，工厂模式同样发挥了作用。只需简单地更改方言（Dialect）和数据库驱动（Driver），就能够实现对不同数据库的切换。

优点： 1、一个调用者想创建一个对象，只要知道其名称就可以了。 2、扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。 3、屏蔽产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。

缺点：每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对象实现工厂，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。这并不是什么好事。

使用场景： 1、日志记录器：记录可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志到什么地方。 2、数据库访问，当用户不知道最后系统采用哪一类数据库，以及数据库可能有变化时。 3、设计一个连接服务器的框架，需要三个协议，"POP3"、"IMAP"、"HTTP"，可以把这三个作为产品类，共同实现一个接口。

2、简单工厂模式

我们将创建一个 Shape 接口和实现 Shape 接口的实体类。下一步是定义工厂类 ShapeFactory。

FactoryPatternDemo 类使用 ShapeFactory 来获取 Shape 对象。它将向 ShapeFactory 传递信息（CIRCLE / RECTANGLE / SQUARE），以便获取它所需对象的类型。

优点是比较好理解，简单易操作。

缺点是类的创建依赖工厂类，如果想要拓展程序，必须对工厂类进行修改，这违反了设计模式的开闭原则（OCP），即对扩展开放，对修改关闭。

步骤 1：创建一个接口。

package com.hh.model.factory;public interface Shape {void draw();
}

步骤 2：创建实现接口的实体类。

package com.hh.model.factory;public class Rectangle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");}
}

package com.hh.model.factory;public class Square implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("Inside Square::draw() method.");}
}

package com.hh.model.factory;public class Circle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("Inside Circle::draw() method.");}
}

步骤 3：创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

package com.hh.model.factory;public class ShapeFactory {//使用 getShape 方法获取形状类型的对象public Shape getShape(String shapeType){if(shapeType == null){return null;}if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){return new Circle();} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){return new Rectangle();} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){return new Square();}return null;}
}

步骤 4：使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

package com.hh.model.factory;public class FactoryPatternDemo {public static void main(String[] args) {ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();//获取 Circle 的对象，并调用它的 draw 方法Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");//调用 Circle 的 draw 方法shape1.draw();//获取 Rectangle 的对象，并调用它的 draw 方法Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");//调用 Rectangle 的 draw 方法shape2.draw();//获取 Square 的对象，并调用它的 draw 方法Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");//调用 Square 的 draw 方法shape3.draw();}
}

步骤 5：执行程序，输出结果。

3、工厂方法模式

对简单工厂模式的改进，使用一个工厂接口，创建多个工厂类，每个工厂创建对应的对象。

工厂方法模式，创建一个工厂接口和创建多个工厂实现类，一旦需要增加新的功能，直接增加新的工厂类就可以了，不需要修改之前的代码。有利于代码的维护和扩展。

手机接口类：

package com.hh.model.factory;public interface Phone {public void call();
}

两个手机实现类：

package com.hh.model.factory;public class IPhone implements Phone{@Overridepublic void call() {System.out.println("用苹果手机打电话！");}
}

package com.hh.model.factory;public class MPhone implements Phone{@Overridepublic void call() {System.out.println("用小米手机打电话！");}
}

工厂接口：

package com.hh.model.factory;public interface PhoneFactory {public Phone create();
}

小米手机工厂：

package com.hh.model.factory;public class MPhoneFactory implements PhoneFactory{@Overridepublic Phone create() {return new MPhone();}
}

苹果手机工厂：

package com.hh.model.factory;public class IPhoneFactory implements PhoneFactory{@Overridepublic Phone create() {return new IPhone();}
}

测试类：

package com.hh.model.factory;import org.testng.annotations.Test;public class FactoryPatternDemo {@Testpublic void test2() {// 生产小米手机PhoneFactory factory1 = new MPhoneFactory();factory1.create().call();// 生产苹果手机PhoneFactory factory2 = new IPhoneFactory();factory2.create().call();}}

运行结果：

4、抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）是围绕一个超级工厂创建其他工厂。该超级工厂又称为其他工厂的工厂。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在抽象工厂模式中，接口是负责创建一个相关对象的工厂，不需要显式指定它们的类。每个生成的工厂都能按照工厂模式提供对象。

抽象工厂模式提供了一种创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定具体实现类。通过使用抽象工厂模式，可以将客户端与具体产品的创建过程解耦，使得客户端可以通过工厂接口来创建一族产品。

应用实例：工作了，为了参加一些聚会，肯定有两套或多套衣服吧，比如说有商务装（成套，一系列具体产品）、时尚装（成套，一系列具体产品），甚至对于一个家庭来说，可能有商务女装、商务男装、时尚女装、时尚男装，这些也都是成套的，即一系列具体产品。假设一种情况（现实中是不存在的，但有利于说明抽象工厂模式），在您的家中，某一个衣柜（具体工厂）只能存放某一种这样的衣服（成套，一系列具体产品），每次拿这种成套的衣服时也自然要从这个衣柜中取出了。用 OOP 的思想去理解，所有的衣柜（具体工厂）都是衣柜类的（抽象工厂）某一个，而每一件成套的衣服又包括具体的上衣（某一具体产品），裤子（某一具体产品），这些具体的上衣其实也都是上衣（抽象产品），具体的裤子也都是裤子（另一个抽象产品）。

优点：当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：产品族扩展非常困难，要增加一个系列的某一产品，既要在抽象的 Creator 里加代码，又要在具体的里面加代码。

使用场景： 1、QQ 换皮肤，一整套一起换。 2、生成不同操作系统的程序。

实现：

我们将创建 Shape 和 Color 接口和实现这些接口的实体类。下一步是创建抽象工厂类 AbstractFactory。接着定义工厂类 ShapeFactory 和 ColorFactory，这两个工厂类都是扩展了 AbstractFactory。然后创建一个工厂创造器/生成器类 FactoryProducer。

AbstractFactoryPatternDemo 类使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory 对象。它将向 AbstractFactory 传递形状信息 Shape（CIRCLE / RECTANGLE / SQUARE），以便获取它所需对象的类型。同时它还向 AbstractFactory 传递颜色信息 Color（RED / GREEN / BLUE），以便获取它所需对象的类型。

步骤 1：创建一个接口。

package com.hh.model.factory;public interface Shape {void draw();
}

步骤 2：创建实现接口的实体类。

package com.hh.model.factory;public class Rectangle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");}
}

package com.hh.model.factory;public class Square implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("Inside Square::draw() method.");}
}

package com.hh.model.factory;public class Circle implements Shape {@Overridepublic void draw() {System.out.println("Inside Circle::draw() method.");}
}

步骤 3：创建一个接口。

public interface Color {void fill();
}

步骤 4：创建实现接口的实体类。

package com.hh.model.factory;public class Blue implements Color {@Overridepublic void fill() {System.out.println("Inside Blue::fill() method.");}
}

package com.hh.model.factory;public class Green implements Color {@Overridepublic void fill() {System.out.println("Inside Green::fill() method.");}
}

package com.hh.model.factory;public class Red implements Color {@Overridepublic void fill() {System.out.println("Inside Red::fill() method.");}
}

步骤 5：为 Color 和 Shape 对象创建抽象类来获取工厂。

package com.hh.model.factory;public abstract class AbstractFactory {public abstract Color getColor(String color);public abstract Shape getShape(String shape);
}

步骤 6：创建扩展了 AbstractFactory 的工厂类，基于给定的信息生成实体类的对象。

package com.hh.model.factory;public class ShapeFactory2 extends AbstractFactory {@Overridepublic Shape getShape(String shapeType){if(shapeType == null){return null;}if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){return new Circle();} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){return new Rectangle();} else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){return new Square();}return null;}@Overridepublic Color getColor(String color) {return null;}
}

package com.hh.model.factory;public class ColorFactory extends AbstractFactory {@Overridepublic Shape getShape(String shapeType){return null;}@Overridepublic Color getColor(String color) {if(color == null){return null;}if(color.equalsIgnoreCase("RED")){return new Red();} else if(color.equalsIgnoreCase("GREEN")){return new Green();} else if(color.equalsIgnoreCase("BLUE")){return new Blue();}return null;}
}

步骤 7：创建一个工厂创造器/生成器类，通过传递形状或颜色信息来获取工厂。

package com.hh.model.factory;public class FactoryProducer {public static AbstractFactory getFactory(String choice){if(choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")){return new ShapeFactory2();} else if(choice.equalsIgnoreCase("COLOR")){return new ColorFactory();}return null;}
}

步骤 8：使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

package com.hh.model.factory;import org.testng.annotations.Test;public class FactoryPatternDemo {@Testpublic void test3() {//获取形状工厂AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");//获取形状为 Circle 的对象Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");//调用 Circle 的 draw 方法shape1.draw();//获取形状为 Rectangle 的对象Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");//调用 Rectangle 的 draw 方法shape2.draw();//获取形状为 Square 的对象Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");//调用 Square 的 draw 方法shape3.draw();//获取颜色工厂AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");//获取颜色为 Red 的对象Color color1 = colorFactory.getColor("RED");//调用 Red 的 fill 方法color1.fill();//获取颜色为 Green 的对象Color color2 = colorFactory.getColor("GREEN");//调用 Green 的 fill 方法color2.fill();//获取颜色为 Blue 的对象Color color3 = colorFactory.getColor("BLUE");//调用 Blue 的 fill 方法color3.fill();}@Testpublic void test2() {// 生产小米手机PhoneFactory factory1 = new MPhoneFactory();factory1.create().call();// 生产苹果手机PhoneFactory factory2 = new IPhoneFactory();factory2.create().call();}}

步骤 9：执行程序，输出结果。