设计模式-Factory工厂模式

2023/7/17 java DesignPattern

设计模式-工厂(方法)模式

设计模式-工厂(方法)模式

预告/前言

面向对象设计模式分为三类：创建型、结构型和行为型，工厂设计模式是面向对象设计模式中的创建型设计模式之一。
创建型设计模式主要包括：

单例模式
工厂模式
抽象工厂模式
构建者模式
原型模式

what/why

通过一个工厂类来封装对象的创建过程，实现对象的创建与使用的分离。
提供灵活的对象创建方式，降低代码的耦合度，同时也方便了代码的扩展和维护。

structure

在工厂模式中，主要包含以下元素：

超类（可以是一个接口，抽象类或一个具体的类）
一个或多个子类
工厂类

工厂模式

how

具体例子:

抽象概念: Computer
具体实现: PC机、笔记本Laptop。

Computer抽象类（也可以是一个接口）

public abstract class Computer {
    public abstract String getRAM();    /* 内存 */
    public abstract String getHDD();    /* 硬盘 */
    public abstract String getCPU();    /* CPU */
    @Override
    public String toString() {
        return "RAM= " + this.getRAM() + ", HDD=" + this.getHDD() + ", CPU=" + this.getCPU();
    }
}

定义PC和Laptop

public class PC extends Computer {
    private String ram;
    private String hdd;
    private String cpu;

    public PC(String ram, String hdd, String cpu) {
        this.ram = ram;
        this.hdd = hdd;
        this.cpu = cpu;
    }

    @Override
    public String getRAM() {  return ram;}
    @Override
    public String getHDD() {  return hdd;}
    @Override
    public String getCPU() {  return cpu;}
}

public class Laptop extends Computer{
    private String ram;
    private String hdd;
    private String cpu;
    
    public Laptop(String ram, String hdd, String cpu) {
        this.ram = ram;
        this.hdd = hdd;
        this.cpu = cpu;
    }
    @Override
    public String getRAM() {  return ram;}
    @Override
    public String getHDD() {  return hdd;}
    @Override
    public String getCPU() {  return cpu;}
}

定义工厂类：

public class ComputerFactory {

    public static Computer getComputer(String type, String ram, String hdd, String cpu) {
        // 不区分大小写比较
        if ("PC".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new PC(ram, hdd, cpu);
        }
        if ("Laptop".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new Laptop(ram, hdd, cpu);
        }
        return null;
    }
}

对于客户端只需要根据需要的类型，调用工厂类的getComputer()方法获取想要的实例了。
简单的测试，模拟工厂类的使用。

public class FactoryTest {

    public static void main(String[] args) {
        Computer pc = ComputerFactory.getComputer("PC", "16GB", "500GB", "2.4GHz");
        Computer laptop = ComputerFactory.getComputer("Laptop", "16GB", "500GB", "2.4GHz");

        System.out.println("PC:"+pc);
        System.out.println("laptop:"+laptop);
    }
}

实现方式

让所有产品都遵循同一接口。该接口必须声明对所有产品都有意义的方法。
在创建类中添加一个空的工厂方法。该方法的返回类型必须遵循通用的产品接口。
在创建者代码中找到对于产品构造函数的所有引用。将它们依次替换为对于工厂方法的调用，同时将创建产品的代码移入工厂方法。可能需要在工厂方法中添加临时参数来控制返回的产品类型。
工厂方法的代码看上去可能非常糟糕。其中可能会有复杂的 switch分支运算符，用于选择各种需要实例化的产品类。(友情链接-策略模式解决)
现在，为工厂方法中的每种产品编写一个创建者子类，然后在子类中重写工厂方法，并将基本方法中的相关创建代码移动到工厂方法中。
如果应用中的产品类型太多，那么为每个产品创建子类并无太大必要，这时你也可以在子类中复用基类中的控制参数。
如果代码经过上述移动后，基础工厂方法中已经没有任何代码，你可以将其转变为抽象类。如果基础工厂方法中还有其他语句，你可以将其设置为该方法的默认行为。

when 适合的应用场景

当你在编写代码的过程中，如果无法预知对象确切类别及其依赖关系时，可使用工厂方法。
工厂方法将创建产品的代码与实际使用产品的代码分离，从而能在不影响其他代码的情况下扩展产品创建部分代码。
例如，如果需要向应用中添加一种新产品，你只需要开发新的创建者子类，然后重写其工厂方法即可。
如果你希望用户能扩展你软件库或框架的内部组件，可使用工厂方法。
继承可能是扩展软件库或框架默认行为的最简单方法。但是当你使用子类替代标准组件时，框架如何辨识出该子类？解决方案是将各框架中构造组件的代码集中到单个工厂方法中，并在继承该组件之外允许任何人对该方法进行重写。

假设你使用开源 UI 框架编写自己的应用。你希望在应用中使用圆形按钮，但是原框架仅支持矩形按钮。你可以使用圆形按钮RoundButton子类来继承标准的按钮Button类。但是,你需要告诉UI框架UIFramework类使用新的子类按钮代替默认按钮。为了实现这个功能，你可以根据基础框架类开发子类圆形按钮UIUIWithRoundButtons，并且重写其createButton创建按钮方法。基类中的该方法返回按钮对象，而你开发的子类返回圆形按钮对象。现在，你就可以使用圆形按钮UI类代替UI框架类。
如果你希望复用现有对象来节省系统资源，而不是每次都重新创建对象，可使用工厂方法。

P&Cs 优缺点

优点:

避免创建者和具体产品之间的紧密耦合。
单一职责原则。你可以将产品创建代码放在程序的单一位置，从而使得代码更容易维护。
开闭原则。无需更改现有客户端代码，你就可以在程序中引入新的产品类型.
缺点:
应用工厂方法模式需要引入许多新的子类，代码可能会因此变得更复杂。最好的情况是将该模式引入创建者类的现有层次结构中。

where JDK中使用工厂模式的例子

很多

java.util.Calendar类创建实例时，使用getInstance()，对于客户端来讲，不用关注Calendar创建的具体实现；
NumberFormat类创建实例时，也是使用getInstance()。

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