(转)在 Java 中应用设计模式 - Factory Method

基本概念

FactoryMethod是一种创建性模式,它定义了一个创建对象的接口,但是却让子类来决定具体实例化哪一个类.当一个类无法预料要创建哪种类 的对象或是一个类需要由子类来指定创建的对象时我们就需要用到Factory Method 模式了.简单说来,Factory Method可以根据不同的条件产生不同的实例,当然这些不同的实例通常是属于相同的类型,具有共同的父类.Factory Method把创建这些实例的具体过程封装起来了,简化了客户端的应用,也改善了程序的扩展性,使得将来可以做最小的改动就可以加入新的待创建的类. 通常我们将Factory Method作为一种标准的创建对象的方法,当发现需要更多的灵活性的时候,就开始考虑向其它创建型模式转化

简单分析

图1是Factory Method 模式的结构图,这里提供了一些术语,让我们可以进行更方便的描述:

1. Product: 需要创建的产品的抽象类.
2. ConcreteProduct: Product的子类,一系列具体的产品.
3. Creator: 抽象创建器接口,声明返回Product类型对象的Factory Method.
4. ConcreteCreator: 具体的创建器,重写Creator中的Factory Method,返回ConcreteProduct类型的实例.

图1: Factory Method 模式结构

由此可以清楚的看出这样的平行对应关系: Product <====> Creator ; ConreteProduct <====> ConreteCreator

抽象产品对应抽象创建器,具体产品对应具体创建器.这样做的好处是什么呢?为什么我们不直接用具体的产品和具体的创建器完成需求呢?实际上我们也可 以这样做.但通过Factory Method模式来完成,客户(client)只需引用抽象的Product和Creater,对具体的ConcreteProduct和 ConcreteCreator可以毫不关心,这样做我们可以获得额外的好处:

• 首先客户端可以统一从抽象创建器获取产生的实例,Creator的作用将client和产品创建过程分离开来,客户不用操心 返回的是那一个具体的产品,也不用关心这些产品是如何创建的.同时,ConcreteProduct也被隐藏在Product后 面,ConreteProduct继承了Product的所有属性,并实现了Product中定义的抽象方法,按照Java中的对象造型(cast)原 则,通过ConcreteCreator产生的ConcreteProduct可以自动的上溯造型成Product.这样一来,实质内容不同的 ConcreteProduct就可以在形式上统一为Product,通过Creator提供给client来访问.
• 其 次,当我们添加一个新的ConcreteCreator时,由于Creator所提供的接口不变,客户端程序不会有丝毫的改动,不会带来动一发而牵全身的 灾难, 这就是良好封装性的体现.但如果直接用ConcreteProduct和ConcreteCreator两个类是无论如何也做不到这点的. 优良的面向对象设计鼓励使用封装(encapsulation)和委托(delegation),而Factory Method模式就是使用了封装和委托的典型例子,这里封装是通过抽象创建器Creator来体现的,而委托则是通过抽象创建器把创建对象的责任完全交给 具体创建器ConcreteCreator来体现的.

现在,请再回头看看基本概念中的那段话,开始也许觉得生涩难懂,现在是不是已经明朗化了很多.

下面让我们看看在 Java 中如何实现Factory Method模式,进一步加深对它的认识.

具体实施

先说明一点,用Factory Method模式创建对象并不一定会让我们的代码更短,实事上往往更长,我们也使用了更多的类,真正的目的在于这样可以灵活的,有弹性的创建不确定的对 象.而且,代码的可重用性提高了,客户端的应用简化了,客户程序的代码会大大减少,变的更具可读性.

1. 标准实现: 这里我采用Bruce Eckel 用来描述OO思想的经典例子 Shape.这样大家会比较熟悉一些.我完全按照图1中所定义的结构写了下面的一段演示代码.这段代码的作用是创建不同的Shape实例,每个实例完成两 个操作:draw和erase.具体的创建过程委托�oShapeFactory来完成.

   1.a 首先定义一个抽象类Shape,定义两个抽象的方法.

   abstract   class  Shape {
      //  勾画shape
      public   abstract   void  draw();
      //  擦去 shape
      public   abstract   void  erase();
      public  String name;
      public  Shape(String aName){
       name  =  aName;
     }
   }

   1.b 定义 Shape的两个子类: Circle, Square,实现Shape中定义的抽象方法

   //  圆形子类
   class  Circle  extends  Shape {
      public   void  draw() {
       System.out.println( " It will draw a circle. " );
     }
      public   void  erase() {
       System.out.println( " It will erase a circle. " ); 
     }
      //  构造函数
      public  Circle(String aName){
        super (aName);
     }
   }
   //  方形子类
   class  Square  extends  Shape {
      public   void  draw() { 
       System.out.println( " It will draw a square. " ); 
     }
      public   void  erase() { 
       System.out.println( " It will erase a square. " ); 
     }
      //  构造函数
      public  Square(String aName){
        super (aName);
     }
   }

   1.c 定义抽象的创建器,anOperation调用factoryMethod创建一个对象,并对该对象进行一系列操作.

   abstract   class  ShapeFactory {  
      protected   abstract  Shape factoryMethod(String aName);
      //  在anOperation中定义Shape的一系列行为
   public   void  anOperation(String aName){
       Shape s  =  factoryMethod(aName);
       System.out.println( " The current shape is:  "   +  s.name);
       s.draw();
       s.erase();
     }
   }

   1.d 定义与circle和square相对应的两个具体创建器CircleFactory,SquareFactory,实现父类的methodFactory方法

   //  定义返回 circle 实例的 CircleFactory
   class  CircleFactory  extends  ShapeFactory {
      //  重载factoryMethod方法,返回Circle对象
      protected  Shape factoryMethod(String aName) {
        return   new  Circle(aName  +   "  (created by CircleFactory) " );
     }
   }
     
   //  定义返回 Square 实例的 SquareFactory
   class  SquareFactory  extends  ShapeFactory {
      //  重载factoryMethod方法,返回Square对象
   protected  Shape factoryMethod(String aName) {
        return   new  Square(aName  +   "  (created by SquareFactory) " );
     }
   }

   1.e 测试类:请注意这个客户端程序多么简洁,既没有罗嗦的条件判断语句,也无需关心ConcreteProduct和ConcreteCreator的细节 (因为这里我用anOperation封装了Product里的两个方法,所以连Product的影子也没看见,当然把Product里方法的具体调用放 到客户程序中也是不错的).

   class  Main {
      public   static   void  main(String[] args){
       ShapeFactory sf1  =   new  SquareFactory(); 
       ShapeFactory sf2  =   new  CircleFactory();
       sf1.anOperation( " Shape one " );
       sf2.anOperation( " Shape two " );
     }
   }  

   运行结果如下:

   The current shape is: Shape one (created by SquareFactory)

   It will draw a square.

   It will erase a square.

   The current shape is: Shape two (created by CircleFactory)

   It will draw a circle.

   It will erase a circle.

2. 参 数化的Factory Method: 这种方式依靠指定的参数作为标志来创建对应的实例,这是很常见的一种办法.比如JFC中的BorderFactory就是个很不错的例子. 以下的这个例子是用字符串作为标记来进行判断的,如果参数的类型也不一样,那就可以用到过载函数来解决这个问题,定义一系列参数和方法体不同的同名函数, 这里java.util.Calendar.getInstance()又是个极好的例子.参数化的创建方式克服了Factory Method模式一个最显著的缺陷,就是当具体产品比较多时,我们不得不也建立一系列与之对应的具体构造器. 但是在客户端我们必须指定参数来决定要创建哪一个类.

   2.a 我们在第一种方法的基础上进行修改,首先自定义一个的异常,这样当传入不正确的参数时可以得到更明显的报错信息.

   class  NoThisShape  extends  Exception {
      public  NoThisShape(String aName) {
        super (aName);
     }
   }

   2.b去掉了ShapeFactory的两个子类,改为由ShapeFactory直接负责实例的创建. ShapeFactory自己变成一个具体的创建器,直接用参数化的方法实现factoryMethod返回多种对象.

   abstract   class  ShapeFactory {  
      private   static  Shape s;
      private  ShapeFactory() {}
       
      static  Shape factoryMethod(String aName, String aType)  throws  NoThisShape{
        if  (aType.compareTo( " square " ) == 0 )
          return   new  Square(aName);
        else   if  (aType.compareTo( " circle " ) == 0 )
          return   new  Circle(aName);
        else   throw   new  NoThisShape(aType);  
     }
     
      //  在anOperation中定义Shape的一系列行为
      static   void  anOperation(String aName, String aType)  throws  NoThisShape{
       s  =  factoryMethod(aName, aType);
       System.out.println( " The current shape is:  "   +  s.name);
       s.draw();
       s.erase();
     }
   }

   2.c 测试类:这里客户端必须指定参数来决定具体创建哪个类.这个例子里的anOperation是静态函数,可以直接引用.

   class  Main {
      public   static   void  main(String[] args)  throws  NoThisShape{
       ShapeFactory.anOperation( " Shape one " , " circle " );
       ShapeFactory.anOperation( " Shape two " , " square " );
       ShapeFactory.anOperation( " Shape three " ,  " delta " );
     }
   }

   运行结果如下:

   The current shape is: Shape one
   It will draw a circle.
   It will erase a circle.
   The current shape is: Shape two
   It will draw a square.
   It will erase a square.
   Exception in thread  " main "  NoThisShape: delta
           at ShapeFactory.factoryMethod(ShapeFactory.java: 10 )
           at ShapeFactory.anOperation(ShapeFactory.java: 15 )
           at Main.main(Main.java: 5 )
3. 动态装载机制:

   有的时候我们会把ConcreteProduct的实例传给创建器作为参数,这种情况下,如果在创建器里完成创建过程,就必须判断参数的具体类型(用instanceof),然后才能产生相应的实例,那么比较好的做法是利用Java的动态装载机制来完成这件事.比如:

   我们得到一个Shape的子类s,但不知道具体是那个子类,就可以利用Class类自带的方法newInstance()得到实例

   return (Shape)s.getClass().newInstance();

   这种方法有兴趣得读者可以自己尝试,限于篇幅,不写具体代码出来了.

   后话:

   看 完这篇文章后,相信读者对Factory Method模式有一个比较清楚的了解了.我想说的是,我们不仅应该关心一个具体的模式有什么作用,如何去实现这个模式,更应该透过现象看本质,不但知其 然,还要知其所以然.要通过对模式的学习加深对面向对象思想的理解,让自己的认识得到升华.Factory Method模式看似简单,实则深刻.抽象,封装,继承,委托,多态,针对接口编程等面向对象中的概念都在这里得到了一一的体现.只有抓住了它的本质,我 们才能够不拘于形式的灵活运用,而不是为了使用模式而使用模式.

    

   参考资料

   • Thinking in Pattern with Java ---- Bruce Eckel
     
     
   • The Factory Method Design Pattern by Gopalan Suresh Raj---- http://gsraj.tripod.com/design/creational/factory/factory.html
     
     
   • SENG609_40 FACTORY PATTERNS PAPER---- http://sern.ucalgary.ca/~kjfu/courses/SENG60904/paper.html
     
     
   • Factory Method Pattern---- http:// www.ugolandini.net/FactoryMethodPattern.html
     
     
   • Design Patterns in Java ---- Bob Tarr
     
     
   • Design Patterns ---- Gang of Four
     
     
   • Dynamic Class Loading in Java---- http:// www.pramodx.20m.com/dynamic_class_loading_in_java.htm