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JAVA设计模式之工厂模式 一、工厂模式的介绍 工厂模式专门负责将大量有共同接口的类实例化。工厂模式可以动态决定将哪一个类实例化,不必事先知道每次要实例化哪一个类。 工厂模式的几种形态: (1)简单工厂(Simple Factory)模式,又称静态工厂方法模式(Static Factory Method Pattern)。 (2)工厂方法(Factory Method)模式,又称多态性工厂(Polymorphic Factory)模式 或虚拟构造子(Virtual Constructor)模式; (3)抽象工厂(Abstract Factory)模式,又称工具箱(Kit 或Toolkit)模式。 二、简单工厂模式 2.1简单工厂模式介绍 简单工厂模式(Simple Factory Pattern):又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式,它属于类创建型模式。在简单工厂模式中,可以根据自变量的不同返回不同类的实例。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例,被创建的实例通常都具有共同的父类。 2.2简单工厂模式角色 (1)工厂类(Creator)角色:担任这个角色的是工厂方法模式的核心,含有与应用紧密相关的商业逻辑。工厂类在客户端的直接调用下创建产品对象,它往往由一个具体Java 类实现。 (2)抽象产品(Product)角色:担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类,或它们共同拥有的接口。抽象产品角色可以用一个Java 接口或者Java 抽象类实现。 (3)具体产品(Concrete Product)角色:工厂方法模式所创建的任何对象都是这个角色的实例,具体产品角色由一个具体Java 类实现。 2.3简单工厂模式的优缺点 简单工厂模式的优点如下: (1)工厂类含有必要的判断逻辑,可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例,客户端可以免除直接创建产品对象的责任,而仅仅“消费”产品;简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割,它提供了专门的工厂类用于创建对象。 (2)客户端无需知道所创建的具体产品类的类名,只需要知道具体产品类所对应的参数即可,对于一些复杂的类名,通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量。 (3)通过引入配置文件,可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类,在一定程度上提高了系统的灵活性。 简单工厂模式的缺点如下: (1)由于工厂类集中了所有产品创建逻辑,一旦不能正常工作,整个系统都要受到影响。 (2)使用简单工厂模式将会增加系统中类的个数,在一定程序上增加了系统的复杂度和理解难度。 (3)系统扩展困难,一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑,在产品类型较多时,有可能造成工厂逻辑过于复杂,不利于系统的扩展和维护。 (3)简单工厂模式由于使用了静态工厂方法,造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。 2.4简单工厂模式的适用环境 (1)工厂类负责创建的对象比较少:由于创建的对象较少,不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂; (2)客户端只知道传入工厂类的参数,对于如何创建对象不关心:客户端既不需要关心创建细节,甚至连类名都不需要记住,只需要知道类型所对应的参数。 2.5简单工厂模式的举例 例: //抽象产品角色 public interface Car{ public void drive(); } //具体产品角色 public class Benz implements Car{ public void drive() { System.out.println("Driving Benz "); } } public class Bmw implements Car{ public void drive() { System.out.println("Driving Bmw "); } } //工厂类角色 public class Driver{ //工厂方法.注意 返回类型为抽象产品角色 public static Car driverCar(String s)throws Exception{ //判断逻辑,返回具体的产品角色给Client if(s.equalsIgnoreCase("Benz")) return new Benz(); else if(s.equalsIgnoreCase("Bmw")) return new Bmw(); else throw new Exception(); } } 三、工厂方法模式 3.1工厂方法模式的介绍 工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类。Factory Method是一个类的实例化延迟到其子类。 在工厂方法模式中,核心的工厂类不再负责所有的产品的创建,而是将具体创建的工作交给子类去做。这个核心类则摇身一变,成为了一个抽象工厂角色,仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口,而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。 3.2工厂方法模式角色 (1)抽象工厂(Creator)角色:担任这个角色的是工厂方法模式的核心,它是与应用程序无关的。任何在模式中创建对象的工厂类必须实现这个接口。在上面的系统中这个角色由Java 接口Creator 扮演;在实际的系统中,这个角色也常常使用抽象Java 类实现。 (2)具体工厂(Concrete Creator)角色:担任这个角色的是实现了抽象工厂接口的具体Java 类。具体工厂角色含有与应用密切相关的逻辑,并且受到应用程序的调用以创建产品对象。在本系统中给出了两个这样的角色,也就是具体Java 类ConcreteCreator1 和ConcreteCreator2。 (3)抽象产品(Product)角色:工厂方法模式所创建的对象的超类型,也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。在本系统中,这个角色由Java 接口Product 扮演;在实际的系统中,这个角色也常常使用抽象Java 类实现。 (4)具体产品(Concrete Product)角色:这个角色实现了抽象产品角色所声明的接口。工厂方法模式所创建的每一个对象都是某个具体产品角色的实例。 3.3工厂方法模式的优缺点 工厂方法模式的优点如下: (1)在工厂方法模式中,工厂方法用来创建客户所需要的产品,同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节,用户只需要关心所需产品对应的工厂,无需关心创建细节,甚至无需知道具体产品类的类名。 (2)基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象,而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式,正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。 (3)使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时,无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口,无需修改客户端,也无需修改其他的具体工厂和具体产品,而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了,这样,系统的可扩展性也就变得非常好,完全符合“开闭原则”。 工厂方法模式的缺点如下: (1)在添加新产品时,需要编写新的具体产品类,而且还要提供与之对应的具体工厂类,系统中类的个数将成对增加,在一定程度上增加了系统的复杂度,有更多的类需要编译和运行,会给系统带来一些额外的开销。 (2)由于考虑到系统的可扩展性,需要引入抽象层,在客户端代码中均使用抽象层进行定义,增加了系统的抽象性和理解难度,且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术,增加了系统的实现难度。 3.4工厂方法模式的适用环境 在以下情况下可以使用工厂方法模式: (1)一个类不知道它所需要的对象的类:在工厂方法模式中,客户端不需要知道具体产品类的类名,只需要知道所对应的工厂即可,具体的产品对象由具体工厂类创建;客户端需要知道创建具体产品的工厂类。 (2)一个类通过其子类来指定创建哪个对象:在工厂方法模式中,对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口,而由其子类来确定具体要创建的对象,利用面向对象的多态性和里氏代换原则,在程序运行时,子类对象将覆盖父类对象,从而使得系统更容易扩展。 (3)将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个,客户端在使用时可以无需关心是哪一个工厂子类创建产品子类,需要时再动态指定,可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。 3.5工厂方法模式的举例 例: //抽象产品 PenCore.java public abstract class PenCore{ String color; public abstract void writeWord(String s); } //具体产品 RedPenCore.java public class RedPenCore extends PenCore { RedPenCore() { color = "红色"; } public void writeWord(String s) { System.out.println("写出" + color + "的字" + s); } } BluePenCore.java public class BluePenCore extends PenCore { BluePenCore() { color = "蓝色"; } public void writeWord(String s) { System.out.println("写出" + color + "的字" + s); } } BlackPenCore.java public class BlackPenCore extends PenCore { BlackPenCore() { color = "黑色"; } public void writeWord(String s) { System.out.println("写出" + color + "的字" + s); } } //构造者 BallPen.java public abstract class BallPen { BallPen(){ System.out.println("生产一只装有"+getPenCore().color+"笔芯的圆珠笔"); } public abstract PenCore getPenCore(); } //具体构造者 RedBallPen.java public class RedBallPen extends BallPen { public PenCore getPenCore() { return new RedPenCore(); } } BlueBallPen.java public class BlueBallPen extends BallPen { public PenCore getPenCore() { return new BluePenCore(); } } BlackBallPen.java public class BlackBallPen extends BallPen { public PenCore getPenCore() { return new BlackPenCore(); } } 四、抽象工厂模式 4.1抽象工厂模式的介绍 抽象工厂模式提供一个创建一系列或相互依赖的对象的接口,而无需指定它们具体的类。 4.2抽象工厂模式角色 抽象工厂模式涉及到的系统角色 (1)抽象工厂(AbstractFactory)角色:担任这个角色的是工厂方法模式的核心,它是与应用系统的商业逻辑无关的。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现,而所有的具体工厂类必须实现这个Java 接口或继承这个抽象Java 类。 (2)具体工厂类(Conrete Factory)角色:这个角色直接在客户端的调用下创建产品的实例。这个角色含有选择合适的产品对象的逻辑,而这个逻辑是与应用系统的商业逻辑紧密相关的。通常使用具体Java 类实现这个角色。 (3)抽象产品(Abstract Product)角色:担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类,或它们共同拥有的接口。通常使用Java 接口或者抽象Java 类实现这一角色。 (4)具体产品(Concrete Product)角色:抽象工厂模式所创建的任何产品对象都是某一个具体产品类的实例。这是客户端最终需要的东西,其内部一定充满了应用系统的商业逻辑。通常使用具体Java 类实现这个角色。 4.3抽象工厂模式的优缺点 优点: (1) 隔离了具体类的生成,使得用户不需要知道什么被创建了。 (2) 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时,它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。 缺点: (1)添加新的产品对像时,难以扩展抽象工厂以便生产新种类的产品。 4.4抽象工厂模式的适用环境 (1)一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节。这对于所有形态的工厂模式都是重要的; (2)一个系统的产品有多于一个的产品族,而系统只消费其中某一族的产品; (3)同属于同一个产品族的产品是在一起使用的,这一约束必须要在系统的设计中体现出来; (4)系统提供一个产品类的库,所有的产品以同样的接口出现,从而使客户端不依赖于实现。 4.5抽象工厂模式的举例 例: //抽象产品 UpperClothes.java public abstract class UpperClothes { public abstract int getChestSize(); public abstract int getHeight(); public abstract String getName(); } Trousers.java public abstract class Trousers { public abstract int getWaistSize(); public abstract int getHeight(); public abstract String getName(); } //具体产品 WesternUpperClothes.java public class WesternUpperClothes extends UpperClothes { private int chestSize; private int height; private String name; WesternUpperClothes(String name,int chestSize,int height){ this.name=name; this.chestSize=chestSize; this.height=height; } public int getChestSize() { return chestSize; } public int getHeight() { return height; } public String getName() { return name; } } CowboyUpperClothes.java public class CowboyUpperClothes extends UpperClothes { private int chestSize; private int height; private String name; CowboyUpperClothes(String name,int chestSize,int height){ this.name=name; this.chestSize=chestSize; this.height=height; } public int getChestSize() { return chestSize; } public int getHeight() { return height; } public String getName () { return name; } } WesternTrousers.java public class WesternTrousers extends Trousers { private int waistSize; private int height; private String name; WesternTrousers(String name,int waistSize,int height){ this.name=name; this.waistSize=waistSize; this.height=height; } public int getHeight() { return height; } public String getName() { return name; } public int getWaistSize() { return waistSize; } } CowboyTrousers.java public class CowboyTrousers extends Trousers { private int waistSize; private int height; private String name; CowboyTrousers(String name,int waistSize,int height){ this.name=name; this.waistSize=waistSize; this.height=height; } public int getHeight() { return height; } public String getName() { return name; } public int getWaistSize() { return waistSize; } } //抽象工厂 ClothesFactory.java public abstract class ClothesFactory { public abstract UpperClothes createUpperClothes(int chestSize,int height); public abstract Trousers createTrousers(int waistSize,int height); } //具体工厂 BeijingClothesFactory.java public class BeijingClothesFactory extends ClothesFactory { public Trousers createTrousers(int waistSize, int height) { return new WesternTrousers("北京牌裤子",waistSize,height); } public UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height) { return new WesternUpperClothes("北京牌上衣",chestSize,height); } } ShanghaiClothesFactory.java public class ShanghaiClothesFactory extends ClothesFactory { public Trousers createTrousers(int waistSize, int height) { return new WesternTrousers("上海牌裤子",waistSize,height); } public UpperClothes createUpperClothes(int chestSize, int height) { return new WesternUpperClothes("上海牌上衣",chestSize,height); } }
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2 楼
wisdomtl
2014-05-15
最后一段代码有写小的错误
最后一个具体工厂的实现应该返回CowboyTrousers 和 CowboyUpperClothes
最后一个具体工厂的实现应该返回CowboyTrousers 和 CowboyUpperClothes
1 楼
kensunhu
2012-06-04
greate explanation,if you attach UML class diagram for every pattern,it will be better. thanks!
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