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设计模式之工厂模式

时间:2018-12-16 23:16:03      阅读:127      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:程序   等级   产生   故障   taf   sky   还需要   了解   技术   

工厂模式

一:简单工厂模式

1. 问题的引出

我们打算做一个制作pizza的系统,从订购到出货,初始代码如下:

public class Pizza{
    Pizza orderPizza(String type){
        Pizza pizza;
        // 会引起代码变化的部分
        if(type.equals("cheese")){
            pizza =new CheesePizza();
        }else if (type.equals("greek")){
            pizza=new GreekPizza();
        }else if(type.equals("pepperoni")){
            pizza=new pepperoniPizza();
        }
     //不需要改变的部分代码  这是对pizza的一系列处理
     pizza.prepare();
     pizza.bake();
     pizza.cut();
     pizza.box();
     return pizza;
    }
}  

客户端通过调用pizza类的orderPizza方法来创建pizza,根据type的不同来获取不同种类的pizza,然而以上的设计存在着很多问题:

  1. Pizza类中存在大量的if-else,使得整个类的代码冗长,既不容易测试又很影响性能 ,程序运行中需要做大量的条件判断。
  2. 当需要增加新的pizza的时候,必须修改Pizza类的源代码,违反了开闭原则。
  3. 客户端只能通过new关键字来创建对象,使得Pizza类和客户端耦合度很高,违反了迪米特法则。

因此我们引出了简单工厂模式,此模式能在一定程度上解决这个问题

2. 简单工厂模式概述

简单工厂模式不属于GoF23个经典设计模式,但它是学习工厂模式的基础,其思想:首先将需要创建的各种对象(各种风味pizza)封装到不同对象中,这些类称为具体产品类,将公共部分提取到抽象产品类,然后提供一个工厂类用于创建各种产品,在工厂类中提供创建产品的工厂方法,根据参数获取不同的产品对象。

其定义如下:

简单工厂模式(Simple Factory Pattern):定义一个工厂类,它可以根据参数的不同返回不同类的实例,被创建的实例通常都具有共同的父类。因为在简单工厂模式中用于创建实例的方法是静态(static)方法,因此简单工厂模式又被称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式,它属于类创建型模式。

3. 简单工厂模式结构图

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4. 简单工厂模式角色

  • Factory(工厂角色):即工厂类,负责创建所有产品实例的内部逻辑,其中提供了静态的工厂方法factoryMethod(),外界直接调用此方法来返回抽象产品类型。
  • Product(抽象产品角色):工厂类所创建的所有对象的基类,也是工厂类返回类型,符合依赖倒转原则以及开闭原则,封装了各种产品对象的公共方法。
  • ProductA(具体产品角色):由简单工厂创建得到,每个具体产品都继承或实现了抽象产品角色

在简单工厂模式中

5.简单工厂模式解决上述问题

抽象产品角色:

public interface IPizza {
    void prepare();
    void bake();
    void cut();
    void box();
}

具体产品A:

public class PizzaA implements IPizza {
    @Override
    public void prepare() {
    }
    @Override
    public void bake() {
    }
    @Override
    public void cut() {
    }
    @Override
    public void box() {
    }
}

具体产品B:

public class PizzaB implements IPizza {
    @Override
    public void prepare() {
    }
    @Override
    public void bake() {
    }
    @Override
    public void cut() {
    }
    @Override
    public void box() {
    }
}

工厂角色:

public class SimplePizzaFactory {
    public static IPizza  createPizza(String type){
        IPizza pizza=null;
        if(type.equals("A")){
            pizza =new PizzaA();
        }else if (type.equals("B")){
            pizza=new PizzaB();
        }
        return pizza;
    }
}

客户端:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        IPizza pizza = SimplePizzaFactory.createPizza("A");
        // 创建pizza之后的工作
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
    }
}

6:简单工厂模式总结

优点:

  • 简单工厂模式使得对象的创建和使用分离开来。
  • 简单工厂模式将创建对象的复杂逻辑封装起来。
  • 使用者只需要传入参数即可获得对应的产品。

缺点:

  • 违背开闭原则,一旦假如了新的产品就必须要更改工厂创建产品的逻辑。
  • 工厂类集中所有产品的创建过程,一旦类不能正常工作,将引起整个系统的故障。

二:工厂方法模式

1.问题的引出

简单工厂模式虽然解决了产品对象的创建问题,但是仍然存在很大的设计问题:当添加新的产品时候,必须通过修改客户端传过去的类型参数,其次还需要修改工厂中的if-else逻辑,显然违反了开闭原则,此外简单工厂模式所有的产品都是同一个工厂所创,工厂类职责很重,违反了单一职责原则,因此将引出第二种工厂模式->工厂方法模式。

2.工厂方法模式概述

不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象,而是针对不同的产品提供不同的工厂,系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构,工厂方法模式定义如下:

工厂方法模式(Factory Method Pattern):定义一个用于创建对象的接口,让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工厂方法模式又简称为工厂模式(Factory Pattern),又可称作虚拟构造器模式(Virtual Constructor Pattern)或多态工厂模式(Polymorphic Factory Pattern)。工厂方法模式是一种类创建型模式。

3.工厂方法模式结构图

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4.工厂方法模式角色

  • Product(抽象产品角色):用来定义产品的接口,是产品对象的基类。
  • ProductB(具体产品):实现了抽象产品接口
  • Factory(抽象工厂):声明了工厂方法,用于返回一个产品,抽象工厂是工厂方法模式的核心,所有的工厂类都必须实现此方法。
  • ProductAFactory(具体工厂):是抽象工厂子类,实现抽象工厂方法,返回具体的产品实例

5.工厂方法模式解决上述问题

结构如图:

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代码如下:

抽象产品角色:

public interface Pizza {
    // 准备
    void prepare();
    // 烘烤
    void bake();
    // 切
    void cut();
    // 装盒
    void box();
}

具体产品角色:

public class PizzaA implements Pizza {

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("pizzaA开始准备");
    }

    @Override
    public void bake() {
        System.out.println("pizzaA开始烘烤");
    }

    @Override
    public void cut() {
        System.out.println("pizzaA开始切");
    }

    @Override
    public void box() {
        System.out.println("pizzaA开始装盒");
    }
}
public class PizzaB implements Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("pizzaB开始准备");
    }

    @Override
    public void bake() {
        System.out.println("pizzaB开始烘烤");
    }

    @Override
    public void cut() {
        System.out.println("pizzaB开始切");
    }

    @Override
    public void box() {
        System.out.println("pizzaB开始装盒");
    }
}

抽象工厂:

public interface PizzaFactory {
    Pizza createPizza();
}

具体工厂角色:

public class PizzaAFactory implements PizzaFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new PizzaA();
    }
}
public class PizzaBFactory implements PizzaFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new PizzaB();
    }
}

客户端:

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 针对抽象编程 PizzaAFactory可根据DI(依赖注入)进去
        // 整个客户端就不需要对修改变化,全部是针对抽象编程
        PizzaFactory factory = new PizzaAFactory();
        Pizza pizza  = factory.createPizza();
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
    }
}

6.工厂方法模式总结

优点:

  • 对客户端隐藏了具体产品的创建细节,无需知道传入什么参数进去。
  • 假如新产品时候,不需要更改客户端以及抽象产品角色以及抽象工厂角色,只需要添加新的工厂类以及具体产品即可,完全符合开闭原则。

缺点:

  • 如果产品的个数种类很多,那么必然会出现大量的具体工厂类,增加了系统的复杂度,会给系统带来额外的开销。

三:抽象工厂模式

1.问题的引出

工厂方法通过引入工厂等级结构,解决简单工厂职责过重(所有的产品都在一个工厂里产生)的问题,但是工厂方法会额外产生大量的工厂类,ProductA、ProductB、ProductC........,会给系统带来很大的开销,因此我们可以将相同类型的产品组成产品族,由同一个工厂生产,即抽象工厂模式的核心。

2.抽象工厂模式概述

抽象工厂模式为创建一组对象提供了解决方案,与工厂方法模式相比,抽象工厂模式中的工厂负责创建一组,其定义如下:

抽象工厂模式(Abstract Factory Pattern):提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口,而无须指定它们具体的类。抽象工厂模式又称为Kit模式,它是一种对象创建型模式。

3.抽象工厂结构图

技术分享图片

  • AbstractFactory(抽象工厂):声明了一族产品的方法,每个方法对应一种产品。
  • Factory1(具体工厂):,实现了抽象工厂中的方法,生成一组具体产品,这些产品构成了产品族,某个产品都位于某个产品等级中。
  • AbstractProductA:不同产品实现或继承不同的产品接口。
  • ProductA:具体产品,实现抽象产品中的方法。

4.抽象工厂模式实例

场景如下:为了保证客户的实用安全,确保原料一致,所以需要一个工厂来生产原料,即此工厂负责原料家族中的每种原料,即工厂需要生产面团、酱料、芝士等,但是不同区域的风味不一致,抽象工厂模式设计如下图:

技术分享图片

代码如下:

AbstractFactory(抽象工厂角色):

//原料生产工厂 每个区域的原料工厂都需要实现此接口
public abstract class PizzaIngredientFactory {
    //每个原料都有一个对应的方法创建该原料
    // 生产面团
    abstract Dough createDough();
    // 生产酱
    abstract Sauce createSauce();
}

具体工厂:纽约原料加工厂

// 纽约原料工厂
public class NYPizzaIngredientFactory extends PizzaIngredientFactory {
    @Override
    Dough createDough() {
        return new DoughA();
    }

    @Override
    Sauce createSauce() {
        return new SauceA();
    }
}

具体工厂:中国原料加工厂

// 中国原料工厂
public class ChinaIngredientFactory extends PizzaIngredientFactory {
    @Override
    Dough createDough() {
        return new DoughB();
    }

    @Override
    Sauce createSauce() {
        return new SauceB();
    }
}

抽象产品角色:面团

// 面团
public interface  Dough {
}

抽象产品角色:酱料

// 酱料
public  interface Sauce {
}

具体产品角色:面团A

public class DoughA implements Dough{
}

具体产品角色:面团B

public class DoughB implements Dough{
}

具体产品角色:酱料A

public class SauceA implements Sauce {
}

具体产品角色:酱料B

public class SauceB implements Sauce {
}

5.抽象工厂方法总结

我们可以发现要是在增加新的产品族很方便,只需要扩展新的具体工厂,但是要扩展产品的等级结构(在抽象工厂中加入新的原料),会发现完全违背开闭原则,修改量巨大。

优点:

  • 增加新的产品族很方便,完全符合对修改关闭
  • 我们要替换整个产品线的话是非常容易的,只需要修改对应的具体工厂即可。

缺点:

  • 增加新的产品等级结构需要修改大量的代码,完全违背开闭原则。

四:简单工厂VS工厂方法 && 工厂方法模式VS抽象工厂模式

先来回顾一下这三者的结构图:

简单工厂模式:


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工厂方法模式:


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抽象工厂模式:


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简单工厂模式VS工厂方法模式

  • 简单工厂模式把所有产品都放在一个工厂里生产。
  • 简单工厂违背开闭原则。
  • 工厂方法模式将产品的具体实现推迟到子类中,且针对每个产品都有对应的实现。
  • 工厂方法模式符合开闭原则。

工厂方法模式VS抽象工厂模式

  • 抽象工厂在产品族上符合开闭原则,但是在产品等级结构上违背开闭原则。
  • 抽象工厂将一系类的产品组合起来,很明显符合组合复用原则。
  • 抽象工厂可以看做是工厂方法的变形。相对于产品族来说,是工厂方法模式,相对于产品等级结构来说,也是工厂方法模式。

设计模式之工厂模式

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