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設(shè)計(jì)模式之Factory
定義:提供創(chuàng)建對(duì)象的接口.
為何使用?
工廠模式是我們最常用的模式了,著名的Jive論壇 ,就大量使用了工廠模式，工廠模式在Java程序系統(tǒng)可以說是隨處可見。
為什么工廠模式是如此常用？因?yàn)楣S模式就相當(dāng)于創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象的new，我們經(jīng)常要根據(jù)類Class生成實(shí)例對(duì)象，如A a=new A() 工廠模式也是用來創(chuàng)建實(shí)例對(duì)象的，所以以后new時(shí)就要多個(gè)心眼，是否可以考慮實(shí)用工廠模式，雖然這樣做，可能多做一些工作，但會(huì)給你系統(tǒng)帶來更大的可擴(kuò)展性和盡量少的修改量。
我們以類Sample為例， 如果我們要?jiǎng)?chuàng)建Sample的實(shí)例對(duì)象:
Sample sample=new Sample();
可是，實(shí)際情況是，通常我們都要在創(chuàng)建sample實(shí)例時(shí)做點(diǎn)初始化的工作,比如賦值 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)等。
首先，我們想到的是，可以使用Sample的構(gòu)造函數(shù)，這樣生成實(shí)例就寫成:
Sample sample=new Sample(參數(shù));
但是，如果創(chuàng)建sample實(shí)例時(shí)所做的初始化工作不是象賦值這樣簡(jiǎn)單的事，可能是很長(zhǎng)一段代碼，如果也寫入構(gòu)造函數(shù)中，那你的代碼很難看了（就需要Refactor重整）。
為什么說代碼很難看，初學(xué)者可能沒有這種感覺，我們分析如下，初始化工作如果是很長(zhǎng)一段代碼，說明要做的工作很多，將很多工作裝入一個(gè)方法中，相當(dāng)于將很多雞蛋放在一個(gè)籃子里，是很危險(xiǎn)的，這也是有背于Java面向?qū)ο蟮脑瓌t，面向?qū)ο蟮姆庋b(Encapsulation)和分派(Delegation)告訴我們，盡量將長(zhǎng)的代碼分派“切割”成每段，將每段再“封裝”起來(減少段和段之間偶合聯(lián)系性)，這樣，就會(huì)將風(fēng)險(xiǎn)分散，以后如果需要修改，只要更改每段，不會(huì)再發(fā)生牽一動(dòng)百的事情。
在本例中，首先，我們需要將創(chuàng)建實(shí)例的工作與使用實(shí)例的工作分開, 也就是說，讓創(chuàng)建實(shí)例所需要的大量初始化工作從Sample的構(gòu)造函數(shù)中分離出去。
這時(shí)我們就需要Factory工廠模式來生成對(duì)象了，不能再用上面簡(jiǎn)單new Sample(參數(shù))。還有,如果Sample有個(gè)繼承如MySample, 按照面向接口編程,我們需要將Sample抽象成一個(gè)接口.現(xiàn)在Sample是接口,有兩個(gè)子類MySample 和HisSample .我們要實(shí)例化他們時(shí),如下:
Sample mysample=new MySample();
Sample hissample=new HisSample();
隨著項(xiàng)目的深入,Sample可能還會(huì)"生出很多兒子出來", 那么我們要對(duì)這些兒子一個(gè)個(gè)實(shí)例化,更糟糕的是,可能還要對(duì)以前的代碼進(jìn)行修改:加入后來生出兒子的實(shí)例.這在傳統(tǒng)程序中是無法避免的.
但如果你一開始就有意識(shí)使用了工廠模式,這些麻煩就沒有了.
工廠方法
你會(huì)建立一個(gè)專門生產(chǎn)Sample實(shí)例的工廠:
public class Factory{
public static Sample creator(int which){
//getClass 產(chǎn)生Sample 一般可使用動(dòng)態(tài)類裝載裝入類。
if (which==1)
return new SampleA();
else if (which==2)
return new SampleB();
}
}
那么在你的程序中,如果要實(shí)例化Sample時(shí).就使用
Sample sampleA=Factory.creator(1);
這樣,在整個(gè)就不涉及到Sample的具體子類,達(dá)到封裝效果,也就減少錯(cuò)誤修改的機(jī)會(huì),這個(gè)原理可以用很通俗的話來比喻:就是具體事情做得越多,越容易范錯(cuò)誤.這每個(gè)做過具體工作的人都深有體會(huì),相反,官做得越高,說出的話越抽象越籠統(tǒng),范錯(cuò)誤可能性就越少.好象我們從編程序中也能悟出人生道理?呵呵.
使用工廠方法 要注意幾個(gè)角色，首先你要定義產(chǎn)品接口，如上面的Sample,產(chǎn)品接口下有Sample接口的實(shí)現(xiàn)類,如SampleA,其次要有一個(gè)factory類，用來生成產(chǎn)品Sample，如下圖，最右邊是生產(chǎn)的對(duì)象Sample：
進(jìn)一步稍微復(fù)雜一點(diǎn)，就是在工廠類上進(jìn)行拓展，工廠類也有繼承它的實(shí)現(xiàn)類concreteFactory了。
抽象工廠
工廠模式中有: 工廠方法(Factory Method) 抽象工廠(Abstract Factory).
這兩個(gè)模式區(qū)別在于需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象的復(fù)雜程度上。如果我們創(chuàng)建對(duì)象的方法變得復(fù)雜了,如上面工廠方法中是創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象Sample,如果我們還有新的產(chǎn)品接口Sample2.
這里假設(shè)：Sample有兩個(gè)concrete類SampleA和SamleB，而Sample2也有兩個(gè)concrete類Sample2A和SampleB2
那么，我們就將上例中Factory變成抽象類,將共同部分封裝在抽象類中,不同部分使用子類實(shí)現(xiàn)，下面就是將上例中的Factory拓展成抽象工廠:
public abstract class Factory{
public abstract Sample creator();
public abstract Sample2 creator(String name);
}
public class SimpleFactory extends Factory{
public Sample creator(){
.........
return new SampleA
}
public Sample2 creator(String name){
.........
return new Sample2A
}
}
public class BombFactory extends Factory{
public Sample creator(){
......
return new SampleB
}
public Sample2 creator(String name){
......
return new Sample2B
}
}
從上面看到兩個(gè)工廠各自生產(chǎn)出一套Sample和Sample2,也許你會(huì)疑問，為什么我不可以使用兩個(gè)工廠方法來分別生產(chǎn)Sample和Sample2?
抽象工廠還有另外一個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)，是因?yàn)?SimpleFactory內(nèi)，生產(chǎn)Sample和生產(chǎn)Sample2的方法之間有一定聯(lián)系，所以才要將這兩個(gè)方法捆綁在一個(gè)類中，這個(gè)工廠類有其本身特征，也許制造過程是統(tǒng)一的，比如：制造工藝比較簡(jiǎn)單，所以名稱叫SimpleFactory。
在實(shí)際應(yīng)用中，工廠方法用得比較多一些，而且是和動(dòng)態(tài)類裝入器組合在一起應(yīng)用，
舉例
我們以Jive的ForumFactory為例，這個(gè)例子在前面的Singleton模式中我們討論過，現(xiàn)在再討論其工廠模式:
public abstract class ForumFactory {
private static Object initLock = new Object();
private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
private static ForumFactory factory = null;
public static ForumFactory getInstance(Authorization authorization) {
//If no valid authorization passed in, return null.
if (authorization == null) {
return null;
}
//以下使用了Singleton 單態(tài)模式
if (factory == null) {
synchronized(initLock) {
if (factory == null) {
......
try {
//動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)載類
Class c = Class.forName(className);
factory = (ForumFactory)c.newInstance();
}
catch (Exception e) {
return null;
}
}
}
}
//Now, 返回 proxy.用來限制授權(quán)對(duì)forum的訪問
return new ForumFactoryProxy(authorization, factory,
factory.getPermissions(authorization));
}
//真正創(chuàng)建forum的方法由繼承forumfactory的子類去完成.
public abstract Forum createForum(String name, String description)
throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException;
....
}
因?yàn)楝F(xiàn)在的Jive是通過數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存放論壇帖子等內(nèi)容數(shù)據(jù),如果希望更改為通過文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),這個(gè)工廠方法ForumFactory就提供了提供動(dòng)態(tài)接口:
private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
你可以使用自己開發(fā)的創(chuàng)建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以.
在上面的一段代碼中一共用了三種模式,除了工廠模式外,還有Singleton單態(tài)模式,以及proxy模式,proxy模式主要用來授權(quán)用戶對(duì)forum的訪問,因?yàn)樵L問forum有兩種人:一個(gè)是注冊(cè)用戶 一個(gè)是游客guest,那么那么相應(yīng)的權(quán)限就不一樣,而且這個(gè)權(quán)限是貫穿整個(gè)系統(tǒng)的,因此建立一個(gè)proxy,類似網(wǎng)關(guān)的概念,可以很好的達(dá)到這個(gè)效果.
看看Java寵物店中的CatalogDAOFactory:
public class CatalogDAOFactory {
/**
* 本方法制定一個(gè)特別的子類來實(shí)現(xiàn)DAO模式。
* 具體子類定義是在J2EE的部署描述器中。
*/
public static CatalogDAO getDAO() throws CatalogDAOSysException {
CatalogDAO catDao = null;
try {
InitialContext ic = new InitialContext();
//動(dòng)態(tài)裝入CATALOG_DAO_CLASS
//可以定義自己的CATALOG_DAO_CLASS，從而在無需變更太多代碼
//的前提下，完成系統(tǒng)的巨大變更。
String className =(String) ic.lookup(JNDINames.CATALOG_DAO_CLASS);
catDao = (CatalogDAO) Class.forName(className).newInstance();
} catch (NamingException ne) {
throw new CatalogDAOSysException("
CatalogDAOFactory.getDAO: NamingException while
getting DAO type : \n" + ne.getMessage());
} catch (Exception se) {
throw new CatalogDAOSysException("
CatalogDAOFactory.getDAO: Exception while getting
DAO type : \n" + se.getMessage());
}
return catDao;
}
}
CatalogDAOFactory是典型的工廠方法，catDao是通過動(dòng)態(tài)類裝入器className獲得CatalogDAOFactory具體實(shí)現(xiàn)子類，這個(gè)實(shí)現(xiàn)子類在Java寵物店是用來操作catalog數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的類型不同，定制自己的具體實(shí)現(xiàn)子類，將自己的子類名給與CATALOG_DAO_CLASS變量就可以。
由此可見，工廠方法確實(shí)為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了非常靈活強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展機(jī)制，只要我們更換一下具體的工廠方法，系統(tǒng)其他地方無需一點(diǎn)變換，就有可能將系統(tǒng)功能進(jìn)行改頭換面的變化。
這個(gè)應(yīng)該比較簡(jiǎn)單一點(diǎn)。
某系統(tǒng)日志記錄器要求支持多種日志記錄方式，如文件記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等，且用戶可以根據(jù)要求動(dòng)態(tài)選擇日志記錄方式?，F(xiàn)使用工廠方法模式設(shè)計(jì)該系統(tǒng),并寫出相應(yīng)Java代碼。
interface Log{
public void writeLog();
}
class FileLog implements Log{
public void writeLog(){
System.out.println("文件記錄");
}
}
class DatabaseLog implements Log{
public void writeLog(){
System.out.println("數(shù)據(jù)庫(kù)記錄");
}
}
interface LogFactory{
public Log createLog();
}
class FileLogFactory implements LogFactory{
public Log createLog(){
return new FileLog();
}
}
class DatabaseLogFactory implements LogFactory{
public Log createLog(){
return new DatabaseLog();
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args) {
try{
Log log;
LogFactory factory;
//這里可以改成使用DOM和Java反射機(jī)制讀取XML文件，獲取工廠類名
factory=new DatabaseLogFactory ();
log=factory.createLog();
log.writeLog();
}
catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
舉兩個(gè)例子以快速明白Java中的簡(jiǎn)單工廠模式：
女媧摶土造人
話說：“天地開辟，未有人民，女媧摶土為人。”女媧需要用土造出一個(gè)個(gè)的人，但在女媧造出人之前，人的概念只存在于女媧的思想里面。
女媧造人，這就是簡(jiǎn)單工廠模式的應(yīng)用。
首先，在這個(gè)造人的思想里面，有幾個(gè)重要的角色：女媧本身、抽象的人的概念和女媧所造出的一個(gè)個(gè)具體的人。
1.）女媧是一個(gè)工廠類，也就是簡(jiǎn)單工廠模式的核心角色。
2.）具休的一個(gè)個(gè)的人，包括張三，李四等。這些人便是簡(jiǎn)單工廠模式里面的具體產(chǎn)品角色
3.）抽象的人是最早只存在于女媧的頭腦里的一個(gè)想法，女媧按照這個(gè)想法造出的一個(gè)個(gè)具體的人，便都符合這個(gè)抽象的人的定義。換言之，這個(gè)抽象的想法規(guī)定了所有具體的人必須都有的接口（特征或者功能）
其UML類圖出下所示：
理解了上面的這些東西，再來理解下面的例子，對(duì)照理解，相信看完這篇文章，便對(duì)java簡(jiǎn)單工廠模式有一個(gè)很好的理解：
有一個(gè)農(nóng)場(chǎng)公司，專門向市場(chǎng)銷售各類水果，在這個(gè)系統(tǒng)里需要描述下列水果：
葡萄 Grape
草莓 Stuawberry
蘋果 Apple
水果與其他植物不同，最終可以采摘食用，那么一個(gè)自然的做法是建立一個(gè)各種水果都適用的接口，以便與其他農(nóng)場(chǎng)里的植物區(qū)分開來，
此時(shí)，則是為水果類聲明了一個(gè)接口，表現(xiàn)在代碼上：
1 public interface Fruit {
2 // 生長(zhǎng)
3 void grow();
4 // 收獲
5 void harvest();
6 // 種植
7 void plant();
8 }
9
10
水果接口規(guī)定出所有的水果必須實(shí)現(xiàn)的接口，包括任何水果類必須具備的方法plant(),grow(),和harvest();
Apple類是水果類的一種，因此它實(shí)現(xiàn)了水果接口所聲明的所有方法。另處，由于蘋果是多年生植物，因此多出一個(gè)treeAge性質(zhì)，描述蘋果的樹齡。代碼如下所示：
package fac;
public class Apple implements Fruit { // 通過implements實(shí)現(xiàn)接口Fruit
private int treeAge;
public void grow() {
log( " Apple is growing " );
}
public void harvest() {
log( " Apple has been harvested " );
}
public void plant() {
log( " Apple ha been planted " );
}
public static void log(String msg) {
System.out.println(msg);
}
public int getTreeAge() {
return treeAge;
}
public void setTreeAge( int treeAge) {
this .treeAge = treeAge;
}
}
同理，葡萄 Grape：
package fac;
public class Grape implements Fruit{
private boolean seedless;
public void grow(){
log("Grape is growing.");
}
public void harvest(){
log("Grape has been harvested");
}
public void plant(){
log("Grape ha been planted");
}
public static void log(String msg){
System.out.println(msg);
}
public boolean isSeedless() {
return seedless;
}
public void setSeedless(boolean seedless) {
this.seedless = seedless;
}
}
草莓 Stuawberry：
package fac;
public class Strawberry implements Fruit{
public void grow(){
log("Strawberry is growing");
}
public void harvest(){
log("Strawberry has been harvested");
}
public void plant(){
log("Strawberry has been planted");
}
public static void log(String msg){
System.out.println(msg);
}
}
農(nóng)場(chǎng)園丁也是系統(tǒng)的一部分，由一個(gè)類來代表，F(xiàn)ruitGardener類，代碼如下：
package fac;
public class FruitGardener{
public static Fruit factory(String which)throws Exception{
if(which.equalsIgnoreCase("apple")){
return new Apple();
}else if(which.equalsIgnoreCase("strawberry")){
return new Strawberry();
}else if (which.equalsIgnoreCase("grape")){
return new Grape();
}else{
throw new Exception("Bad fruit request");
}
}
}
這時(shí)有人來果園玩，和園丁說，給我們介紹下你的水果吧。于是園?。?/p>
package fac;
public class People {
public static void main(String[] args) throws Exception {
FruitGardener fg=new FruitGardener();
Fruit ap=fg.factory("Apple");
ap.grow();
Fruit gp=fg.factory("Grape");
gp.plant();
Fruit dd=fg.factory("ddd");//拋出Bad fruit request異常
}
}
（注：以上代碼在JDK5.0，Myeclise3.2下編譯通過）
類比兩個(gè)例子，園丁就相當(dāng)于女媧，而水果就相當(dāng)于具體的人，接口水果類就相當(dāng)于存在于類女媧思想里的人的抽象概念。
由以上兩個(gè)例子可得出，簡(jiǎn)單工廠模式需要由以下角色組成：
接口
接口的實(shí)現(xiàn)類（簡(jiǎn)單工廠模式里面的具體產(chǎn)品角色）
工廠
理解了以下兩個(gè)例子，再來看第三個(gè)例子：
注意對(duì)比以下三個(gè)實(shí)例的不同
實(shí)例1：
package org.jzkangta.factorydemo01;
//定義接口
interface Car{
public void run();
public void stop();
}
//具體實(shí)現(xiàn)類
class Benz implements Car{
public void run(){
System.out.println("Benz開始啟動(dòng)了。。。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Benz停車了。。。。。");
}
}
//具體實(shí)現(xiàn)類
class Ford implements Car{
public void run(){
System.out.println("Ford開始啟動(dòng)了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Ford停車了。。。。");
}
}
//工廠
class Factory{
public static Car getCarInstance(){
return new Ford();
}
}
public class FactoryDemo01 {
public static void main(String[] args) {
Car c=Factory.getCarInstance();
c.run();
c.stop();
}
}
實(shí)例二：
package fac;
//定義接口
interface Car{
public void run();
public void stop();
}
//具體實(shí)現(xiàn)類
class Benz implements Car{
public void run(){
System.out.println("Benz開始啟動(dòng)了。。。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Benz停車了。。。。。");
}
}
class Ford implements Car{
public void run(){
System.out.println("Ford開始啟動(dòng)了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Ford停車了。。。。");
}
}
//工廠
class Factory{
public static Car getCarInstance(String type){
Car c=null;
if("Benz".equals(type)){
c=new Benz();
}
if("Ford".equals(type)){
c=new Ford();
}
return c;
}
}
public class FactoryDemo02 {
public static void main(String[] args) {
Car c=Factory.getCarInstance("Benz");
if(c!=null){
c.run();
c.stop();
}else{
System.out.println("造不了這種汽車。。。");
}
}
}
實(shí)例三：
interface Car{
public void run();
public void stop();
}
class Benz implements Car{
public void run(){
System.out.println("Benz開始啟動(dòng)了。。。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Benz停車了。。。。。");
}
}
class Ford implements Car{
public void run(){
System.out.println("Ford開始啟動(dòng)了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Ford停車了。。。。");
}
}
class Toyota implements Car{
public void run(){
System.out.println("Toyota開始啟動(dòng)了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Toyota停車了。。。。");
}
}
class Factory{
public static Car getCarInstance(String type){
Car c=null;
try {
c=(Car)Class.forName("org.jzkangta.factorydemo03."+type).newInstance();//利用反射得到汽車類型
} catch (InstantiationException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return c;
}
}
public class FactoryDemo03 {
public static void main(String[] args) {
Car c=Factory.getCarInstance("Toyota");
if(c!=null){
c.run();
c.stop();
}else{
System.out.println("造不了這種汽車。。。");
}
}
}
對(duì)比三個(gè)實(shí)例：
實(shí)例一，雖然實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單工廠，但每次只能得到一種汽車，如果我們想換一種，就得修改工廠，太不方便，而實(shí)例二則改變了這種情況，便得我們可以按照我們的需要更換汽車，但我們所更換的汽車必須是實(shí)現(xiàn)類中有的，如果我們想要增加一種汽車的時(shí)候，我們還是得更改工廠，通過改進(jìn)，實(shí)例三利用反射機(jī)制，得到汽車類型，這樣當(dāng)我們需要增加一種新的汽車時(shí)，就無需要再修改工廠，而只需要增加要實(shí)現(xiàn)的類即可。也就是說要增加什么樣的汽車直接增加這個(gè)汽車的類即可，而無需改變工廠。從而達(dá)到了工廠分離的效果。
重慶分公司
重慶分公司
