設計模式之工廠模式

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工廠模式 一：簡單工廠模式 1. 問題的引出 我們打算做一個製作pizza的系統，從訂購到出貨，初始代碼如下： 客戶端通過調用pizza類的orderPizza方法來創建pizza，根據type的不同來獲取不同種類的pizza，然而以上的設計存在著很多問題： 1. Pizza類中存在大量的if el ...


工廠模式

一：簡單工廠模式

1. 問題的引出

我們打算做一個製作pizza的系統，從訂購到出貨，初始代碼如下：

public class Pizza{
    Pizza orderPizza(String type){
        Pizza pizza;
        // 會引起代碼變化的部分
        if(type.equals("cheese")){
            pizza =new CheesePizza();
        }else if (type.equals("greek")){
            pizza=new GreekPizza();
        }else if(type.equals("pepperoni")){
            pizza=new pepperoniPizza();
        }
     //不需要改變的部分代碼  這是對pizza的一系列處理
     pizza.prepare();
     pizza.bake();
     pizza.cut();
     pizza.box();
     return pizza;
    }
}

客戶端通過調用pizza類的orderPizza方法來創建pizza，根據type的不同來獲取不同種類的pizza，然而以上的設計存在著很多問題：

  1. Pizza類中存在大量的if-else,使得整個類的代碼冗長，既不容易測試又很影響性能 ，程式運行中需要做大量的條件判斷。
  2. 當需要增加新的pizza的時候，必須修改Pizza類的源代碼，違反了開閉原則。
  3. 客戶端只能通過new關鍵字來創建對象，使得Pizza類和客戶端耦合度很高，違反了迪米特法則。

因此我們引出了簡單工廠模式,此模式能在一定程度上解決這個問題。

2. 簡單工廠模式概述

簡單工廠模式不屬於GoF23個經典設計模式，但它是學習工廠模式的基礎，其思想：首先將需要創建的各種對象（各種風味pizza）封裝到不同對象中，這些類稱為具體產品類，將公共部分提取到抽象產品類，然後提供一個工廠類用於創建各種產品，在工廠類中提供創建產品的工廠方法，根據參數獲取不同的產品對象。

其定義如下：

簡單工廠模式(Simple Factory Pattern)：定義一個工廠類，它可以根據參數的不同返回不同類的實例，被創建的實例通常都具有共同的父類。因為在簡單工廠模式中用於創建實例的方法是靜態(static)方法，因此簡單工廠模式又被稱為靜態工廠方法(Static Factory Method)模式，它屬於類創建型模式。

3. 簡單工廠模式結構圖

1544530905164

4. 簡單工廠模式角色

  • Factory(工廠角色)：即工廠類，負責創建所有產品實例的內部邏輯，其中提供了靜態的工廠方法factoryMethod(),外界直接調用此方法來返回抽象產品類型。
  • Product(抽象產品角色)：工廠類所創建的所有對象的基類，也是工廠類返回類型，符合依賴倒轉原則以及開閉原則，封裝了各種產品對象的公共方法。
  • ProductA(具體產品角色)：由簡單工廠創建得到，每個具體產品都繼承或實現了抽象產品角色

在簡單工廠模式中

5.簡單工廠模式解決上述問題

抽象產品角色：

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

具體產品A：

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

具體產品B：

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

工廠角色：

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;
    }
}

客戶端：

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

6：簡單工廠模式總結

優點：

  • 簡單工廠模式使得對象的創建和使用分離開來。
  • 簡單工廠模式將創建對象的複雜邏輯封裝起來。
  • 使用者只需要傳入參數即可獲得對應的產品。

缺點：

  • 違背開閉原則，一旦假如了新的產品就必須要更改工廠創建產品的邏輯。
  • 工廠類集中所有產品的創建過程，一旦類不能正常工作，將引起整個系統的故障。

二：工廠方法模式

1.問題的引出

簡單工廠模式雖然解決了產品對象的創建問題，但是仍然存在很大的設計問題:當添加新的產品時候，必須通過修改客戶端傳過去的類型參數，其次還需要修改工廠中的if-else邏輯，顯然違反了開閉原則，此外簡單工廠模式所有的產品都是同一個工廠所創，工廠類職責很重，違反了單一職責原則，因此將引出第二種工廠模式->工廠方法模式。

2.工廠方法模式概述

不再提供一個統一的工廠類來創建所有的產品對象，而是針對不同的產品提供不同的工廠，系統提供一個與產品等級結構對應的工廠等級結構，工廠方法模式定義如下：

工廠方法模式(Factory Method Pattern)：定義一個用於創建對象的介面，讓子類決定將哪一個類實例化。工廠方法模式讓一個類的實例化延遲到其子類。工廠方法模式又簡稱為工廠模式(Factory Pattern)，又可稱作虛擬構造器模式(Virtual Constructor Pattern)或多態工廠模式(Polymorphic Factory Pattern)。工廠方法模式是一種類創建型模式。

3.工廠方法模式結構圖

1544576133498

4.工廠方法模式角色

  • Product(抽象產品角色)：用來定義產品的介面，是產品對象的基類。
  • ProductB(具體產品)：實現了抽象產品介面
  • Factory(抽象工廠)：聲明瞭工廠方法，用於返回一個產品，抽象工廠是工廠方法模式的核心，所有的工廠類都必須實現此方法。
  • ProductAFactory(具體工廠):是抽象工廠子類，實現抽象工廠方法，返回具體的產品實例

5.工廠方法模式解決上述問題

結構如圖：

1544622708998

代碼如下：

抽象產品角色：

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

具體產品角色：

public class PizzaA implements Pizza {

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("pizzaA開始準備");
    }

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

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

    @Override
    public void box() {
        System.out.println("pizzaA開始裝盒");
    }
}
public class PizzaB implements Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("pizzaB開始準備");
    }

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

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

    @Override
    public void box() {
        System.out.println("pizzaB開始裝盒");
    }
}

抽象工廠：

public interface PizzaFactory {
    Pizza createPizza();
}

具體工廠角色:

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

客戶端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 針對抽象編程 PizzaAFactory可根據DI（依賴註入）進去
        // 整個客戶端就不需要對修改變化，全部是針對抽象編程
        PizzaFactory factory = new PizzaAFactory();
        Pizza pizza  = factory.createPizza();
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
    }
}

6.工廠方法模式總結

優點：

  • 對客戶端隱藏了具體產品的創建細節，無需知道傳入什麼參數進去。
  • 假如新產品時候，不需要更改客戶端以及抽象產品角色以及抽象工廠角色，只需要添加新的工廠類以及具體產品即可，完全符合開閉原則。

缺點：

  • 如果產品的個數種類很多，那麼必然會出現大量的具體工廠類，增加了系統的複雜度，會給系統帶來額外的開銷。

三：抽象工廠模式

1.問題的引出

工廠方法通過引入工廠等級結構，解決簡單工廠職責過重（所有的產品都在一個工廠里產生）的問題，但是工廠方法會額外產生大量的工廠類，ProductA、ProductB、ProductC........,會給系統帶來很大的開銷，因此我們可以將相同類型的產品組成產品族，由同一個工廠生產，即抽象工廠模式的核心。

2.抽象工廠模式概述

抽象工廠模式為創建一組對象提供瞭解決方案，與工廠方法模式相比，抽象工廠模式中的工廠負責創建一組，其定義如下：

抽象工廠模式(Abstract Factory Pattern)：提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的介面，而無須指定它們具體的類。抽象工廠模式又稱為Kit模式，它是一種對象創建型模式。

3.抽象工廠結構圖

1544713199952

  • AbstractFactory(抽象工廠)：聲明瞭一族產品的方法，每個方法對應一種產品。
  • Factory1（具體工廠）：，實現了抽象工廠中的方法，生成一組具體產品，這些產品構成了產品族，某個產品都位於某個產品等級中。
  • AbstractProductA:不同產品實現或繼承不同的產品介面。
  • ProductA:具體產品，實現抽象產品中的方法。

4.抽象工廠模式實例

場景如下：為了保證客戶的實用安全，確保原料一致，所以需要一個工廠來生產原料，即此工廠負責原料家族中的每種原料，即工廠需要生產麵團、醬料、芝士等，但是不同區域的風味不一致，抽象工廠模式設計如下圖：

1544777612430

代碼如下：

AbstractFactory(抽象工廠角色)：

//原料生產工廠 每個區域的原料工廠都需要實現此介面
public abstract class PizzaIngredientFactory {
    //每個原料都有一個對應的方法創建該原料
    // 生產麵團
    abstract Dough createDough();
    // 生產醬
    abstract Sauce createSauce();
}

具體工廠：紐約原料加工廠

// 紐約原料工廠
public class NYPizzaIngredientFactory extends PizzaIngredientFactory {
    @Override
    Dough createDough() {
        return new DoughA();
    }

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

具體工廠：中國原料加工廠

// 中國原料工廠
public class ChinaIngredientFactory extends PizzaIngredientFactory {
    @Override
    Dough createDough() {
        return new DoughB();
    }

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

抽象產品角色：麵團

// 麵團
public interface  Dough {
}

抽象產品角色：醬料

// 醬料
public  interface Sauce {
}

具體產品角色：麵團A

public class DoughA implements Dough{
}

具體產品角色：麵團B

public class DoughB implements Dough{
}

具體產品角色：醬料A

public class SauceA implements Sauce {
}

具體產品角色：醬料B

public class SauceB implements Sauce {
}

5.抽象工廠方法總結

我們可以發現要是在增加新的產品族很方便，只需要擴展新的具體工廠，但是要擴展產品的等級結構（在抽象工廠中加入新的原料），會發現完全違背開閉原則，修改量巨大，抽象工廠的產品等級結構以工廠方法模式形式呈現，同樣的產品族也是以工廠方法模式形式呈現，而產品族依賴產品等級結構，也就是說一旦產品等級結構是穩定不變的，那麼整個抽象工廠就是很穩定的。

優點：

  • 增加新的產品族很方便，完全符合對修改關閉
  • 我們要替換整個產品線的話是非常容易的，只需要修改對應的具體工廠即可。

缺點：

  • 增加新的產品等級結構需要修改大量的代碼，完全違背開閉原則。

四：簡單工廠VS工廠方法 && 工廠方法模式VS抽象工廠模式

先來回顧一下這三者的結構圖：

簡單工廠模式：



工廠方法模式：



抽象工廠模式：


簡單工廠模式VS工廠方法模式

  • 簡單工廠模式把所有產品都放在一個工廠里生產。
  • 簡單工廠違背開閉原則。
  • 工廠方法模式將產品的具體實現推遲到子類中，且針對每個產品都有對應的實現。
  • 工廠方法模式符合開閉原則。

工廠方法模式VS抽象工廠模式

  • 抽象工廠在產品族上符合開閉原則，但是在產品等級結構上違背開閉原則。
  • 抽象工廠將一系類的產品組合起來，很明顯符合組合復用原則。
  • 抽象工廠可以看做是工廠方法的變形。相對於產品族來說，是工廠方法模式，相對於產品等級結構來說，也是工廠方法模式。

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