设计模式 —— 工厂模式(简单工厂、工厂方法、抽象工厂)

目录

一、简单工厂模式

1.1 使用传统的方式来完成

1.2 传统的方式的优缺点

二、简单工厂

2.1 简单工厂基本介绍

2.2 使用简单工厂模式

三、工厂方法模式

3.1 工厂方法模式介绍

3.2 工厂方法模式应用案例

四、抽象工厂模式

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4.1 抽象工厂基本介绍

4.2 抽象工厂模式应用实例

五、工厂模式在 JDK-Calendar 应用的源码分析

六、工厂模式小结


一、简单工厂模式

看一个披萨的项目:要便于披萨种类的扩展,要便于维护

  1. 披萨的种类很多(比如 GreekPizz、CheesePizz 等)
  2. 披萨的制作有 prepare,bake, cut, box
  3. 完成披萨店订购功能。

1.1 使用传统的方式来完成

思路分析(类图)

编写 OrderPizza.java 去订购需要的各种 Pizza,传统方式代码如下:

public class OrderPizza {
    // 构造器
	public OrderPizza() {
	    Pizza pizza = null;
	    String orderType; //  订购披萨的类型
	    do {
	        orderType = getType();
	        
	        if (orderType.equals("greek")) {
                pizza = new GreekPizza();
                pizza.setName(" 希腊披萨 ");
            } else if (orderType.equals("cheese")) {
                pizza = new CheesePizza();
                pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
            } else if (orderType.equals("pepper")) {
                pizza = new PepperPizza();
                pizza.setName("胡椒披萨");
            } else {
                break;
            }
            //输出 pizza 制作过程
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
	    } while (true);
	}

	public String getType() {
	    return "";
    }
}

abstract class Pizza{
    public void setName(String name){}
    public void prepare(){}
    public void bake() {}
    public void cut() {}
    public void box() {}
}

class GreekPizza extends Pizza{

}

class CheesePizza extends Pizza {

}

class PepperPizza extends Pizza {

}

1.2 传统的方式的优缺点

  1. 优点是比较好理解,简单易操作。
  2. 缺点是违反了设计模式的 ocp 原则,即对扩展开放,对修改关闭。即当我们给类增加新功能的时候,尽量不修改代码,或者尽可能少修改代码.
  3. 比如我们这时要新增加一个 Pizza 的种类(Pepper 披萨),我们需要做如下修改. 如果我们增加一个 Pizza 类,只要是订购 Pizza 的代码都需要修改.

改进的思路分析

  • 分析:修改代码可以接受,但是如果我们在其它的地方也有创建 Pizza 的代码,就意味着,也需要修改,而创建 Pizza 的代码,往往有多处。
  • 思路:把创建 Pizza 对象封装到一个类中,这样我们有新的 Pizza 种类时,只需要修改该类就可,其它有创建到 Pizza 对象的代码就不需要修改了  ->  简单工厂模式

二、简单工厂

2.1 简单工厂基本介绍

  1. 简单工厂模式是属于创建型模式,是工厂模式的一种。简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式
  2. 简单工厂模式:定义了一个创建对象的类,由这个类来封装实例化对象的行为(代码)
  3. 在软件开发中,当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时,就会使用到工厂模式

2.2 使用简单工厂模式

简单工厂模式的设计方案: 定义一个可以实例化 Pizaa 对象的类,封装创建对象的代码。

示例代码:

// 简单工厂类
public class SimpleFactory {
    // 简单工厂模式 也叫 静态工厂模式
    public static Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null;

        System.out.println("使用简单工厂模式");
        if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName(" 希腊披萨 ");
        } else if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new PepperPizza();
            pizza.setName("胡椒披萨");
        }

        return pizza;
    }
}
public class OrderPizza {
    //定义一个简单工厂对象
    SimpleFactory simpleFactory;
	Pizza pizza = null;

    //构造器
    public OrderPizza(SimpleFactory simpleFactory) {
	    setFactory(simpleFactory);
    }

    public void setFactory(SimpleFactory simpleFactory) {
        String orderType = ""; //用户输入的
        this.simpleFactory = simpleFactory; //设置简单工厂对象
        do {
            orderType = getType();
            pizza = this.simpleFactory.createPizza(orderType);

            //输出 pizza
            if (pizza != null) { //订购成功
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            } else {
                System.out.println(" 订购披萨失败 ");
                break;
            }
        } while (true);
    }

    // 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strIn.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); return "";
        }
    }
}

三、工厂方法模式

  • 看一个新的需求

披萨项目新的需求:客户在点披萨时,可以点不同口味的披萨,比如 北京的奶酪 pizza、北京的胡椒pizza 或者是伦敦的奶酪 pizza、伦敦的胡椒 pizza。

  • 思路 1

使用简单工厂模式,创建不同的简单工厂类,比如 BJPizzaSimpleFactory、LDPizzaSimpleFactory 等等.从当前这个案例来说,也是可以的,但是考虑到项目的规模,以及软件的可维护性、可扩展性并不是特别好

  • 思路 2

使用工厂方法模式


3.1 工厂方法模式介绍

  1. 工厂方法模式设计方案:将披萨项目的实例化功能抽象成抽象方法,在不同的口味点餐子类中具体实现。
  2. 工厂方法模式:定义了一个创建对象的抽象方法,由子类决定要实例化的类。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类。

3.2 工厂方法模式应用案例

披萨项目新的需求:客户在点披萨时,可以点不同口味的披萨,比如 北京的奶酪 pizza、北京的胡椒pizza 或者是伦敦的奶酪 pizza、伦敦的胡椒 pizza

思路分析图解

代码实现

public class BJCheesePizza extends Pizza {
    
}
public class BJPepperPizza extends Pizza {

}
public class LDCheesePizza extends Pizza {

}
public class LDPepperPizza extends Pizza {
    
}
public abstract class AbstractOrderPizza {
    //定义一个抽象方法,createPizza ,  让各个工厂子类自己实现
    abstract Pizza createPizza(String orderType);

    // 构造器
    public AbstractOrderPizza() { Pizza pizza = null;
        String orderType; //  订购披萨的类型
        do {
            orderType = getType();
            pizza = createPizza(orderType); //抽象方法,由工厂子类完成
            //输出 pizza 制作过程
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();

        } while (true);
    }


    // 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strIn.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); return "";
        }
    }
}
public class BJOrderPizza extends AbstractOrderPizza {
    @Override
    Pizza createPizza(String orderType) {

        Pizza pizza = null;
        if(orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}
public class LDOrderPizza extends AbstractOrderPizza {
    @Override
    Pizza createPizza(String orderType) {
        Pizza pizza = null; if(orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new LDCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new LDPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

四、抽象工厂模式

4.1 抽象工厂基本介绍

  1. 抽象工厂模式:定义了一个 interface 用于创建相关或有依赖关系的对象簇,而无需指明具体的类
  2. 抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合。
  3. 从设计层面看,抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)。
  4. 将工厂抽象成两层,AbsFactory(抽象工厂和 具体实现的工厂子类。程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇,更利于代码的维护和扩展。

类图

4.2 抽象工厂模式应用实例

使用抽象工厂模式来完成披萨项目.

//一个抽象工厂模式的抽象层(接口)
public interface AbsFactory {
    //让下面的工厂子类来 具体实现
    public Pizza createPizza(String orderType);
}
//这是工厂子类
public class BJFactory implements AbsFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        System.out.println("~使用的是抽象工厂模式~");
        Pizza pizza = null;
        if(orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")){
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}
public class LDFactory implements AbsFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        System.out.println("~使用的是抽象工厂模式~");
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new LDCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new LDPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}
public class OrderPizza {
    AbsFactory factory;

    // 构造器
    public OrderPizza(AbsFactory factory) {
        setFactory(factory);
    }

    private void setFactory(AbsFactory factory) {
        Pizza pizza = null;
        String orderType = ""; //  用户输入
        this.factory = factory; do {
            orderType = getType();
            // factory  可能是北京的工厂子类,也可能是伦敦的工厂子类
            pizza = factory.createPizza(orderType);
            if (pizza != null) { // 订 购 ok
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            } else {
                System.out.println("订购失败");
                break;
            }
        } while (true);
    }

    // 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strIn = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strIn.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace(); return "";
        }
    }
}

五、工厂模式在 JDK-Calendar 应用的源码分析

  • JDK 中的 Calendar 类中,就使用了简单工厂模式
  • 源码分析+Debug 源码+说明
import java.util.Calendar;

public class Factory {
    public static void main(String[] args) {
        // getInstance 是 Calendar 静态方法
        Calendar cal = Calendar.getInstance();
        // 注意月份下标从 0 开始,所以取月份要+1
        System.out.println("年:" + cal.get(Calendar.YEAR));
        System.out.println(" 月 :" + (cal.get(Calendar.MONTH) + 1)); 
        System.out.println("日:" + cal.get(Calendar.DAY_OF_MONTH));
        System.out.println("时:" + cal.get(Calendar.HOUR_OF_DAY));
        System.out.println("分:" + cal.get(Calendar.MINUTE));
        System.out.println("秒:" + cal.get(Calendar.SECOND));
    }
}

在Calendar.java 中:

    public static Calendar getInstance()
    {
        return createCalendar(TimeZone.getDefault(), Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
    }
    private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
                                           Locale aLocale)
    {
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }

        Calendar cal = null;

        if (aLocale.hasExtensions()) {
            String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
            if (caltype != null) {
                switch (caltype) {
                case "buddhist":
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "japanese":
                    cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "gregory":
                    cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                }
            }
        }
        if (cal == null) {
            // If no known calendar type is explicitly specified,
            // perform the traditional way to create a Calendar:
            // create a BuddhistCalendar for th_TH locale,
            // a JapaneseImperialCalendar for ja_JP_JP locale, or
            // a GregorianCalendar for any other locales.
            // NOTE: The language, country and variant strings are interned.
            if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
            } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
                       && aLocale.getCountry() == "JP") {
                cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
            } else {
                cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
            }
        }
        return cal;
    }

六、工厂模式小结

  1. 工厂模式的意义: 将实例化对象的代码提取出来,放到一个类中统一管理和维护,达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。
  2. 三种工厂模式 (简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)
  3. 设计模式的依赖抽象原则

使用建议:

  • 创建对象实例时,不要直接 new 类, 而是把这个 new 类的动作放在一个工厂的方法中,并返回。有的书上说, 变量不要直接持有具体类的引用。
  • 不要让类继承具体类,而是继承抽象类或者是实现 interface(接口)
  • 不要覆盖基类中已经实现的方法。

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