设计模式之 Factory

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小牛编辑

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2023-12-01

定义：提供创建对象的接口

为何使用？

工厂模式是我们最常用的模式了，着名的 Jive 论坛，就大量使用了工厂模式，工厂模式在 Java 程序系统可以说是随处可见。

为什么工厂模式是如此常用？因为工厂模式就相当于创建实例对象的new，我们经常要根据类Class生成实例对象，如 A a = new A() 工厂模式也是用来创建实例对象的，所以以后 new 时就要多个心眼，是否可以考虑实用工厂模式，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。

我们以类 Sample 为例，如果我们要创建 Sample 的实例对象：

Sample sample=new Sample();

可是，实际情况是，通常我们都要在创建sample实例时做点初始化的工作,比如赋值查询数据库等。

首先，我们想到的是，可以使用Sample的构造函数，这样生成实例就写成:

Sample sample=new Sample(参数);

但是，如果创建sample实例时所做的初始化工作不是象赋值这样简单的事，可能是很长一段代码，如果也写入构造函数中，那你的代码很难看了（就需要Refactor重整）。

为什么说代码很难看，初学者可能没有这种感觉，我们分析如下，初始化工作如果是很长一段代码，说明要做的工作很多，将很多工作装入一个方法中，相当于将很多鸡蛋放在一个篮子里，是很危险的，这也是有背于Java面向对象的原则，面向对象的封装(Encapsulation)和分派(Delegation)告诉我们，尽量将长的代码分派“切割”成每段，将每段再“封装”起来(减少段和段之间偶合联系性)，这样，就会将风险分散，以后如果需要修改，只要更改每段，不会再发生牵一动百的事情。

在本例中，首先，我们需要将创建实例的工作与使用实例的工作分开, 也就是说，让创建实例所需要的大量初始化工作从Sample的构造函数中分离出去。

这时我们就需要Factory工厂模式来生成对象了，不能再用上面简单new Sample(参数)。还有,如果Sample有个继承如MySample,
按照面向接口编程,我们需要将Sample抽象成一个接口.现在Sample是接口,有两个子类MySample 和HisSample .我们要实例化他们时,如下:

Sample mysample=new MySample();
Sample hissample=new HisSample();

随着项目的深入,Sample可能还会"生出很多儿子出来", 那么我们要对这些儿子一个个实例化,更糟糕的是,可能还要对以前的代码进行修改:加入后来生出儿子的实例.这在传统程序中是无法避免的.

但如果你一开始就有意识使用了工厂模式,这些麻烦就没有了.

工厂方法

你会建立一个专门生产 Sample 实例的工厂：

public class Factory {
  public static Sample creator(int which) {
    // getClass 产生Sample 一般可使用动态类装载装入类。
    if (which == 1)
      return new SampleA();
    else if (which == 2)
      return new SampleB();
  }
}

那么在你的程序中,如果要实例化 Sample 时就使用

Sample sampleA=Factory.creator(1);

这样,在整个就不涉及到Sample的具体子类,达到封装效果,也就减少错误修改的机会,这个原理可以用很通俗的话来比喻:就是具体事情做得越多,越容易范错误.这每个做过具体工作的人都深有体会,相反,官做得越高,说出的话越抽象越笼统,范错误可能性就越少.好象我们从编程序中也能悟出人生道理?呵呵.

使用工厂方法要注意几个角色，首先你要定义产品接口，如上面的Sample,产品接口下有Sample接口的实现类,如SampleA,其次要有一个factory类，用来生成产品 Sample。

进一步稍微复杂一点，就是在工厂类上进行拓展，工厂类也有继承它的实现类concreteFactory了。

抽象工厂

工厂模式中有: 工厂方法(Factory Method) 抽象工厂(Abstract Factory).

这两个模式区别在于需要创建对象的复杂程度上。如果我们创建对象的方法变得复杂了,如上面工厂方法中是创建一个对象Sample,如果我们还有新的产品接口Sample2.

这里假设：Sample有两个concrete类SampleA和SamleB，而Sample2也有两个concrete类Sample2A和SampleB2

那么，我们就将上例中Factory变成抽象类,将共同部分封装在抽象类中,不同部分使用子类实现，下面就是将上例中的Factory拓展成抽象工厂:

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
  }
}

从上面看到两个工厂各自生产出一套Sample和Sample2,也许你会疑问，为什么我不可以使用两个工厂方法来分别生产Sample和Sample2?

抽象工厂还有另外一个关键要点，是因为 SimpleFactory内，生产Sample和生产Sample2的方法之间有一定联系，所以才要将这两个方法捆绑在一个类中，这个工厂类有其本身特征，也许制造过程是统一的，比如：制造工艺比较简单，所以名称叫SimpleFactory。

在实际应用中，工厂方法用得比较多一些，而且是和动态类装入器组合在一起应用，

举例

我们以 Jive 的 ForumFactory 为例，这个例子在前面的 Singleton 模式中我们讨论过，现在再讨论其工厂模式：

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 单态模式
    if (factory == null) {
      synchronized (initLock) {
        if (factory == null) {
          try {
            // 动态转载类
            Class c = Class.forName(className);
            factory = (ForumFactory) c.newInstance();
          } catch (Exception e) {
            return null;
          }
        }
      }
    }
    // Now, 返回 proxy.用来限制授权对forum的访问
    return new ForumFactoryProxy(authorization, factory,
        factory.getPermissions(authorization));
  }
  // 真正创建forum的方法由继承forumfactory的子类去完成.
  public abstract Forum createForum(String name, String description)
      throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException;
}

因为现在的Jive是通过数据库系统存放论坛帖子等内容数据,如果希望更改为通过文件系统实现,这个工厂方法ForumFactory就提供了提供动态接口:

private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";

你可以使用自己开发的创建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以.

在上面的一段代码中一共用了三种模式,除了工厂模式外,还有Singleton单态模式,以及proxy模式,proxy模式主要用来授权用户对forum的访问,因为访问forum有两种人:一个是注册用户
一个是游客guest,那么那么相应的权限就不一样,而且这个权限是贯穿整个系统的,因此建立一个proxy,类似网关的概念,可以很好的达到这个效果.

看看 Java 宠物店中的 CatalogDAOFactory：

public class CatalogDAOFactory {
  /**
   * 本方法制定一个特别的子类来实现DAO模式。
   * 具体子类定义是在J2EE的部署描述器中。
   */
  public static CatalogDAO getDAO() throws CatalogDAOSysException {
    CatalogDAO catDao = null;
    try {
      InitialContext ic = new InitialContext();
      // 动态装入CATALOG_DAO_CLASS
      // 可以定义自己的CATALOG_DAO_CLASS，从而在无需变更太多代码
      // 的前提下，完成系统的巨大变更。
      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 是典型的工厂方法，catDao 是通过动态类装入器 className 获得 CatalogDAOFactory 具体实现子类，这个实现子类在 Java 宠物店是用来操作 catalog 数据库，用户可以根据数据库的类型不同，定制自己的具体实现子类，将自己的子类名给与 CATALOG_DAO_CLASS 变量就可以。

由此可见，工厂方法确实为系统结构提供了非常灵活强大的动态扩展机制，只要我们更换一下具体的工厂方法，系统其他地方无需一点变换，就有可能将系统功能进行改头换面的变化。