工廠模式

1拓售、故事背景介紹

東漢《風(fēng)俗通》記錄了一則神話故事：“開天辟地兽肤， 未有人民折剃，女媧搏黃土做人”另假，講述的內(nèi)容就是大家非常熟悉的女媧造人的故事。開天辟地之初怕犁，大地上并沒有生物边篮，只有蒼茫大地，純粹而潔凈的自然環(huán)境奏甫，寂靜而又寂寞戈轿，于是女媧決定創(chuàng)造一個新物種 (即人類)來增加世界的繁榮，怎么制造呢阵子？
別忘了女媧是神仙思杯，沒有辦不到的事情，造人的過程是這樣的：首先款筑，女媧采集黃土捏成人的形狀智蝠，然后放到八卦爐中燒制，最后放置到大地上生長奈梳，工藝過程是沒有錯的杈湾，但是意外隨時都會發(fā)生：

• 第一次烤泥人，感覺應(yīng)該熟了攘须，往大地上一放漆撞，哇，沒烤熟于是一個白人誕生了Ｓ谥妗（這也是缺乏經(jīng)驗的最好證明）

• 第二次烤泥人浮驳，上一次沒烤熟，這次多烤一會兒捞魁，放到世間一看至会，嘿，熟過頭了谱俭，于是黑人誕生了奉件！

• 第三次烤泥人宵蛀，一邊燒制一邊察看，直到表皮微黃县貌，嘿术陶，真正好，于是黃色人種出現(xiàn)了煤痕！

  這個造人過程是比較有意思的梧宫，是不是可以通過軟件開發(fā)來實現(xiàn)這個過程呢？古人云：“三人行摆碉，必有我?guī)熝伞碧料唬诿嫦驅(qū)ο蟮乃季S中，萬物皆對象兆解，是對象我們就可以通過軟件設(shè)計來實現(xiàn)馆铁。
  首先我們對造人過程進行分析跑揉，該過程涉及三個對象：女媧锅睛、八卦爐、三種不同膚色的人历谍。女媧可以使用場景類Client（客戶现拒、使用者）來表示，八卦爐類似于一個工廠望侈，負(fù)責(zé)制造生產(chǎn)產(chǎn)品（即人類）印蔬，三種不同膚色的人，他們都是同一個接口下的不同實現(xiàn)類脱衙，都是人類侥猬，只是膚色、語言不同捐韩，對于八卦爐來說都是它生產(chǎn)出的產(chǎn)品退唠。
  分析完畢，我們就可以畫出如圖所示的類圖荤胁。

圖片.png

類圖比較簡單瞧预，AbstractHumanFactory是一個抽象類，定義了一個八卦爐具有的整體功能仅政，HumanFactory為實現(xiàn)類垢油，完成具體的任務(wù)一創(chuàng)建人類；Human接口是人類的總稱圆丹，其三個實現(xiàn)類分別為三類人種滩愁；NvWa類是一個場景類，負(fù)責(zé)模擬這個場景辫封，執(zhí)行相關(guān)的任務(wù)硝枉。我們定義的每個人種都有兩個方法: getColor (獲得人的皮膚顏色)和talk (交談)玖瘸，其源代碼如下所示。

2檀咙、代碼示例如下

2.1 人類接口

//人類總稱
public interface Human {
    //每個人種的皮膚都有相應(yīng)的顏色
    public void getColor();
    //人類會說話
    public void talk();
}

2.2 人種類別

每個人種都至少具有兩個方法雅倒，黑色人種、黃色人種弧可、白色人種的代碼分別如下蔑匣。

2.2.1 黑色人種

//黑色人種
public c1ass B1ackHuman implements Human {
    
    public void getColor() {
        System.out.print1n("黑色人種的皮膚顏色是黑色的! ") ;
    }
    
    public void talk() {
        System.out.println("黑人會說話，一般人聽不懂裁良。");
    }
}

2.2.2 黃色人種

//黃色人種
public class Ye11 owHuman implements Human {
    
    public void getColor() {
        System .out.println("黃色人種的皮膚顏色是黃色的! ");
    }
    
    public void ta1k() {
        system.out.print1n("黃色人種會說話，一般說的都是雙字節(jié)校套。");
    }
}

2.2.3 白色人種

//白色人種
public class WhiteHuman implements Human {
    
    public void getColor(){
        System.out.printin("自色人種的皮膚顏色是白色的! ");
    }
    
    public void talk() {
        System.out.printIn("白色人種會說話笛匙，一般都是但是單字節(jié)妹孙。");
    }
}

2.3 八卦爐（工廠）

所有的人種定義完畢秋柄，下一步就是定義一個八卦爐，然后燒制人類蠢正。我們想象一下骇笔，女媧最可能給八卦爐下達(dá)什么樣的生產(chǎn)命令呢？應(yīng)該是”給我生產(chǎn)出一個黃色人種( YellowHuman類 )”嚣崭，而不會是“給我生產(chǎn)一個會走笨触、會跑、會說話雹舀、皮膚是黃色的人種”芦劣，因為這樣的命令增加了交流的成本，作為一個生產(chǎn)的管理者葱跋，只要知道生產(chǎn)什么就可以了持寄，而不需要事物的具體信息。通過分析娱俺，我們發(fā)現(xiàn)八卦爐生產(chǎn)人類的方法輸人參數(shù)類型應(yīng)該是Human接口的實現(xiàn)類稍味，這也解釋了為什么類圖上的 AbstractHumanFactory 抽象類中 createHuman 方法的參數(shù)為 Class類型。其源代碼如下所示荠卷。

//抽象人類創(chuàng)建工廠
public abstract class AbstractHumanFactory {
    public abstract <T extends Human> T createHuman (Class<T> c);
}

注意模庐，我們在這里采用了泛型(Generic), 通過定義泛型對tcreateHuman的輸人參數(shù)產(chǎn)生兩層限制:

• 必須是Class類型;

• 必須是Human的實現(xiàn)類。

  其中的 “?” 表示的是油宜，只要實現(xiàn)了Human接口的類都可以作為參數(shù)掂碱，泛型是JDK 1.5中的一個非常重要的新特性怜姿，它減少了對象間的轉(zhuǎn)換，約束其輸入?yún)?shù)類型疼燥，對Collection集合下的實現(xiàn)類都可以定義泛型沧卢。有關(guān)泛型的詳細(xì)知識，請參考相關(guān)的Java語法文檔醉者。目前女媧只有一個八卦爐但狭，其實現(xiàn)生產(chǎn)人類的方法，如下所示撬即。

public class HumanFactory extends AbstractHumanFactory{
    
    public <T extends Human> T  createteHuman(Class<T> c){
        //定義一個生產(chǎn)的人種
        Human human = null;
        try {
            //產(chǎn)生一個人種
            human = (Human)Class.forName(c.gettName()).newInstance);
        } catch(Exception e){
            System.out.Println("人種生成錯誤!");
        }
        return (T)human;
    }
}

2.3.1 造人過程（客戶）

人種有了立磁，八卦爐也有了，剩下的工作就是女媧采集黃土剥槐，然后命令八卦爐開始生產(chǎn)唱歧，其過程如下所示。

public class NvWa {
    public static void main(string[] args) {
        //聲明陰陽八卦爐
        AbstractHumanFactory YinYangLu = new Humanractory(); 
        //女媧第一次道人粒竖，火候不足颅崩，于是白人產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第一批人是白色人種--");
        Human whiteHuman = yinYangLu.createHuman(WhiteHuman.class);
        whiteHuman.getColor();
        whiteHuman.ta1k();
        //女媧第二次道人，火候過足温圆，于是黑人產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第二批人是黑色人種--");
        Human blackHuman = yinYangLu.createHuman(BlackHuman.class);
        blackHuman.getColor();
        blackHuman.ta1k();
        //女媧第三次道人挨摸，火候剛好，于是黃色人種產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第三批人是黃色人種--");
        Human yelloHuman = yinYangLu.createHuman(YelloHuman.class);
        yelloHuman.getColor();
        yelloHuman.ta1k();
    }
}

但岁歉，這就結(jié)束了嗎？請接著往下看膝蜈。

2.4 八卦爐改造（簡單工廠模式）

我們這樣考慮一一個問題：一個模塊僅需要一個工廠類锅移，沒有必要把它產(chǎn)生出來，使用靜態(tài)的方法就可以了饱搏，根據(jù)這一要求非剃，我們把上例中的 AbstarctHumanFactory 修改一下，代碼如下

public class HumanFactory{
    //將工廠創(chuàng)建對象的方法設(shè)置為靜態(tài)
    public static <T extends Human> T  createteHuman(Class<T> c){
        //定義一個生產(chǎn)的人種
        Human human = null;
        try {
            //產(chǎn)生一個人種
            human = (Human)Class.forName(c.gettName()).newInstance);
        } catch(Exception e){
            System.out.Println("人種生成錯誤!");
        }
        return (T)human;
    }
}

這樣推沸，我們的女媧在使用八卦爐時就不用去創(chuàng)建八卦爐對象了备绽，可以直接使用Humanractory去創(chuàng)建人類了。

public class NvWa {
    public static void main(string[] args) {
        //女媧第一次道人鬓催，火候不足肺素，于是白人產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第一批人是白色人種--");
        Human whiteHuman = Humanractory.createHuman(WhiteHuman.class);
        whiteHuman.getColor();
        whiteHuman.ta1k();
        //女媧第二次道人，火候過足宇驾，于是黑人產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第二批人是黑色人種--");
        Human blackHuman = Humanractory.createHuman(BlackHuman.class);
        blackHuman.getColor();
        blackHuman.ta1k();
        //女媧第三次道人倍靡，火候剛好，于是黃色人種產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第三批人是黃色人種--");
        Human yelloHuman = Humanractory.createHuman(YelloHuman.class);
        yelloHuman.getColor();
        yelloHuman.ta1k();
    }
}

2.5 多幾個八卦爐（多工廠模式）

當(dāng)我們在做一個比較復(fù)雜的項目時课舍，經(jīng)常會遇到初始化一個對象很耗費精力的情況塌西，所有的產(chǎn)品類都放到一個工廠方法中進行初始化會使代碼結(jié)構(gòu)不清晰他挎。例如，一個產(chǎn)品類有5個具體實現(xiàn)捡需，每個實現(xiàn)類的初始化（不僅僅是new办桨，初始化包括new一個對象，并對對象設(shè)置一定的初始值）方法都不相同站辉，如果寫在一個工廠方法中崔挖，勢必會導(dǎo)致該方法巨大無比，那該怎么辦?
考慮到需要結(jié)構(gòu)清晰庵寞，我們就為每個產(chǎn)品定義一個創(chuàng)造者狸相，然后由調(diào)用者自己去選擇與哪個工廠方法關(guān)聯(lián)。我們還是以女媧造人為例捐川，每個人種都有一個固定的八卦爐脓鹃，分別造出黑色人種、白色人種古沥、黃色人種瘸右。

2.5.1 多工廠模式的抽象工廠類代碼

//多工廠模式的抽象工廠類
public abstract class AbstractHumanFactory{
    public abstract Human creteHuman();
}

2.5.2 各色人種的創(chuàng)建工廠如代碼所示。

//黑色人種的創(chuàng)建工廠實現(xiàn)
public class BlackHumanFactory extends AbstractHumanFactory {
    public Human createHuman() {
        return new BlackHuman();
    }
}

//黃色人種的創(chuàng)建工廠實現(xiàn)
public class Ye1lowHumanFactory extends AbstractHumanFactory {
    public Human createHuman() {
        return new Ye1loWHuman();
    }
}

//白色人種的創(chuàng)建工廠實現(xiàn)
public class YellowHumanFactory extends AbstractHumanFactory {
    public Human createHuman() {
        return new WhiteHuman();
}

2.5.3 女媧多了好多爐子

public class NvWa {
    public static void main(String[] args) {
        //女媧第一次造人岩齿，火候不足太颤，于是白色人種產(chǎn)生了
        System.out.print1n("--造出的第一批人是白色人種--");
        Human whiteHuman = (new whlteHumanractory()).createHuman();
        whiteHuman.getColor();
        whiteHuman.talk();
        //女媧第二次造人，火候過足盹沈，于是黑色人種產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第二批人是黑色人種--") ;
        Human b1ackHuman = (new BlackHumanFactory()).createHuman();
        blackHuman.getColor();
        blackHuman.talk();
        //第三次造人龄章，火候剛剛好，于是黃色人種產(chǎn)生了
        System.out.println("--造出的第三批人是黃色人種--");
        Human yellowHuman = (new YellowHumanFactory()).createRuman();
        yellowHuman.getColor();
        yellowHuman.talk();
    }
}

運行結(jié)果還是相同乞封。我們回顧一下做裙， 每一個產(chǎn)品類都對應(yīng)了一個創(chuàng)建類，好處就是創(chuàng)建類的職責(zé)清晰肃晚，而且結(jié)構(gòu)簡單锚贱，但是給可擴展性和可維護性帶來了一定的影響。為什么這么說呢关串？
如果要擴展一個產(chǎn)品類拧廊，就需要建立一個相應(yīng)的工廠類，這樣就增加了擴展的難度晋修。因為工廠類和產(chǎn)品類的數(shù)量相同吧碾，維護時需要考慮兩個對象之間的關(guān)系。
當(dāng)然飞蚓，在復(fù)雜的應(yīng)用中一般采用多工廠的方法滤港，然后再增加一個協(xié)調(diào)類，避免調(diào)用者與各個子工廠交流，協(xié)調(diào)類的作用是封裝子工廠類,對高層模塊提供統(tǒng)一的訪問接口溅漾。

3山叮、拓展工廠

3.1 替代單例模式

拋開上面的背景故事，回到單例模式添履，我們是不是可以采用工廠方法模式實現(xiàn)單例模式的功能呢屁倔？單例模式的核心要求就是在內(nèi)存中只有一個對象，通過工廠方法模式也可以只在內(nèi)存中生產(chǎn)一個對象暮胧，代碼如下所示锐借。

//單例類
public class Singleton {
    //不允許通過new產(chǎn)生一個對象
    private Singleton() {}
    public void doSomething() {
        //業(yè)務(wù)處理
    }
}

Singleton保證不能通過正常的渠道建立一個對象，那 SingletonFactory 如何建立一個單例對象呢往衷？答案是通過反射方式創(chuàng)建钞翔，如代碼清單下所示。

//負(fù)責(zé)生成單例的工廠類
pub1ic class SingletonFactory {
    private static Singleton singleton;
    static{
        try {
            Class cl = Class.forName(Singleton.class.getName());
            //獲得無參構(gòu)造
            Constructor constructor = cl.getDeclaredConstructor();
            //設(shè)置無參構(gòu)造是可訪問的
            constructor.setAccessible(true);
            //產(chǎn)生一個實例對象
            singleton = (Sing1eton) constructor.newInstance();
        } catch (Exception e) {
            //異常處理
        }
    }
    public static Singleton getSingleton() {
        return singleton;
    }
}

通過獲得類構(gòu)造器席舍，然后設(shè)置訪問權(quán)限布轿，生成一個對象，然后提供外部訪問来颤，保證內(nèi)存中的對象唯一汰扭。當(dāng)然，其他類也可以通過反射的方式建立一個單例對象福铅，確實如此萝毛，但是一個項目或團隊是有章程和規(guī)范的，何況已經(jīng)提供了一個獲得單例對象的方法滑黔，為什么還要重新創(chuàng)建一個新對象呢笆包？除非是有人作惡。
以上通過工廠方法模式創(chuàng)建了一個單例對象拷沸，該框架可以繼續(xù)擴展色查，在一個項目中可以產(chǎn)生一個單例構(gòu)造器，所有需要產(chǎn)生單例的類都遵循一定的規(guī)則(構(gòu)造方法是private)撞芍，然后通過擴展該框架，只要輸入一個類型就可以獲得唯一的一個實例跨扮。

3.2 延遲加載的工廠類

//延遲加載的工廠類
public class ProductFactory{
    //創(chuàng)建一個map對象用來存放各種對象
    private static final Map<String, Product> prMap = new HashMap();
    //創(chuàng)建對象
    public static synchronized Product createProduct(String type) throws Exception{
            //首先定義對象為空
            Product product =nu11 ;
            //如果Map中已經(jīng)有這個對象
            if(prMap.containsKey(type)) {
                //從Map中獲取在這個對象并返回
                product = prMap.get(type);
            }else{
                //如果Map中不存在這個對象序无，則匹配輸入類型，判斷創(chuàng)建什么對象
                if(type.equa1s("Product1")) {
                product = new ConcreteProduct1();
            }else{
                product = new ConcreteProduct2();
                //同時把對象放到緩存容器中
                prMap.put(type,product);
            }
            //返回所需要的對象   
            return product;
        }
}

代碼還比較簡單衡创，通過定義一個Map容器帝嗡，容納所有產(chǎn)生的對象，如果在Map容器中已經(jīng)有的對象璃氢，則直接取出返回哟玷；如果沒有，則根據(jù)需要的類型產(chǎn)生一個對象并放入到Map容器中,以防便下次調(diào)用。延遲加載框架是可以擴展的巢寡，例如限制某一個產(chǎn) 品類的最大實例化數(shù)量喉脖，可以通過判斷Map中已有的對象數(shù)量來實現(xiàn)，這樣的處理是非常有意義的抑月，例如 JDBC 連接數(shù)據(jù)庫树叽，都會要求設(shè)置一個 MaxConnections 最大連接數(shù)量，該數(shù)量就是內(nèi)存中最大實例化的數(shù)量谦絮。延遲加載還可以用在對象初始化比較復(fù)雜的情況下题诵，例如硬件訪問，涉及多方面的交互层皱，則可以通過延遲加載降低對象的產(chǎn)生和銷毀帶來的復(fù)雜性性锭。