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工厂方法模式(详解版)

时间:12-17来源:作者:点击数:190

在现实生活中社会分工越来越细,越来越专业化。各种产品有专门的工厂生产,彻底告别了自给自足的小农经济时代,这大大缩短了产品的生产周期,提高了生产效率。同样,在软件开发中能否做到软件对象的生产和使用相分离呢?能否在满足“开闭原则”的前提下,客户随意增删或改变对软件相关对象的使用呢?这就是本节要讨论的问题。

在《简单工厂模式》一节我们介绍了简单工厂模式,提到了简单工厂模式违背了开闭原则,而“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化,其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品,即满足开闭原则。

优点:

  • 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品,无须知道产品的具体创建过程。
  • 灵活性增强,对于新产品的创建,只需多写一个相应的工厂类。
  • 典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类,无须关心其他实现类,满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。

缺点:

  • 类的个数容易过多,增加复杂度
  • 增加了系统的抽象性和理解难度
  • 抽象产品只能生产一种产品,此弊端可使用抽象工厂模式解决。

应用场景:

  • 客户只知道创建产品的工厂名,而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
  • 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成,而抽象工厂只提供创建产品的接口。
  • 客户不关心创建产品的细节,只关心产品的品牌

模式的结构与实现

工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

工厂方法模式的主要角色如下。

  1. 抽象工厂(Abstract Factory):提供了创建产品的接口,调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
  2. 具体工厂(ConcreteFactory):主要是实现抽象工厂中的抽象方法,完成具体产品的创建。
  3. 抽象产品(Product):定义了产品的规范,描述了产品的主要特性和功能。
  4. 具体产品(ConcreteProduct):实现了抽象产品角色所定义的接口,由具体工厂来创建,它同具体工厂之间一一对应。

其结构图如图 1 所示。

工厂方法模式的结构图
图1 工厂方法模式的结构图

2. 模式的实现

根据图 1 写出该模式的代码如下:

  • package FactoryMethod;
  • public class AbstractFactoryTest {
  • public static void main(String[] args) {
  • try {
  • Product a;
  • AbstractFactory af;
  • af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
  • a = af.newProduct();
  • a.show();
  • } catch (Exception e) {
  • System.out.println(e.getMessage());
  • }
  • }
  • }
  • //抽象产品:提供了产品的接口
  • interface Product {
  • public void show();
  • }
  • //具体产品1:实现抽象产品中的抽象方法
  • class ConcreteProduct1 implements Product {
  • public void show() {
  • System.out.println("具体产品1显示...");
  • }
  • }
  • //具体产品2:实现抽象产品中的抽象方法
  • class ConcreteProduct2 implements Product {
  • public void show() {
  • System.out.println("具体产品2显示...");
  • }
  • }
  • //抽象工厂:提供了厂品的生成方法
  • interface AbstractFactory {
  • public Product newProduct();
  • }
  • //具体工厂1:实现了厂品的生成方法
  • class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
  • public Product newProduct() {
  • System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
  • return new ConcreteProduct1();
  • }
  • }
  • //具体工厂2:实现了厂品的生成方法
  • class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
  • public Product newProduct() {
  • System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
  • return new ConcreteProduct2();
  • }
  • }
  • package FactoryMethod;
  • import javax.xml.parsers.*;
  • import org.w3c.dom.*;
  • import java.io.*;
  • class ReadXML1 {
  • //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名,并返回一个实例对象
  • public static Object getObject() {
  • try {
  • //创建文档对象
  • DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
  • DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
  • Document doc;
  • doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));
  • //获取包含类名的文本节点
  • NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
  • Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
  • String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
  • //System.out.println("新类名:"+cName);
  • //通过类名生成实例对象并将其返回
  • Class<?> c = Class.forName(cName);
  • Object obj = c.newInstance();
  • return obj;
  • } catch (Exception e) {
  • e.printStackTrace();
  • return null;
  • }
  • }
  • }

注意:该程序中用到了 XML 文件,如果想要获取该文件,请点击“下载”,就可以对其进行下载。程序运行结果如下:

具体工厂1生成-->具体产品1...
具体产品1显示...

如果将 XML 配置文件中的 ConcreteFactory1 改为 ConcreteFactory2,则程序运行结果如下:

具体工厂2生成-->具体产品2...
具体产品2显示...

模式的应用实例

【例1】用工厂方法模式设计畜牧场。

分析:有很多种类的畜牧场,如养马场用于养马,养牛场用于养牛,所以该实例用工厂方法模式比较适合。

对养马场和养牛场等具体工厂类,只要定义一个生成动物的方法 newAnimal() 即可。由于要显示马类和牛类等具体产品类的图像,所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabd 和 ImageIcon 等组件,并定义一个 show() 方法来显示它们。

客户端程序通过对象生成器类 ReadXML2 读取 XML 配置文件中的数据来决定养马还是养牛。其结构图如图 2 所示。 

畜牧场结构图
图2 畜牧场结构图

注意:该程序中用到了 XML 文件,并且要显示马类和牛类等具体产品类的图像,如果想要获取 HTML 文件和图片,请点击“下载”,就可以对其进行下载。

程序代码如下:

  • package FactoryMethod;
  • import java.awt.*;
  • import javax.swing.*;
  • public class AnimalFarmTest {
  • public static void main(String[] args) {
  • try {
  • Animal a;
  • AnimalFarm af;
  • af = (AnimalFarm) ReadXML2.getObject();
  • a = af.newAnimal();
  • a.show();
  • } catch (Exception e) {
  • System.out.println(e.getMessage());
  • }
  • }
  • }
  • //抽象产品:动物类
  • interface Animal {
  • public void show();
  • }
  • //具体产品:马类
  • class Horse implements Animal {
  • JScrollPane sp;
  • JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");
  • public Horse() {
  • Container contentPane = jf.getContentPane();
  • JPanel p1 = new JPanel();
  • p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
  • p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物:马"));
  • sp = new JScrollPane(p1);
  • contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
  • JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));
  • p1.add(l1);
  • jf.pack();
  • jf.setVisible(false);
  • jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //用户点击窗口关闭
  • }
  • public void show() {
  • jf.setVisible(true);
  • }
  • }
  • //具体产品:牛类
  • class Cattle implements Animal {
  • JScrollPane sp;
  • JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");
  • public Cattle() {
  • Container contentPane = jf.getContentPane();
  • JPanel p1 = new JPanel();
  • p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
  • p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物:牛"));
  • sp = new JScrollPane(p1);
  • contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
  • JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));
  • p1.add(l1);
  • jf.pack();
  • jf.setVisible(false);
  • jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //用户点击窗口关闭
  • }
  • public void show() {
  • jf.setVisible(true);
  • }
  • }
  • //抽象工厂:畜牧场
  • interface AnimalFarm {
  • public Animal newAnimal();
  • }
  • //具体工厂:养马场
  • class HorseFarm implements AnimalFarm {
  • public Animal newAnimal() {
  • System.out.println("新马出生!");
  • return new Horse();
  • }
  • }
  • //具体工厂:养牛场
  • class CattleFarm implements AnimalFarm {
  • public Animal newAnimal() {
  • System.out.println("新牛出生!");
  • return new Cattle();
  • }
  • }
  • package FactoryMethod;
  • import javax.xml.parsers.*;
  • import org.w3c.dom.*;
  • import java.io.*;
  • class ReadXML2 {
  • public static Object getObject() {
  • try {
  • DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
  • DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
  • Document doc;
  • doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config2.xml"));
  • NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
  • Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
  • String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
  • System.out.println("新类名:" + cName);
  • Class<?> c = Class.forName(cName);
  • Object obj = c.newInstance();
  • return obj;
  • } catch (Exception e) {
  • e.printStackTrace();
  • return null;
  • }
  • }
  • }

程序的运行结果如图 3 所示。 

畜牧场养殖的运行结果
图3 畜牧场养殖的运行结果

注意:当需要生成的产品不多且不会增加,一个具体工厂类就可以完成任务时,可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式。

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