设计模式（二 & 三）工厂模式：1-简单工厂模式

• 模拟场景：

　　需要构造一个运算器（Operation），分别负责加减乘除的运算功能。

 

• 思想：

　　这里需要构造四个 Operation，可以使用 Factory 去统一创建这四个对象。

　　所需要构造的对象是运算器（Operation），因为没有具体功能的运算器，是毫无作用的，所以可以将其定义为抽象类（Abstract Class）。

　　需要有具体意义的构造器：加法运算器（OperationAdd），减法运算器（OperationSub），乘法运算器（OperationMul），除法运算器（OperationDiv）。

　　根据工厂模式的思想，将这些构造器的创建工作，统一的管理起来，用一个工厂（OperationFactory）去创建。

 

• UML：

 　　

 

• UML 分析：

　　以上是一个简化版（只有加法和减法）的运算器工厂模式 UML 图。

　　OperationFactory 的 createOperation()  负责管理所有 Operation 的创建，根据入参（在 UML 中未标出）的不同选择不同运算器的初始化。

 

• createOperation() 方法需要什么样的入参？

　　一般推荐自定义一个枚举类型 enum，而不是使用字符串作为方法的入参。

　　使用枚举类型的优势在于，避免客户端调用时有超出预计的输入。 

 

• 代码：

public abstract class AbsOperation {

    public abstract BigDecimal calc(double a, double b);
}

public final class OperationFactory1 {

    private OperationFactory1() {

    }

    public static AbsOperation createOperation(OperatorEnum operator) {
        switch (operator) {
            case OPERATOR_ADD:
                return new OperationAdd();
            case OPERATOR_SUB:
                return new OperationSub();
            case OPERATOR_MUL:
                return new OperationMul();
            case OPERATOR_DIV:
                return new OperationDiv();
            default:
                throw new ArithmeticException("Undefined operation");
        }
    }
}

public final class OperationAdd extends AbsOperation {

    OperationAdd() {

    }

    @Override
    public BigDecimal calc(double a, double b) {
        return new BigDecimal(a).add(new BigDecimal(b));
    }
}

public enum OperatorEnum {

    OPERATOR_ADD, OPERATOR_SUB, OPERATOR_MUL, OPERATOR_DIV
}

 

• 为什么在具体的 Operation 类的构造器要加上包级别限制？

 　　一旦我们将一个类的构造过程纳入工厂的管理，那么我们就不希望在其他地方可以通过 new 的方式来创建对象，所以需要对构造器加上访问权限的控制。

 

• 有什么可以进一步优化的地方？

1. 返回类型。createOperation() 方法的返回类型是 AbsOperation，但是对于调用者来说，我是明确知道我是需要什么样的 Operation 的，例如 OperationAdd。那么如果调用方希望使用一些 OperationAdd 独有的方法，而不是 AbsOperation 的方法，那么还需要对返回类型做一次强转。
2. 对于扩展的不便。一旦我们需要更多的 Operation，想象一下需要如何修改代码？
   1. 首先，需要增加一个 Operation 类 extends AbsOperation。
   2. 其次，OperationEnum 需要增加一个枚举类型。
   3. 最后，OperationFactory 的 createOperaion 需要增加一层 switch-case 结构。 
3. 对 createOperation() 方法的扩展，不但会使代码变得更加臃肿，还违反了 OO 设计原则中的“开闭原则”，即：对扩展开放，对修改关闭。　　

 

• 可以怎么改进？ 

　　针对上面提出的 Easy Factory 的劣势，有两个解决方案：

1. 使用反射和泛型来优化工厂。
2. 使用 Factory Method，详情见：设计模式（二）工厂模式：2-工厂方法模式。

 

• 反射和泛型：

　　这个的核心思想是，调用方提供需要创建构造器的具体的 Class 对象，利用反射简化 createOperation() 方法。

public final class OperationFactory2 {

    private OperationFactory2() {

    }

    public static <T extends AbsOperation> T createOperation(Class<T> operationClass) {
        try {
            return operationClass.newInstance();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Something wrong when create " + operationClass.getName() + " instance");
        }
    }
}

 

• Operation 还有什么特点？

　　Operation 这个对象，比较特殊。

　　我们随便看一个其他的工厂，例如创建订单的工厂 OrderFactory，它创建的每一个 Order 都是有意义的。

　　而 Operation 这个东西，我们并不需要多个运算器，对于每一种运算器，它们都应该具有 Singleton 的属性。

　　这种实现 Singleton 的方式，可以参照：设计模式（一）单例模式：6-登记模式，在 Factory 中增加一个 Registry。

public final class OperationFactory3 {

    private OperationFactory3() {

    }

    private static final Map<Class<?>, AbsOperation> operMap = new HashMap<>();

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public static <T extends AbsOperation> T createOperation(Class<T> operationClass) {
        try {
            T t;
            if (operMap.containsKey(operationClass)) {
                t = (T) operMap.get(operationClass);
            } else {
                t = operationClass.newInstance();
                operMap.put(operationClass, t);
            }
            return t;
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Something wrong when create " + operationClass.getName() + " instance");
        }
    }
}

 

• 静态工厂

　　工厂提供的方法是 static 的，所以又称为静态工厂方法。

　　《Effective Java》 第1条：考虑用静态工厂方法代替构造器

 

　　静态工厂方法，相比于构造器有4个优势：

1. 有方法签名：避免了多参数构造器意义不明的情况。
2. 不必再每次调用的时候创建新的对象：在必要时可以做单例控制。
3. 可以返回原返回类型的任意子类型：增加代码的灵活性。
4. 在创建参数化类型实例的时候，使代码更加简洁：这是在 JDK1.6 之前的优势。