设计模式之创建类模式——工厂方法模式
工厂方法模式使用的频率非常高，在我们日常的开发中总能见到它的身影。
定义：
定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。
通用类图：
通用源码：
/**
* 抽象产品类
* @author Administrator
*
*/
public abstract class Product {
// 产品类的公共方法
public void method1() {
// 业务处理逻辑
}
// 抽象方法
public abstract void method2();
}
/**
* 具体产品类1
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteProduct1 extends Product {
@Override
public void method2() {
// 业务逻辑处理
}
}
/**
* 具体产品类2
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteProduct2 extends Product {
@Override
public void method2() {
// 业务逻辑处理
}
}
/**
* 抽象工厂类
* @author Administrator
*
*/
public abstract class Creator {
/**
* 创建一个产品对象，其输入参数类型可以自行设置
* 通常为String、Enum、Class等，当然也可以为空
* @param <T>
* @param c
* @return
*/
public abstract <T extends Product> T createProduct(Class<T> c);
}
/**
* 具体工厂类
*
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteCreator extends Creator {
@Override
public <T extends Product> T createProduct(Class<T> c) {
Product product = null;
try {
product = (Product) Class.forName(c.getName()).newInstance();
} catch (InstantiationException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return (T) product;
}
}
/**
* 场景类
*
* @author Administrator
*
*/
public class Client {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
Creator creator = new ConcreteCreator();
Product product = creator.createProduct(ConcreteProduct1.class);
/*
* 继续业务处理
*/
product.method1();
}
}
工厂方法模式的优点：
- 良好的封装性，代码结构清晰。一个对象创建是有条件约束的，如一个调用者需要一个具体的产品对象，只要知道这个产品的类名（或约束字符串）就可以了，不用知道创建对象的艰辛过程，降低模块间的耦合。
- 工厂方法模式的扩展性非常优秀。在增加产品类的情况下，只要适当地修改具体的工厂类或扩展一个工厂类，就可以完成“拥抱变化”。
- 屏蔽产品类。这一点非常重要，产品类的实现如何变化，调用者都不需要关系，它只需要关心产品的接口，只要接口保持不变，系统中的上层模块就不要发生变化。因为产品类的实例化工作是由工厂类负责的，一个产品对象具体由哪一个产品生成是由工厂类决定的。
- 工厂方法模式是典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，其他的实现类都不用关心，符合迪米特法则，我不需要的就不要去交流；也符合依赖倒置原则，只依赖产品类的抽象；当然也符合里氏替换原则，使用产品子类替换父类也没问题。
工厂方法模式的使用场景：
- 工厂方法模式是new一个对象的替代品，所以在所有需要生成对象的地方都可以使用，到那时需要慎重考虑是否要增加一个工厂类进行管理，增加代码的复杂度。
- 需要灵活的、可扩展的框架时，可以考虑采用工厂方法模式。
- 工厂方法模式可以用在异构项目中。
- 可以使用在测试驱动开发的框架下。
工厂方法模式的扩展：
- 缩小为简单工厂模式
简单工厂模式（Simple Factory Pattern），也叫做静态工厂模式。在实际项目中，采用该方法的案例还是比较多的，其缺点是工厂类的扩展比较困难，不符合开闭原则，但它仍然是一个非常实用的设计模式。
类图：
通用代码：
/**
* 抽象产品类
* @author Administrator
*
*/
public abstract class Product {
// 产品类的公共方法
public void method1() {
// 业务处理逻辑
}
// 抽象方法
public abstract void method2();
}
/**
* 具体产品类1
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteProduct1 extends Product {
@Override
public void method2() {
// 业务逻辑处理
}
}
/**
* 具体产品类2
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteProduct2 extends Product {
@Override
public void method2() {
// 业务逻辑处理
}
}
/**
* 简单工厂模式中的工厂类
* @author Administrator
*
*/
public class SimpleFactory {
public static <T extends Product> T createProduct(Class<T> c) {
Product product = null;
try {
product = (Product)Class.forName(c.getName()).newInstance();
} catch (InstantiationException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return (T) product;
}
}
/**
* 场景类
*
* @author Administrator
*
*/
public class Client {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
Product product = SimpleFactory.createProduct(ConcreteProduct1.class);
/*
* 继续业务处理
*/
product.method1();
}
}
- 升级为多个工厂类
多工厂模式中，每一个产品类都对应一个创建类，好处就是创建类的职责清晰，而且结构简单，但是给可扩展性和可维护性带来了一定的影响。为什么这么说呢？如果要扩展一个产品类，就需要建立一个相应的工厂类，这样就增加了扩展的难度。因为工厂类和产品类的数量相同，维护时需要考虑两个对象之间的关系。
当然，在复杂的应用中一般采用多工厂的方法，然后在增加一个协调类，避免调用者与各个子工厂交流，协调类的作用是封装子工厂类，对高层模块提供统一的访问接口。
类图：
通用代码：
/**
* 抽象产品类
* @author Administrator
*
*/
public abstract class Product {
// 产品类的公共方法
public void method1() {
// 业务处理逻辑
}
// 抽象方法
public abstract void method2();
}
/**
* 具体产品类1
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteProduct1 extends Product {
@Override
public void method2() {
// 业务逻辑处理
}
}
/**
* 具体产品类2
* @author Administrator
*
*/
public class ConcreteProduct2 extends Product {
@Override
public void method2() {
// 业务逻辑处理
}
}
/**
* 多工厂模式的抽象工厂类
*
* @author Administrator
*
*/
public abstract class AbstractProductFactory {
public abstract Product createProduct();
}
/**
* 创建Product1的具体工厂类
* @author Administrator
*
*/
public class Product1Factory extends AbstractProductFactory {
@Override
public Product createProduct() {
return new ConcreteProduct1();
}
}
/**
* 创建Product2的具体工厂类
* @author Administrator
*
*/
public class Product2Factory extends AbstractProductFactory {
@Override
public Product createProduct() {
return new ConcreteProduct2();
}
}
/**
* 场景类
*
* @author Administrator
*
*/
public class Client {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
AbstractProductFactory productFactory = new Product1Factory();
Product product = productFactory.createProduct();
/*
* 继续业务处理
*/
product.method1();
}
}
- 替代单例模式
通过反射方式创建，获得类构造器，然后设计访问权限，生成一个对象，然后提供外部访问，保证内存中的对象唯一。
通过工厂方法模式创建了一个单例对象，在一个项目中可以产生一个单例构造器，所有需要产生单例的类都遵循一定的规则（构造方法是private），然后通过扩展该框架，只要输入一个类型就可以获得唯一的一个实例。
类图：
通用代码：
/**
* 负责生成单例的工厂类
*
* @author Administrator
*
*/
public class SingletonFactory {
private static Singleton singleton;
static {
try {
Class cl = Class.forName(Singleton.class.getName());
// 获得无参构造
Constructor constructor = cl.getDeclaredConstructor();
// 设置无参构造是可访问的
constructor.setAccessible(true);
// 产生一个实例对象
singleton = (Singleton) constructor.newInstance();
} catch (Exception e) {
// 异常处理
}
}
public static Singleton getSingleton() {
return singleton;
}
}
- 延迟初始化（Lazy initialization）
一个对象被消费完毕后，并不立即释放，工厂类保持其初始状态，等待再次被使用。延迟初始化是工厂方法模式的一个扩展应用。
类图：
通用代码：
/**
* 延迟加载的工厂类
*
* @author Administrator
*
*/
public class LazyInitFactory {
private static final Map<String, Product> prMap = new HashMap<String, Product>();
public static synchronized Product createProduct(String type) throws Exception {
Product product = null;
// 如果Map中已经有这个对象
if (prMap.containsKey(type)) {
product = prMap.get(type);
} else {
if (type.equals("Product1")) {
product = new ConcreteProduct1();
} else {
product = new ConcreteProduct2();
}
// 同时把对象放到缓存容器中
prMap.put(type, product);
}
return product;
}
}
延迟加载框架是可以扩展的，例如限制某一个产品类的最大实例化数量，可以通过判断Map中已有对象数量来实现。
延迟加载还可以用在对象初始化比较复杂的情况下，例如硬件访问，涉及多方面的交互，则可以通过延迟加载降低对象的产生和销毁带来的复杂性。
