设计模式笔记5：工厂模式（Factory Method Pattern）

一、工厂模式的内容

工厂方法模式也叫虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式，它属于类创建型模式，定义了一个创建对象的接口，但由于子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类把实例化推迟到子类中。

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有产品的创建，而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口，而不接触哪一个产品类被实例化这种细节。这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。

在Factory Method模式中，工厂类与产品类往往具有平行的等级结构，它们之间一一对应。

二、简单工厂模式的不足

在简单工厂模式中，只提供了一个工厂类，该工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置，它知道每一个产品对象的创建细节，并决定何时实例化哪一个产品类。简单工厂模式最大的缺点是当有新产品要加入到系统中时，必须修改工厂类，加入必要的处理逻辑，这违背了“开闭原则”（针对扩展是开放的，针对修改是关闭的）。在简单工厂模式中，所有的产品都是由同一个工厂创建，工厂类职责较重，业务逻辑较为复杂，具体产品与工厂类之间的耦合度高，严重影响了系统的灵活性和扩展性，而工厂方法模式则可以很好地解决这一问题。

三、工厂模式结构

抽象工厂（Creator）角色：是工厂方法模式的核心，与应用程序无关。任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。

具体工厂（Concrete Creator）角色：这是实现抽象工厂接口的具体工厂类，包含与应用程序密切相关的逻辑，并且受到应用程序调用以创建产品对象。在上图中有两个这样的角色：BulbCreator与TubeCreator。

抽象产品（Product）角色：工厂方法模式所创建的对象的超类型，也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。在上图中，这个角色是Light。

具体产品（Concrete Product）角色：这个角色实现了抽象产品角色所定义的接口。某具体产品有专门的具体工厂创建，它们之间往往一一对应。

四、工厂模式分析

1、工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了面向对象的多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有产品的创建，而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口，而不负责哪一个产品类被实例化这种细节，这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。 

2、当系统扩展需要添加新的产品对象时，仅仅需要添加一个具体产品对象以及一个具体工厂对象，原有工厂对象不需要进行任何修改，也不需要修改客户端，很好地符合了“开闭原则”。而简单工厂模式在添加新产品对象后不得不修改工厂方法，扩展性不好。工厂方法模式退化后可以演变成简单工厂模式。

五、工厂模式代码示例

抽象工厂

public abstract class PizzaStore { abstract Pizza createPizza(String item); public Pizza orderPizza(String type) {Pizza pizza = createPizza(type);System.out.println("--- Making a " + pizza.getName() + " ---");pizza.prepare();pizza.bake();pizza.cut();pizza.box();return pizza;}}

具体工厂

public class ChicagoPizzaStore extends PizzaStore {Pizza createPizza(String item) {        if (item.equals("cheese")) {            return new ChicagoStyleCheesePizza();        } else if (item.equals("veggie")) {            return new ChicagoStyleVeggiePizza();        } else if (item.equals("clam")) {            return new ChicagoStyleClamPizza();        } else if (item.equals("pepperoni")) {            return new ChicagoStylePepperoniPizza();        } else return null;}}

public class NYPizzaStore extends PizzaStore {Pizza createPizza(String item) {if (item.equals("cheese")) {return new NYStyleCheesePizza();} else if (item.equals("veggie")) {return new NYStyleVeggiePizza();} else if (item.equals("clam")) {return new NYStyleClamPizza();} else if (item.equals("pepperoni")) {return new NYStylePepperoniPizza();} else return null;}}

抽象产品

import java.util.ArrayList;public abstract class Pizza {String name;String dough;String sauce;ArrayList toppings = new ArrayList(); void prepare() {System.out.println("Preparing " + name);System.out.println("Tossing dough...");System.out.println("Adding sauce...");System.out.println("Adding toppings: ");for (int i = 0; i < toppings.size(); i++) {System.out.println("   " + toppings.get(i));}}  void bake() {System.out.println("Bake for 25 minutes at 350");} void cut() {System.out.println("Cutting the pizza into diagonal slices");}  void box() {System.out.println("Place pizza in official PizzaStore box");} public String getName() {return name;}public String toString() {StringBuffer display = new StringBuffer();display.append("---- " + name + " ----\n");display.append(dough + "\n");display.append(sauce + "\n");for (int i = 0; i < toppings.size(); i++) {display.append((String )toppings.get(i) + "\n");}return display.toString();}}

具体产品

public class ChicagoStyleClamPizza extends Pizza {public ChicagoStyleClamPizza() {name = "Chicago Style Clam Pizza";dough = "Extra Thick Crust Dough";sauce = "Plum Tomato Sauce"; toppings.add("Shredded Mozzarella Cheese");toppings.add("Frozen Clams from Chesapeake Bay");} void cut() {System.out.println("Cutting the pizza into square slices");}}

public class ChicagoStyleCheesePizza extends Pizza {public ChicagoStyleCheesePizza() { name = "Chicago Style Deep Dish Cheese Pizza";dough = "Extra Thick Crust Dough";sauce = "Plum Tomato Sauce"; toppings.add("Shredded Mozzarella Cheese");} void cut() {System.out.println("Cutting the pizza into square slices");}}

public class ChicagoStylePepperoniPizza extends Pizza {public ChicagoStylePepperoniPizza() {name = "Chicago Style Pepperoni Pizza";dough = "Extra Thick Crust Dough";sauce = "Plum Tomato Sauce"; toppings.add("Shredded Mozzarella Cheese");toppings.add("Black Olives");toppings.add("Spinach");toppings.add("Eggplant");toppings.add("Sliced Pepperoni");} void cut() {System.out.println("Cutting the pizza into square slices");}}

public class ChicagoStyleVeggiePizza extends Pizza {public ChicagoStyleVeggiePizza() {name = "Chicago Deep Dish Veggie Pizza";dough = "Extra Thick Crust Dough";sauce = "Plum Tomato Sauce"; toppings.add("Shredded Mozzarella Cheese");toppings.add("Black Olives");toppings.add("Spinach");toppings.add("Eggplant");} void cut() {System.out.println("Cutting the pizza into square slices");}}

public class NYStyleCheesePizza extends Pizza {public NYStyleCheesePizza() { name = "NY Style Sauce and Cheese Pizza";dough = "Thin Crust Dough";sauce = "Marinara Sauce"; toppings.add("Grated Reggiano Cheese");}}

public class NYStyleClamPizza extends Pizza {public NYStyleClamPizza() {name = "NY Style Clam Pizza";dough = "Thin Crust Dough";sauce = "Marinara Sauce"; toppings.add("Grated Reggiano Cheese");toppings.add("Fresh Clams from Long Island Sound");}}

public class NYStylePepperoniPizza extends Pizza {public NYStylePepperoniPizza() {name = "NY Style Pepperoni Pizza";dough = "Thin Crust Dough";sauce = "Marinara Sauce"; toppings.add("Grated Reggiano Cheese");toppings.add("Sliced Pepperoni");toppings.add("Garlic");toppings.add("Onion");toppings.add("Mushrooms");toppings.add("Red Pepper");}

public class NYStyleVeggiePizza extends Pizza {public NYStyleVeggiePizza() {name = "NY Style Veggie Pizza";dough = "Thin Crust Dough";sauce = "Marinara Sauce"; toppings.add("Grated Reggiano Cheese");toppings.add("Garlic");toppings.add("Onion");toppings.add("Mushrooms");toppings.add("Red Pepper");}}

测试

public class PizzaTestDrive { public static void main(String[] args) {PizzaStore nyStore = new NYPizzaStore();//实际开发当中可以使用XML配置的形式实现，再利用java反射机制实现PizzaStore chicagoStore = new ChicagoPizzaStore(); Pizza pizza = nyStore.orderPizza("cheese");System.out.println("Ethan ordered a " + pizza.getName() + "\n"); pizza = chicagoStore.orderPizza("cheese");System.out.println("Joel ordered a " + pizza.getName() + "\n");pizza = nyStore.orderPizza("clam");System.out.println("Ethan ordered a " + pizza.getName() + "\n"); pizza = chicagoStore.orderPizza("clam");System.out.println("Joel ordered a " + pizza.getName() + "\n");pizza = nyStore.orderPizza("pepperoni");System.out.println("Ethan ordered a " + pizza.getName() + "\n"); pizza = chicagoStore.orderPizza("pepperoni");System.out.println("Joel ordered a " + pizza.getName() + "\n");pizza = nyStore.orderPizza("veggie");System.out.println("Ethan ordered a " + pizza.getName() + "\n"); pizza = chicagoStore.orderPizza("veggie");System.out.println("Joel ordered a " + pizza.getName() + "\n");}}

六、开发

在实际的应用开发中，一般将具体工厂类的实例化过程进行改进，不直接使用new关键字来创建对象，而是将具体类的类名写入配置文件中，再通过Java的反射机制，读取XML格式的配置文件，根据存储在XML文件中的类名字符串生成对象。再利用

如：

<?xml version="1.0"?><config><className>ChicagoPizzaStore</className></config>

七、工厂方法模式的优点

优点

• 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
• 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
• 使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。

缺点

• 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。
• 由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

八、工厂模式的使用环境

在以下情况下可以使用工厂方法模式：

1. 一个类不知道它所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建；客户端需要知道创建具体产品的工厂类。
2. 一个类通过其子类来指定创建哪个对象：在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。
3. 将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

九、工厂模式在JDK当中的应用

Factory method ^{_{(recognizeable by creational methods returning a concrete type)}}

• java.lang.Object#toString() (overrideable in all subclasses)
• java.lang.Class#newInstance()
• java.lang.Integer#valueOf(String) (also on Boolean, Byte, Character, Short, Long,Float and Double)
• java.lang.Class#forName()
• java.lang.reflect.Array#newInstance()
• java.lang.reflect.Constructor#newInstance()

 java.util.Collection接口的iterator()方法

Java消息服务JMS(Java Messaging Service) 

//使用上下文和JNDI得到连接工厂的引用，ctx是上下文Context类型的对象QueueConnectionFactory qConnFact=(QueueConnectionFactory)ctx.lookup("cfJndi");//使用连接工厂创建一个连接QueueConnection qConn=qConnFact.createQueueConnection();//使用连接创建一个会话QueueSession qSess=qConn.createQueueSession(false,javax.jms.QueueSession. AUTO_ACKNOWLEDGE);//使用上下文和JNDI得到消息队列的引用Queue q=(Queue)ctx.lookup("myQueue");//使用连接创建一个需要发送的消息类型的实例QueueSender qSend=qSess.createSender(q);System.out.println("开始发送消息......"); 

JDBC中的工厂方法：

Connection conn=DriverManager.getConnection("jdbc:microsoft:sqlserver://localhost:1433; DatabaseName=DB;user=sa;password=");Statement statement=conn.createStatement();ResultSet rs=statement.executeQuery("select * from UserInfo");

十、参考文献

1. 《Head First 设计模式》
2. 《设计模式》刘伟主编清华大学出版社
3. http://stackoverflow.com/questions/1673841/examples-of-gof-design-patterns