設計模式詳解(二)：工廠方法模式、抽象工廠模式

2. 工廠方法模式

（1）概念

工廠方法模式的定義是：定義一個用於創建對象的接口，讓子類決定實現哪一個類。

即工廠父類負責定義創建產品對象的公共接口，工廠子類負責生成具體的產品對象。

將產品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應該實例化哪一個具體產品類。

工廠方法模式是簡單工廠模式的延伸與改進，既繼承了其封裝性等優點，又彌補了其缺陷（提高擴展性），使其符合原則的要求。

在工廠方法模式中，每一個具體工廠只能生產一種具體產品。具體工廠與具體產品一一對應。

（2）類圖、典型代碼

Factory（抽象類或接口）：抽象工廠類，聲明了工廠方法，用於返回一個產品。抽象工廠是工廠方法模式的核心，它與應用程序無關。

ConcreteFactory（實現類）：具體工廠類，實現抽象工廠類中聲明的方法，可由客戶端調用，返回一個具體產品類的實例。

Product（抽象類或接口）：抽象產品類，定義了產品的接口，是產品對象的共同父類或接口。

ConcreteProduct（實現類）：具體產品類，實現了抽象產品類的方法，其具體產品由對應的具體工廠創建。

典型代碼如下：

//抽象工廠類
public interface Factory {
    public Product factoryMethod();
}

//具體工廠類之一
public class ConcreteFactory implements Factory {
    @Override
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteFactory();
    }
}

（3）舉例

原有一個工廠生產一種電視機，現分為兩個子工廠：海爾工廠生產海爾電視機，海信工廠生產海信電視機。

根據工廠方法模式設計類圖如下：

實現代碼如下：

//抽象產品類，定義所有產品必須實現的方法
public interface TV {
    public void play();
}

//具體產品類1--海爾電視
public class HaierTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        // 海爾電視的功能
        System.out.println("海爾電視播放中...");
    }

}

//具體產品類2--海信電視
public class HisenseTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        // 海信電視的功能
        System.out.println("海信電視播放中...");
    }

}

//抽象工廠類，定義所有工廠必須實現的方法
public interface TVFactory {
    public TV produceTV();
}

//具體產品類1--海爾電視
public class HaierTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        // 海爾電視的功能
        System.out.println("海爾電視播放中...");
    }

}

//具體產品類2--海信電視
public class HisenseTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        // 海信電視的功能
        System.out.println("海信電視播放中...");
    }

}

//客戶端調用類--調用具體電視工廠生產對應電視
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        TVFactory factory;
        TV tv;

        // 產生海爾電視並調用其功能
        factory = new HaierTVFactory();
        tv = factory.produceTV();
        tv.play();

        // 產生海信電視並調用其功能
        factory = new HisenseTVFactory();
        tv = factory.produceTV();
        tv.play();
    }

}

輸出結果如下：

海爾電視播放中...
海信電視播放中...

如果此時還需要增加一種電視機品牌TCL，則只需要新建一個實現TV接口的具體產品類和一個實現TVFactory接口的具體工廠類即可，不需要修改其他代碼：

//新增具體產品類3--TCL電視
public class TCLTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        // TCL電視的功能
        System.out.println("TCL電視播放中...");
    }

}

//新增具體工廠類3--專門生產TCL電視的TCL工廠
public class TCLTVFactory implements TVFactory {

    @Override
    public TV produceTV() {
        // 生產一個TCL電視的對象
        return new TCLTV();
    }

}

在客戶端調用類中增加調用TCL工廠生產TCL電視的語句：

        // 產生TCL電視並調用其功能
        factory = new TCLTVFactory();
        tv = factory.produceTV();
        tv.play();

輸出結果如下：

海爾電視播放中...
海信電視播放中...
TCL電視播放中...

（4）優缺點、適用場景

工廠方法模式的優點：

　　用戶只需關心所需產品對應的工廠，無須關心創建細節（屏蔽產品類），甚至不需要知道具體產品的類名；

　　典型的解耦框架，高層模塊需要知道產品的抽象類，其他的實現類都不用關心；

　　良好的封裝性，代碼結構清晰，優秀的擴展性，同時符合開閉原則。

工廠方法模式的缺點：

　　在添加新產品時成對增加了類的個數，增加了系統的復雜度，編譯和運行更多的類也會增加系統的開銷；

　　考慮到可擴展性引入抽象層，在客戶端代碼中均使用抽象層進行定義，增加了系統的抽象性和理解難度。

工廠方法模式的適用場景：

　　需要靈活、可擴展的框架時；

　　當一個類（比如客戶端類）不知道所需要的對象的類時（需要知道其對應的工廠）；

　　一個類通過其子類來確定創建那個對象。

 

3. 抽象工廠模式

（1）概念

抽象工廠模式的定義是：為創建一組相關或相互依賴的對象提供一個接口，而且無需指定他們的具體類。

抽象工廠模式是工廠方法模式的泛化版，即工廠方法模式只是抽象工廠模式的一種特殊情況。

在抽象工廠模式中，每一個具體工廠可以生產多個具體產品。

（2）類圖、典型代碼

 

AbstractFactory（抽象類或接口）：抽象工廠類，用於聲明生產產品的方法。

ConcreteFactory（實現類）：具體工廠類，具體實現生產產品的方法，返回一個具體產品。

AbstractProduct（抽象類或接口）：抽象產品類，定義了每種產品的功能方法。

ConcreteProduct（實現類）：具體產品類，具體實現了抽象產品類定義的功能方法。

典型代碼如下：

// 抽象工廠類
public interface AbstractFactory {
    public AbstractProductA createProductA();
    public AbstractProductB createProductB();
}

// 具體工廠類之一
public class ConcreteFactory implements AbstractFactory{
    public AbstractProductA createProductA(){
        return new ConcreteProductA();
    }
    public AbstractProductB createProductB(){
        return new ConcreteProductB();
    }
}

（3）舉例

一個電器工廠可以生產多種電器，比如海爾工廠可以生產海爾電視和海爾空調，TCL工廠可以生產TCL電視和TCL空調。

根據抽象工廠模式設計類圖如下：

實現代碼如下：

//抽象產品類1--電視類
public interface TV {
    public void play();
}

//電視具體產品類1--海爾電視
public class HaierTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("海爾電視播放中...");
    }

}

//電視具體產品類2--TCL電視
public class TCLTV implements TV {

    @Override
    public void play() {
        System.out.println("TCL電視播放中...");
    }

}

//抽象產品類2--空調類
public interface AirConditioner {
    public void changeTemperature();
}

//空調具體產品類1--海爾空調
public class HaierAirConditioner implements AirConditioner {

    @Override
    public void changeTemperature() {
        System.out.println("海爾空調吹風中...");
    }

}

//空調具體產品類2--TCL空調
public class TCLAirConditioner implements AirConditioner {

    @Override
    public void changeTemperature() {
        System.out.println("TCL空調吹風中...");
    }

}

//抽象工廠類，定義所有工廠必須實現的方法
public interface Factory {
    public TV produceTV();

    public AirConditioner produceAirConditioner();
}

//具體工廠類1--海爾工廠
public class HaierFactory implements Factory{

    @Override
    public TV produceTV() {
        return new HaierTV();
    }

    @Override
    public AirConditioner produceAirConditioner() {
        return new HaierAirConditioner();
    }

}

//具體工廠類2--TCL工廠
public class TCLFactory implements Factory{

    @Override
    public TV produceTV() {
        return new TCLTV();
    }

    @Override
    public AirConditioner produceAirConditioner() {
        return new TCLAirConditioner();
    }

}

運行結果如下：

海爾電視播放中...
海爾空調吹風中...
———————————————
TCL電視播放中...
TCL空調吹風中...

（4）優缺點、適用場景

抽象工廠模式的優點：

　　隔離了具體類的生成，使客戶並不知道什么被創建；

　　產品內的約束為非公開狀態（比如不同產品的生產比例，這對調用工廠類的高層模塊是透明的）；

抽象工廠模式的缺點：

　　在添加新的產品對象時，難以擴展抽象工廠來生產新種類的產品（對接口進行擴展會導致所有子類的修改）；

抽象工廠模式的適用場景：

　　一個系統不依賴產品類實例如何被創建、組合和表達的細節時；

　　系統中有多個產品族，而每次只使用其中某一產品族時；

　　屬於同一產品族的產品將一起使用；

　　多個對象有相同的約束時。

 

在實際的應用開發中，一般將具體類的類名寫入配置文件中，再通過Java的反射機制讀取XML格式的配置文件，根據存儲在XML文件中的類名字符串生成對象。

新建XML文件config.xml如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config>
    <className>xxxFactory</className>
</config>

新建工具類文件XMLUtil.java如下：

package com.test.util;

import java.io.File;

import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;

import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;

public class XMLUtil {
    // 該方法用於從XML配置文件中提取類名字符串，並返回一個實例對象
    public static Object getBean() {
        try {
            // 創建DOM文檔對象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory
                    .newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc = builder.parse(new File(
                    "./src/com/test/util/config.xml"));// 若不在同一路徑下，必須指定文件具體路徑，用正斜杠/或雙反斜杠\\

            // 獲取包含類名的文本節點
            NodeList nlist = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nlist.item(0).getFirstChild();
            String cName = classNode.getNodeValue();

            // 通過類名生成實例對象並將其返回
            Class c = Class.forName("com.test.factory_method." + cName);// 若不在同一路徑下，必須寫出類的全名
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

改進工廠方法模式中的客戶端代碼如下：

//客戶端調用類--調用具體電視工廠生產對應電視
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        TVFactory factory;
        TV tv;

//        // 產生海爾電視並調用其功能
//        factory = new HaierTVFactory();
//        tv = factory.produceTV();
//        tv.play();
//
//        // 產生海信電視並調用其功能
//        factory = new HisenseTVFactory();
//        tv = factory.produceTV();
//        tv.play();
//        
//        // 產生TCL電視並調用其功能
//        factory = new TCLTVFactory();
//        tv = factory.produceTV();
//        tv.play();
        
        // 將具體類名寫入配置文件中，再通過Java反射機制讀取XML格式文件，根據類名生成對象並返回
        factory = (TVFactory) XMLUtil.getBean();
        tv = factory.produceTV();
        tv.play();
    }

}

將config.xml文件中的“xxxFactory”更改為需要生成對象的類名“HaierTVFactory”，運行客戶端結果如下：

海爾電視播放中...

抽象工廠模式中例子的客戶端改進與此相同。

 

 

6大設計原則，與常見設計模式（概述）：http://www.cnblogs.com/LangZXG/p/6204142.html

類圖基礎知識：http://www.cnblogs.com/LangZXG/p/6208716.html

 

注：轉載請注明出處   http://www.cnblogs.com/LangZXG/p/6249425.html