Dragon in the sky

设计模式之Factory

板桥里人 http://www.jdon.com 2002/10/07（转载请保留）

工厂模式定义:提供创建对象的接口.

为何使用?
工厂模式是我们最常用的模式了,著名的Jive论坛 ,就大量使用了工厂模式，工厂模式在Java程序系统可以说是随处可见。

为什么工厂模式是如此常用？因为工厂模式就相当于创建实例对象的new，我们经常要根据类Class生成实例对象，如A a=new A() 工厂模式也是用来创建实例对象的，所以以后new时就要多个心眼，是否可以考虑实用工厂模式，虽然这样做，可能多做一些工作，但会给你系统带来更大的可扩展性和尽量少的修改量。

我们以类Sample为例， 如果我们要创建Sample的实例对象:

Sample sample=new Sample();

可是，实际情况是，通常我们都要在创建sample实例时做点初始化的工作,比如赋值 查询数据库等。

首先，我们想到的是，可以使用Sample的构造函数，这样生成实例就写成:

Sample sample=new Sample(参数);

但是，如果创建sample实例时所做的初始化工作不是象赋值这样简单的事，可能是很长一段代码，如果也写入构造函数中，那你的代码很难看了（就需要Refactor重整）。

为什么说代码很难看，初学者可能没有这种感觉，我们分析如下，初始化工作如果是很长一段代码，说明要做的工作很多，将很多工作装入一个方法中，相当于将很多鸡蛋放在一个篮子里，是很危险的，这也是有背于Java面向对象的原则，面向对象的封装(Encapsulation)和分派(Delegation)告诉我们，尽量将长的代码分派“切割”成每段，将每段再“封装”起来(减少段和段之间偶合联系性)，这样，就会将风险分散，以后如果需要修改，只要更改每段，不会再发生牵一动百的事情。

在本例中，首先，我们需要将创建实例的工作与使用实例的工作分开, 也就是说，让创建实例所需要的大量初始化工作从Sample的构造函数中分离出去。

这时我们就需要Factory工厂模式来生成对象了，不能再用上面简单new Sample(参数)。还有,如果Sample有个继承如MySample, 按照面向接口编程,我们需要将Sample抽象成一个接口.现在Sample是接口,有两个子类MySample 和HisSample .我们要实例化他们时,如下:

Sample mysample=new MySample();
Sample hissample=new HisSample();

随着项目的深入,Sample可能还会"生出很多儿子出来", 那么我们要对这些儿子一个个实例化,更糟糕的是,可能还要对以前的代码进行修改:加入后来生出儿子的实例.这在传统程序中是无法避免的.

但如果你一开始就有意识使用了工厂模式,这些麻烦就没有了.

工厂方法
你会建立一个专门生产Sample实例的工厂:

public class Factory{

public static Sample creator(int which){

　　//getClass 产生Sample 一般可使用动态类装载装入类。
　　if (which==1)
　　　　return new SampleA();
　　else if (which==2)
　　　　return new SampleB();

}

}

那么在你的程序中,如果要实例化Sample时.就使用

Sample sampleA=Factory.creator(1);

这样,在整个就不涉及到Sample的具体子类,达到封装效果,也就减少错误修改的机会,这个原理可以用很通俗的话来比喻:就是具体事情做得越多,越容易范错误.这每个做过具体工作的人都深有体会,相反,官做得越高,说出的话越抽象越笼统,范错误可能性就越少.好象我们从编程序中也能悟出人生道理?呵呵.

使用工厂方法 要注意几个角色，首先你要定义产品接口，如上面的Sample,产品接口下有Sample接口的实现类,如SampleA,其次要有一个factory类，用来生成产品Sample，如下图，最右边是生产的对象Sample：

进一步稍微复杂一点，就是在工厂类上进行拓展，工厂类也有继承它的实现类concreteFactory了。

抽象工厂
工厂模式中有: 工厂方法(Factory Method) 抽象工厂(Abstract Factory).

这两个模式区别在于需要创建对象的复杂程度上。如果我们创建对象的方法变得复杂了,如上面工厂方法中是创建一个对象Sample,如果我们还有新的产品接口Sample2.

这里假设：Sample有两个concrete类SampleA和SamleB，而Sample2也有两个concrete类Sample2A和SampleB2

那么，我们就将上例中Factory变成抽象类,将共同部分封装在抽象类中,不同部分使用子类实现，下面就是将上例中的Factory拓展成抽象工厂:

public abstract class Factory{

public abstract Sample creator();

public abstract Sample2 creator(String name);

}

public class SimpleFactory extends Factory{

public Sample creator(){
　　　　.........
return new SampleA
　　}

public Sample2 creator(String name){
　　　　.........
return new Sample2A
　　}

}

public class BombFactory extends Factory{

public Sample creator(){
　　　　......
return new SampleB
　　}

public Sample2 creator(String name){
　　　　......
return new Sample2B
　　}

}

从上面看到两个工厂各自生产出一套Sample和Sample2,也许你会疑问，为什么我不可以使用两个工厂方法来分别生产Sample和Sample2?

抽象工厂还有另外一个关键要点，是因为 SimpleFactory内，生产Sample和生产Sample2的方法之间有一定联系，所以才要将这两个方法捆绑在一个类中，这个工厂类有其本身特征，也许制造过程是统一的，比如：制造工艺比较简单，所以名称叫SimpleFactory。

在实际应用中，工厂方法用得比较多一些，而且是和动态类装入器组合在一起应用。

举例

我们以Jive的ForumFactory为例，这个例子在前面的Singleton模式中我们讨论过，现在再讨论其工厂模式:

public abstract class ForumFactory {

private static Object initLock = new Object();
　　private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
　　private static ForumFactory factory = null;

public static ForumFactory getInstance(Authorization authorization) {
　　　　//If no valid authorization passed in, return null.
　　　　if (authorization == null) {
　　　　　　return null;
　　　　}
　　　　//以下使用了Singleton 单态模式
　　　　if (factory == null) {
　　　　　　synchronized(initLock) {
　　　　　　　　if (factory == null) {
　　　　　　　　　　　　......

try {
　　　　　　　　　　　　　　//动态转载类
　　　　　　　　　　　　　　Class c = Class.forName(className);
　　　　　　　　　　　　　　factory = (ForumFactory)c.newInstance();
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　catch (Exception e) {
　　　　　　　　　　　　　　return null;
　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　}

//Now, 返回 proxy.用来限制授权对forum的访问
　　　　return new ForumFactoryProxy(authorization, factory,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　factory.getPermissions(authorization));
　　}

//真正创建forum的方法由继承forumfactory的子类去完成.
　　public abstract Forum createForum(String name, String description)
　　throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException;

....

}

因为现在的Jive是通过数据库系统存放论坛帖子等内容数据,如果希望更改为通过文件系统实现,这个工厂方法ForumFactory就提供了提供动态接口:

private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";

你可以使用自己开发的创建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以.

在上面的一段代码中一共用了三种模式,除了工厂模式外,还有Singleton单态模式,以及proxy模式,proxy模式主要用来授权用户对forum的访问,因为访问forum有两种人:一个是注册用户 一个是游客guest,那么那么相应的权限就不一样,而且这个权限是贯穿整个系统的,因此建立一个proxy,类似网关的概念,可以很好的达到这个效果.  

看看Java宠物店中的CatalogDAOFactory:

public class CatalogDAOFactory {

　　/**

　　* 本方法制定一个特别的子类来实现DAO模式。
　　* 具体子类定义是在J2EE的部署描述器中。
　　*/

　　public static CatalogDAO getDAO() throws CatalogDAOSysException {

　　　　CatalogDAO catDao = null;

　　　　try {

　　　　　　InitialContext ic = new InitialContext();
　　　　　　//动态装入CATALOG_DAO_CLASS
　　　　　　//可以定义自己的CATALOG_DAO_CLASS，从而在无需变更太多代码
　　　　　　//的前提下，完成系统的巨大变更。

　　　　　　String className =(String) ic.lookup(JNDINames.CATALOG_DAO_CLASS);

　　　　　　catDao = (CatalogDAO) Class.forName(className).newInstance();

　　　　} catch (NamingException ne) {

　　　　　　throw new CatalogDAOSysException("
　　　　　　　　CatalogDAOFactory.getDAO: NamingException while
　　　　　　　　　　getting DAO type : \n" + ne.getMessage());

　　　　} catch (Exception se) {

　　　　　　throw new CatalogDAOSysException("
　　　　　　　　CatalogDAOFactory.getDAO: Exception while getting
　　　　　　　　　　DAO type : \n" + se.getMessage());

　　　　}

　　　　return catDao;

　　}

}

CatalogDAOFactory是典型的工厂方法，catDao是通过动态类装入器className获得CatalogDAOFactory具体实现子类，这个实现子类在Java宠物店是用来操作catalog数据库，用户可以根据数据库的类型不同，定制自己的具体实现子类，将自己的子类名给与CATALOG_DAO_CLASS变量就可以。

由此可见，工厂方法确实为系统结构提供了非常灵活强大的动态扩展机制，只要我们更换一下具体的工厂方法，系统其他地方无需一点变换，就有可能将系统功能进行改头换面的变化。

设计模式如何在具体项目中应用见《Java实用系统开发指南》

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3.7、抽象类与接口的实际应用{百分百的重点}

开发原则：

在类的开发之中，一个类不会去继承一个已经实现好的类，只会继承抽象类或实现接口。

即：以下的代码是不应该出现在程序之中的：

class A{}

class B extends A{}

3.7.1、抽象类实际应用

抽象类本身是不能直接实例化的。因为其本身包含抽象方法。

但是抽象类的时候符合继承关系，只要有继承关系，则肯定会存在对象的向上或向下转型的问题，一但对象发生了向上转型，则肯定一切的方法以被子类覆写过的方法为准。

abstract class A{

public abstract void fun() ;

};

class B extends A{

public void fun(){

System.out.println("Hello World!!!") ;

}

};

public class Demo32{

public static void main(String args[]){

A a = new B() ;

a.fun() ;

}

};

从以上代码之中可以发现，抽象类可以实例化，但是需要通过对象的多态性，通过子类进行实例化操作。

那么能用抽象类做什么呢？

违纪卡

姓名：

李兴华

班级：

小班1006

时间：

1990-1-2

事由：

上课吃饭

以后要是取数据的时候，直接从用户填写的地方取，因为上面规定出了是一个模板。

实际上抽象类就是提供了此种类型的代码结构。

例如：人分为工人和学生，工人和学生都有说话方法，但是说话的内容要由工人或学生决定，所以此时就可以使用抽象类完成此种功能。

abstract class Person{

private String name ;

private int age ;

public Person(String name,int age){

this.name = name ;

this.age = age ;

}

public void say(){

System.out.println(this.getContent()) ;

}

public String getName(){

return this.name ;

}

public int getAge(){

return this.age ;

}

public abstract String getContent() ;

};

class Worker extends Person{

private float salary ;

public Worker(String name,int age,float salary){

super(name,age) ;

this.salary = salary ;

}

public String getContent(){

return "工人说 --> 姓名："+this.getName()+"，年龄："+this.getAge()+"，工资："+this.salary ;

}

};

class Student extends Person{

private float score ;

public Student(String name,int age,float score){

super(name,age) ;

this.score = score ;

}

public String getContent(){

return "学生说 --> 姓名："+this.getName()+"，年龄："+this.getAge()+"，成绩："+this.score ;

}

};

public class Demo33{

public static void main(String args[]){

Person p = null ;

// p = new Student("张三",20,99.0f) ;

p = new Worker("张三",20,999.0f) ;

p.say() ;

}

};

练习：

只要是学生进入到班级里来，就一定要喊报告。

只要是老师进入到班级里来，也一定要说同学们好。

abstract class Person{

private String name ;

public Person(String name){

this.name = name ;

}

public void call(){

System.out.println(this.getContent()) ;

}

public String getName(){

return this.name ;

}

public abstract String getContent() ;

};

class Teacher extends Person{

public Teacher(String name){

super(name) ;

}

public String getContent(){

return "同学们好，姓名："+this.getName() ;

}

};

class Student extends Person{

public Student(String name){

super(name) ;

}

public String getContent(){

return "报告，姓名："+this.getName() ;

}

};

class Class_{

public void comeIn(Person p){

p.call() ;

}

};

public class Demo34{

public static void main(String args[]){

Class_ c = new Class_() ;

c.comeIn(new Student("张三")) ;

c.comeIn(new Teacher("李四")) ;

}

};

以上的设计模式就称为模板设计。

3.7.2、接口的实际应用

总的使用原则：接口的作用就是将方法名称暴露给远程用户。

接口与抽象类一样，如果要想正确的时候也需要通过子类进行实例化操作。

如下代码所示：

interface A{

public void print() ;

}

class B implements A{

public void print(){

System.out.println("Hello World!!!") ;

}

};

public class Demo35{

public static void main(String args[]){

A a = new B() ;

a.print() ;

}

};

接口的实际应用：定义标准。

以USB接口为例：

interface USB{

public void start() ;

public void stop() ;

}

class MainBoard{

public void plugIn(USB usb){

usb.start() ;

usb.stop() ;

}

};

class Mp3 implements USB{

public void start(){

System.out.println("MP3开始工作。") ;

}

public void stop(){

System.out.println("MP3停止工作。") ;

}

};

class Print implements USB{

public void start(){

System.out.println("打印机开始工作。") ;

}

public void stop(){

System.out.println("打印机停止工作。") ;

}

};

public class Demo36{

public static void main(String args[]){

MainBoard mb = new MainBoard() ;

mb.plugIn(new Mp3()) ;

mb.plugIn(new Print()) ;

}

};

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