Java设计模式-工厂方法模式

工厂方法模式概述

在简单工厂模式中只提供一个工厂类，该工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置，它需要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，需要在其中加入必要的业务逻辑，这违背了“开闭原则”。此外，在简单工厂模式中，所有的产品都由同一个工厂创建，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。

工厂方法模式定义

在工厂方法模式中，我们不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同的产品提供不同的工厂，系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构。工厂方法模式定义如下：

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工厂方法模式又简称为工厂模式 (Factory Pattern)，又可称作虚拟构造器模式 (Virtual Constructor Pattern) 或多态工厂模式 (Polymorphic Factory Pattern)。工厂方法模式是一种类创建型模式。

工厂方法模式结构

1、Product（抽象产品）：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建出来的对象的超类型，也就是产品对象的公共父类。

2、ConcreteProduct（具体产品）：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品一一对应。

3、Factory（抽象工厂）：在抽象工厂中，声明了工厂方法，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都需要实现这个接口。

4、ConcreteFactory（具体工厂）：它是抽象工厂类的子类，实现抽象工厂类中的定义的工厂方法，并由客户端调用，返回一个具体的产品实例。

工厂方法模式代码

1、声明一个抽象产品类：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:09
 * Description: 抽象产品
 */
public abstract class Car {
    
    // 抽象方法-汽车名称描述
    public abstract void desc();
}

2、声明具体产品类：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:11
 * Description: 具体产品类
 */
public class BMWCar extends Car {

    @Override
    public void desc() {
        System.out.println("宝马汽车");
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:11
 * Description: 具体产品类
 */
public class AuDiCar extends Car {

    @Override
    public void desc() {
        System.out.println("奥迪汽车");
    }
}

3、声明抽象工厂类：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:13
 * Description: 抽象工厂
 */
public abstract class CarFacotry {

    // 抽象工厂方法-返回产品
    public abstract Car produceMethod();
}

5、声明具体工厂类：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:15
 * Description: 具体工厂类
 */
public class BMWCarFactory extends CarFacotry {

    @Override
    public Car produceCar() {
        return new BMWCar();
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:17
 * Description: 具体工厂类
 */
public class AuDiCarFactory extends CarFacotry {

    @Override
    public Car produceCar() {
        return new AuDiCar();
    }
}

6、客户端代码：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/10 21:18
 * Description: 客户端代码-测试类
 */
public class CarTest {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个具体工厂实例
        CarFactory bmwCarFactory = new BMWCarFactory();
        // 调用具体工厂的produceCar()方法创建具体产品
        car.desc();
        CarFactory auDiCarFactory = new AuDiCarFactory();
        Car car1 = auDiCarFactory.produceCar();
        car1.desc();
    }
}

执行结果为：

宝马汽车
奥迪汽车

在客户端代码中只关心工厂类即可，首先创建一个具体的工厂类实例，为了使用它创建具体的产品，然后调用其工厂方法创建具体的产品。

工厂方法模式总结

工厂方法模式是简单工程模式的延伸，它继承了简单工厂模式的优点，同时还弥补了简单工厂模式的不足。工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一。

主要优点

1、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，用户只需关心所需产品对应的工厂（上述代码示例中汽车生产工厂，实际上我们不需要知道宝马汽车工厂，也就是我们不需要自己创建宝马工厂的对象，只需要在汽车店中调用预定汽车的方法即可），无需关心细节，甚至无需知道具体产品类的类名。

2、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。它能够让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，正是因为所有的具体工厂类都具有同一个抽象父类工厂。

3、在系统添加新产品时，无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无需修改客户端，也无需修改其它的具体工厂和具体产品，只需要添加一个具体产品和具体工厂即可。这样系统的扩展性变的非常好，完全符合“开闭原则”；

主要缺点

1、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。

2、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。

适用场景

1、客户端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，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

2、 抽象工厂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。

练习

使用工厂方法模式设计一个程序来读取各种不同类型的图片格式，针对每一种图片格式都设计一个图片读取器，如 GIF 图片读取器用于读取 GIF 格式的图片、JPG 图片读取器用于读取 JPG 格式的图片。需充分考虑系统的灵活性和可扩展性。

练习代码

代码结构如下：

ImgReader-抽象产品类

GifReader-具体产品类 JpgReader-具体产品类

ImgReaderFactory-抽象工厂类

GifReaderFactory-抽象工厂类 JpgReaderFactory-抽象工厂类

Test-客户端代码

具体代码如下：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:14
 * Description: 抽象产品类
 */
public interface ImgReader {

    void desc();
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:15
 * Description: 具体产品类-Gif阅读器
 */
public class GifReader implements ImgReader {

    @Override
    public void desc() {
        System.out.println("读取GIF格式图片");
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:16
 * Description: 具体产品类-Jpg阅读器
 */
public class JpgReader implements ImgReader {

    @Override
    public void desc() {
        System.out.println("读取JPG格式图片");
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:17
 * Description: 抽象工厂类
 */
public interface ImgReaderFactory {

    ImgReader createImgReader();
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:18
 * Description: 具体工厂类-Gif阅读器工厂
 */
public class GifReaderFactory implements ImgReaderFactory {

    @Override
    public ImgReader createImgReader() {
        return new GifReader();
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:20
 * Description: 具体工厂类-Jpg阅读器工厂
 */
public class JpgReaderFactory implements ImgReaderFactory {

    @Override
    public ImgReader createImgReader() {
        return new JpgReader();
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:31
 * Description: 客户端
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        ImgReader reader;
        ImgReaderFactory factory;
        // (1)创建GIF阅读器工厂-创建GIF阅读器
        factory = new GifReaderFactory();
        reader = factory.createImgReader();
        reader.desc();
    }
}

代码（1）中在客户端中需要创建具体的阅读器工厂，所以如果换一个阅读器工厂则需要对客户端代码进行改动，那么如何做到不改动客户端代码呢？可以利用 Java 的反射与配置文件进行扩展。

添加一个 XMLUtil 类，负责读取 XMl 配置文件：

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:23
 * Description: 文件读取类
 */
public class XMLUtil {

    public static Object getBean(String configFileName, String packageName) {
        try {
            //创建DOM文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder dBuilder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = dBuilder.parse(new File(configFileName));

            //获取包含类名的文本节点
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("imageType");
            Node node = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = node.getNodeValue().trim();
            
            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class c = Class.forName(packageName + "." + cName);//生成的是工厂名
            Object object = c.newInstance();
            return object;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

/**
 * Author: YiFan
 * Date: 2018/12/11 09:31
 * Description: 客户端
 */
public class Test {

    // 获取当前类所在的包名
    private static String packageName = Test.class.getPackage().getName();

    public static void main(String[] args) {
        ImgReader reader;
        ImgReaderFactory factory;

        // 强制转换，将Object对象转换成工厂对象
        factory = (ImgReaderFactory) XMLUtil.getBean("config.xml", packageName);
        reader = factory.createImgReader();
        reader.desc();
    }
}

配置文件放置项目根目录下，配置文件如下：

<?xml version="1.0"?>
<config>
    <imageType>GifReaderFactory</imageType>
</config>

直接结果为：

读取GIF格式图片

这样一来以后如果需要使用其它的阅读器工厂类创建阅读器时，就不需要在客户端代码中进行修改，只需要修改 config.xml 配置文件即可。