Java设计模式-工厂模式

工厂模式也是23种设计模式中比较常用的模式之一，而这23种设计模式的又可以分为：创建型模式、结构性模式和行为型模式，工厂模式归类为创建型模式。

一般情况下工厂模式又可以细分简单工厂模式、工厂方法模式以及抽象工厂模式3种，简单工厂模式严格来说并不是工厂模式的一种，而是一种编程习惯。在本文中为了对比理解所以将也简单工厂作为了一种模式

简单工厂模式

简单工厂（Simple Factory）模式是由一个工厂类根据传入的参数，动态决定应该创建哪一个产品类（这些产品类继承自一个父类或接口）的实例。一般简单工厂模式又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。

接下来我们通过一个简单的例子演示一下简单工厂模式。首先定义一个用于绘制图形的接口Shape，该接口中定义了一个可以绘制的方法draw()。圆形Circle、正方形Square以及矩形Rectangle都会实现Shape类，然后实现自己的draw()方法。

public interface Shape {
	void draw();
}
public class Circle implements Shape{
	public void draw() {
		System.out.println("draw circle");
	}
}
public class Rectangle implements Shape{
	public void draw() {
		System.out.println("draw rectangle ");
	}
}
public class Square implements Shape{
	public void draw() {
		System.out.println("draw square");
	}
}

我们将对Shape各种不同的实现通过一个工厂类ShapeFactory返回。

public class ShapeFactory {
 
	public static Shape getShape(String type) {
		if (StringUtils.isEmpty(type)) {
			return null;
		}
		if (type.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
			return new Circle();
		} else if (type.equalsIgnoreCase("SQUARE")) {
			return new Square();
		} else if (type.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
			return new Rectangle();
		}
		return null;
	}
	
}

除了通过传入一个type类型之外，还有另外一种方式就是直接传入需要创建类型的一个Class，然后通过反射的方式直接返回一个Shape对象类型。

public static Shape getShape(Class<? extends Shape> clazz) {
	Shape shape = null;
	try {
		shape = clazz.newInstance();
	} catch (InstantiationException e) {
		e.printStackTrace();
	} catch (IllegalAccessException e) {
		e.printStackTrace();
	}
	return shape;
}

上面两种不同创建对象的方法是类似的，都要通过一个入参创建不同类型的对象。

优点工厂类是整个模式的关键。包含了必要的逻辑判断，根据外界给定的信息，决定究竟应该创建哪个具体类的对象。通过使用工厂类，外界可以从直接创建具体产品对象的尴尬局面摆脱出来，仅仅需要负责“消费”对象就可以了。而不必管这些对象究竟如何创建及如何组织的。明确了各自的职责和权利，有利于整个软件体系结构的优化。

缺点由于工厂类集中了所有实例的创建逻辑，违反了高内聚责任分配原则，将全部创建逻辑集中到了一个工厂类中；它所能创建的类只能是事先考虑到的，如果需要添加新的类，则就需要改变工厂类了。当系统中的具体产品类不断增多时候，可能会出现要求工厂类根据不同条件创建不同实例的需求。这种对条件的判断和对具体产品类型的判断交错在一起，很难避免模块功能的蔓延，对系统的维护和扩展非常不利。

使用场景

• 工厂类负责创建的对象比较少；
• 客户只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象（逻辑）不关心；

工厂方法模式

通过定义一个创建对象的接口，让子类确定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到了子类。

工厂方法类图如下：

我们知道无论是在Android还是Java的Swing框架中，视图的主题都是可以自己设置的，ScrollBar在深色主题和浅色主题中外观颜色是不一样的。假设主题的实体类就是一个Theme类，然后定义一个用于创建主题的接口ThemeFactory，接口中有一个方法createTheme()方法，返回的是Theme实例。ScrollBar跟上面的简单工厂定义的类似，实现Shape接口重写draw方法。

根据上面类图的表示，在该示例中将Theme的抽象这一层简化了，而是直接使用的ConcreteProduct就是Theme。

public class Theme {
	private String name;
	public Theme(String name) {
		this.name=name;
	}
	public String getName() {
		return name;
	}
}
public interface ThemeFactory {
	Theme createTheme();
}
public class ScrollBar implements Shape {
 
	private ThemeFactory themeFactory;
	
	public ScrollBar(ThemeFactory themeFactory) {
		this.themeFactory = themeFactory;
	}
 
	@Override
	public void draw() {
		System.out.println("draw "+themeFactory.createTheme().getName()+" scrollbar");
	}
 
}

通过实现ThemeFactory我们定义两个主题，一个是LightThemeFactory浅色主题，一个是DarkThemeFactory深色主题。

public class DarkThemeFactory implements ThemeFactory {
	private static final String FLAG_THEME="dark";
	@Override
	public Theme createTheme() {
		return new Theme(FLAG_THEME);
	}
}
public class LightThemeFactory implements ThemeFactory {
	private static final String FLAG_THEME="light";
	@Override
	public Theme createTheme() {
		return new Theme(FLAG_THEME);
	}
}

接下来测试一下ScrollBar的实现。

ThemeFactory theme=new DarkThemeFactory();
ScrollBar scrollBar=new ScrollBar(theme);
scrollBar.draw();//draw dark scrollbar

如果我们的theme是通过LightThemeFactory，那么输出的就是draw light scrollbar。

工厂方法模式是在工厂模式中是使用最多的一种模式，在JDK中就有一个比较典型的工程方法定义：

public interface ThreadFactory {
    Thread newThread(Runnable r);
}

在Android的AsyncTask以及ThreadPoolExecutor都有对该工厂方法的实现，代码在这里就不再贴出来了。

ThemeFactory的子类实现看起来很像简单工厂模式。简单工厂模式是把所有的事情在一个地方都做完了，然而工厂方法是创建了一个框架，让子类决定如何实现。例如，在工厂方法中createTheme()方法提供了一般的框架，以便创建Theme，createTheme()方法依赖工厂方法创建的具体类，并创建出具体的Theme。可以通过实现ThemeFactory，决定创建的具体Theme是什么。简单工厂的做法，可以将对象的创建封装起来，但是简单工厂不具备工厂方法的弹性，因为简单工厂不能变更正在创建的产品。

上面的工厂方法模式的示例，工厂是使用的接口定义的，在实际开发中可能并不怎么常用。但是在《Head First设计模式》一书中介绍的示例更具有现实意义，有兴趣的可以参看一下，书中将PizzaStore设计成了一个抽象类，并将Pizza的创建定义成了一个抽象方法，让子类决定如何生产Pizza。

使用场景

• 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。
• 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。

抽象工厂模式

在上面介绍的工厂方法中，在工厂中生成的都是只有一个产品。抽象工厂模式是工厂方法的仅一步深化，在这个模式中的工厂类不单单可以创建一种产品，而是可以创建一组产品。

这里还是列举一个以UI展示风格示例。上面在工厂方法模式中介绍了ScrollBar可以根据不同的主题Theme展示不同的风格，将ScrollBar的构成更加细致详细一点，假设绘制ScrollBar时需要绘制它的背景Background和边框Border。然后定义一个ThemeFactory，不过这个ThemeFactory跟工厂方法稍有不同，它需要创建的是Background和Border。

public interface Background{
 
	void drawBackground();
 
}
public interface Border{
 
	void drawBorder();
 
}
public interface ThemeFactory {
	
	Background createBackground();
 
	Border createBorder();
 
}
public class DarkBackground implements Background{
 
	@Override
	public void drawBackground() {
		System.out.println("draw dark background");
	}
 
}

然后定义一下ScrollBar，在ScrollBar的draw()方法中只需要调用Background和Border的draw()方法即可完成绘制。

public class ScrollBar implements Shape {
 
	private ThemeFactory themeFactory;
	
	public ScrollBar(ThemeFactory themeFactory) {
		this.themeFactory = themeFactory;
	}
 
	@Override
	public void draw() {
		themeFactory.createBackground().drawBackground();
		themeFactory.createBorder().drawBorder();
	}
 
}

ThemeFactory的实现类DarkThemeFactory如下：

public class DarkThemeFactory implements ThemeFactory {
 
	@Override
	public Background createBackground() {
		return new DarkBackground();
	}
 
	@Override
	public Border createBorder() {
		return new DarkBorder();
	}
 
}
ThemeFactory theme=new DarkThemeFactory();
ScrollBar scrollBar=new ScrollBar(theme);
scrollBar.draw();
//draw dark background
//draw dark border

使用场景

• 一个系统要独立于它的产品的创建、组合和表示时。
• 一个系统要由多个产品系统中的一个来配置时。
• 当你要强调一个系列相关的产品对象的设计以便进行联合使用时。
• 当你提供一个产品类库，而只想显示它们的接口而不是实现时。

所有的工厂模式都是用来封装对象的创建。工厂方法主要是把对象的创建委托给子类，子类实现工厂方法创建对象。抽象工厂使用的是对象组合，它提供了一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要指明明确的类。

参考资料

JAVA设计模式之抽象工厂模式

java工厂模式——简单工厂模式

深入理解工厂模式