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设计模式之Factory
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。
这个应该比较简单一点。
某系统日志记录器要求支持多种日志记录方式，如文件记录、数据库记录等，且用户可以根据要求动态选择日志记录方式。现使用工厂方法模式设计该系统,并写出相应Java代码。
interface Log{
public void writeLog();
}
class FileLog implements Log{
public void writeLog(){
System.out.println("文件记录");
}
}
class DatabaseLog implements Log{
public void writeLog(){
System.out.println("数据库记录");
}
}
interface LogFactory{
public Log createLog();
}
class FileLogFactory implements LogFactory{
public Log createLog(){
return new FileLog();
}
}
class DatabaseLogFactory implements LogFactory{
public Log createLog(){
return new DatabaseLog();
}
}
public class Client{
public static void main(String[] args) {
try{
Log log;
LogFactory factory;
//这里可以改成使用DOM和Java反射机制读取XML文件，获取工厂类名
factory=new DatabaseLogFactory ();
log=factory.createLog();
log.writeLog();
}
catch(Exception e){
System.out.println(e.getMessage());
}
}
}
举两个例子以快速明白Java中的简单工厂模式：
女娲抟土造人
话说：“天地开辟，未有人民，女娲抟土为人。”女娲需要用土造出一个个的人，但在女娲造出人之前，人的概念只存在于女娲的思想里面。
女娲造人，这就是简单工厂模式的应用。
首先，在这个造人的思想里面，有几个重要的角色：女娲本身、抽象的人的概念和女娲所造出的一个个具体的人。
1.）女娲是一个工厂类，也就是简单工厂模式的核心角色。
2.）具休的一个个的人，包括张三，李四等。这些人便是简单工厂模式里面的具体产品角色
3.）抽象的人是最早只存在于女娲的头脑里的一个想法，女娲按照这个想法造出的一个个具体的人，便都符合这个抽象的人的定义。换言之，这个抽象的想法规定了所有具体的人必须都有的接口（特征或者功能）
其UML类图出下所示：
理解了上面的这些东西，再来理解下面的例子，对照理解，相信看完这篇文章，便对java简单工厂模式有一个很好的理解：
有一个农场公司，专门向市场销售各类水果，在这个系统里需要描述下列水果：
葡萄 Grape
草莓 Stuawberry
苹果 Apple
水果与其他植物不同，最终可以采摘食用，那么一个自然的做法是建立一个各种水果都适用的接口，以便与其他农场里的植物区分开来，
此时，则是为水果类声明了一个接口，表现在代码上：
1 public interface Fruit {
2 // 生长
3 void grow();
4 // 收获
5 void harvest();
6 // 种植
7 void plant();
8 }
9
10
水果接口规定出所有的水果必须实现的接口，包括任何水果类必须具备的方法plant(),grow(),和harvest();
Apple类是水果类的一种，因此它实现了水果接口所声明的所有方法。另处，由于苹果是多年生植物，因此多出一个treeAge性质，描述苹果的树龄。代码如下所示：
package fac;
public class Apple implements Fruit { // 通过implements实现接口Fruit
private int treeAge;
public void grow() {
log( " Apple is growing " );
}
public void harvest() {
log( " Apple has been harvested " );
}
public void plant() {
log( " Apple ha been planted " );
}
public static void log(String msg) {
System.out.println(msg);
}
public int getTreeAge() {
return treeAge;
}
public void setTreeAge( int treeAge) {
this .treeAge = treeAge;
}
}
同理，葡萄 Grape：
package fac;
public class Grape implements Fruit{
private boolean seedless;
public void grow(){
log("Grape is growing.");
}
public void harvest(){
log("Grape has been harvested");
}
public void plant(){
log("Grape ha been planted");
}
public static void log(String msg){
System.out.println(msg);
}
public boolean isSeedless() {
return seedless;
}
public void setSeedless(boolean seedless) {
this.seedless = seedless;
}
}
草莓 Stuawberry：
package fac;
public class Strawberry implements Fruit{
public void grow(){
log("Strawberry is growing");
}
public void harvest(){
log("Strawberry has been harvested");
}
public void plant(){
log("Strawberry has been planted");
}
public static void log(String msg){
System.out.println(msg);
}
}
农场园丁也是系统的一部分，由一个类来代表，FruitGardener类，代码如下：
package fac;
public class FruitGardener{
public static Fruit factory(String which)throws Exception{
if(which.equalsIgnoreCase("apple")){
return new Apple();
}else if(which.equalsIgnoreCase("strawberry")){
return new Strawberry();
}else if (which.equalsIgnoreCase("grape")){
return new Grape();
}else{
throw new Exception("Bad fruit request");
}
}
}
这时有人来果园玩，和园丁说，给我们介绍下你的水果吧。于是园丁：
package fac;
public class People {
public static void main(String[] args) throws Exception {
FruitGardener fg=new FruitGardener();
Fruit ap=fg.factory("Apple");
ap.grow();
Fruit gp=fg.factory("Grape");
gp.plant();
Fruit dd=fg.factory("ddd");//抛出Bad fruit request异常
}
}
（注：以上代码在JDK5.0，Myeclise3.2下编译通过）
类比两个例子，园丁就相当于女娲，而水果就相当于具体的人，接口水果类就相当于存在于类女娲思想里的人的抽象概念。
由以上两个例子可得出，简单工厂模式需要由以下角色组成：
接口
接口的实现类（简单工厂模式里面的具体产品角色）
工厂
理解了以下两个例子，再来看第三个例子：
注意对比以下三个实例的不同
实例1：
package org.jzkangta.factorydemo01;
//定义接口
interface Car{
public void run();
public void stop();
}
//具体实现类
class Benz implements Car{
public void run(){
System.out.println("Benz开始启动了。。。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Benz停车了。。。。。");
}
}
//具体实现类
class Ford implements Car{
public void run(){
System.out.println("Ford开始启动了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Ford停车了。。。。");
}
}
//工厂
class Factory{
public static Car getCarInstance(){
return new Ford();
}
}
public class FactoryDemo01 {
public static void main(String[] args) {
Car c=Factory.getCarInstance();
c.run();
c.stop();
}
}
实例二：
package fac;
//定义接口
interface Car{
public void run();
public void stop();
}
//具体实现类
class Benz implements Car{
public void run(){
System.out.println("Benz开始启动了。。。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Benz停车了。。。。。");
}
}
class Ford implements Car{
public void run(){
System.out.println("Ford开始启动了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Ford停车了。。。。");
}
}
//工厂
class Factory{
public static Car getCarInstance(String type){
Car c=null;
if("Benz".equals(type)){
c=new Benz();
}
if("Ford".equals(type)){
c=new Ford();
}
return c;
}
}
public class FactoryDemo02 {
public static void main(String[] args) {
Car c=Factory.getCarInstance("Benz");
if(c!=null){
c.run();
c.stop();
}else{
System.out.println("造不了这种汽车。。。");
}
}
}
实例三：
interface Car{
public void run();
public void stop();
}
class Benz implements Car{
public void run(){
System.out.println("Benz开始启动了。。。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Benz停车了。。。。。");
}
}
class Ford implements Car{
public void run(){
System.out.println("Ford开始启动了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Ford停车了。。。。");
}
}
class Toyota implements Car{
public void run(){
System.out.println("Toyota开始启动了。。。");
}
public void stop(){
System.out.println("Toyota停车了。。。。");
}
}
class Factory{
public static Car getCarInstance(String type){
Car c=null;
try {
c=(Car)Class.forName("org.jzkangta.factorydemo03."+type).newInstance();//利用反射得到汽车类型
} catch (InstantiationException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
return c;
}
}
public class FactoryDemo03 {
public static void main(String[] args) {
Car c=Factory.getCarInstance("Toyota");
if(c!=null){
c.run();
c.stop();
}else{
System.out.println("造不了这种汽车。。。");
}
}
}
对比三个实例：
实例一，虽然实现了简单工厂，但每次只能得到一种汽车，如果我们想换一种，就得修改工厂，太不方便，而实例二则改变了这种情况，便得我们可以按照我们的需要更换汽车，但我们所更换的汽车必须是实现类中有的，如果我们想要增加一种汽车的时候，我们还是得更改工厂，通过改进，实例三利用反射机制，得到汽车类型，这样当我们需要增加一种新的汽车时，就无需要再修改工厂，而只需要增加要实现的类即可。也就是说要增加什么样的汽车直接增加这个汽车的类即可，而无需改变工厂。从而达到了工厂分离的效果。
