设计模式--工厂模式

2024-02-05 15:32:58

需求：设计一个咖啡店点餐系统。

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类：美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】

再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

具体类的设计如下：

设计模式--工厂模式

 设计模式--工厂模式

美式咖啡和拿铁咖啡分别继承这个类，并实现其中的抽象方法

再定义咖啡店类

设计模式--工厂模式

 设计模式--工厂模式

完成点咖啡功能

现在分析这个项目有什么问题

看咖啡店模块，如果我要增加一个咖啡，势必要去修改这个orderCoffee模块的代码

在 Java 中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接 new 该对象，就会对该对象耦合严重。假如我们要更换对象，所有 new 对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。

如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的。所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

简单工厂模式（不属于23种设计模式）

不是一种设计模式，反而是一种编程习惯

  • 抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
    • 本例子中即为Coffee抽象类
  • 具体产品：实现或者继承抽象产品的子类。
    • 美式咖啡，拿铁咖啡等
  • 具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。
    • 暂未添加

现在要实现具体工厂

设计模式--工厂模式

 在咖啡店与抽象产品之间添加一个工厂

设计模式--工厂模式

这样咖啡店直接传入字符串，调用工厂的createCoffee方法，就实现了咖啡店和具体咖啡的解耦 。

在以上代码中，工厂处理创建对象的细节，一旦有了 SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore 类中的 orderCoffee() 就变成此对象的客户，后期如果需要 Coffee 对象直接从工厂中获取即可，这样也就解除了和 Coffee 实现类的耦合。

但是又产生了新的耦合，CoffeeStore 对象和 SimpleCoffeeFactory 工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

后期如果再加新品种的咖啡，我们需要修改 SimpleCoffeeFactory 的代码，违反了开闭原则。

工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

优点：封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了 “开闭原则”。

 扩展 - 静态工厂

在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这就是静态工厂模式，它也不属于 23 种设计模式。加个静态就行了。

public class SimpleCoffeeFactory {
    public static Coffee createCoffee(String type) {
        // 声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象
        Coffee coffee = null;
        if ("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        return coffee;
    }
}

工厂方法模式

简单工厂模式违背了开闭原则，使用工厂方法模式可以完全遵循开闭原则。

概念

定义一个用于创建对象的接口（工厂），让其子类决定实例化哪个产品类对象。

工厂方法模式使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

结构

工厂方法模式的主要角色：

  • 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品。
  • 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
  • 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
  • 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

实现

使用工厂方法模式对上例进行改进，类图如下：

设计模式--工厂模式

代码如下：

实体类：抽象咖啡类、美式咖啡类、拿铁咖啡类和之前一样。

抽象工厂：

/**
 * 抽象工厂
 */
public interface CoffeeFactory {
    // 创建咖啡对象的方法
    Coffee createCoffee();
}

具体工厂：

/**
 * 美式咖啡工厂，专门用来生产美式咖啡
 */
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

/**
 * 拿铁咖啡工厂，专门用来生产拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

咖啡店类：

/**
 * 咖啡店
 */
public class CoffeeStore {
    private CoffeeFactory factory;
    public void setFactory(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }
    // 点咖啡功能
    public Coffee orderCoffee() {
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

客户端使用：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建咖啡店对象
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        // 创建对象, 使用不同的工厂创建不同的产品
        // CoffeeFactory factory = new AmericanCoffeeFactory();
        CoffeeFactory factory = new LatteCoffeeFactory();
        store.setFactory(factory);
        // 点咖啡
        Coffee coffee = store.orderCoffee();
        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

优缺点

优点：

用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程。
在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则。

缺点：

每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，增加了系统的复杂度。

抽象工厂模式

工厂方法模式：一个工厂生产一种类对象的模式。

抽象工厂模式：一个工厂可以生产多种类对象的模式。

前面介绍的工厂方法模式只考虑一类产品的生产

如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视。

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类） 的产品，

如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。
抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族。

设计模式--工厂模式

概念

抽象工厂模式是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

结构

抽象工厂模式的主要角色如下：

  • 抽象工厂：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
  • 具体工厂：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
  • 抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
  • 具体产品：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

实现

现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等。

是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。

拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级，都是甜品；

拿铁咖啡、提拉米苏是同一产品族，都属于意大利风味；美式咖啡、抹茶慕斯是同一产品族，都属于美式风味；

所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

设计模式--工厂模式

实体类：咖啡抽象类、甜品抽象类、美式咖啡、拿铁咖啡、提拉米苏、抹茶慕斯，和之前一样。

抽象工厂：

/**
 * 甜品工厂
 */
public interface DessertFactory {
    // 生产咖啡的功能
    Coffee createCoffee();
    // 生产甜品的功能
    Dessert createDessert();
}

具体工厂：

/**
 * 意大利风味的甜品工厂
 * 生产拿铁咖啡和提拉米苏甜品
 */
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
    public Dessert createDessert() {
        return new Trimisu();
    }
}

/**
 * 美式风味的甜品工厂
 * 生产美式咖啡和抹茶慕斯
 */
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}

测试类：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建的是意大利风味甜品工厂对象
        ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();
        // 获取拿铁咖啡和提拉米苏甜品
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        Dessert dessert = factory.createDessert();
        dessert.show();
    }
}

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

优缺点

优点：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

想要生产一个产品族的产品，只需要一个接口或类。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。所有的工厂都需要增加一个生产新产品的功能。

使用场景

当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等。

系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品，如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。

系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

4.2.5 扩展：简单工厂 + 配置文件

可以通过工厂模式 + 配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。

在工厂类中加载配置文件中的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

实现代码：

第一步：定义配置文件 bean.properties

american=com.itheima.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee
latte=com.itheima.pattern.factory.config_factory.LatteCoffee

第二步：改进工厂类： 

public class CoffeeFactory {
    // 加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建该类的对象进行存储
    // 1,定义容器对象存储咖啡对象
    private static HashMap<String, Coffee> map = new HashMap<>();

    // 2,加载配置文件，只需要加载一次
    static {
        // 2.1 创建Properties对象
        Properties p = new Properties();
        // 2.2 调用p对象中的load方法进行配置文件的加载
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            p.load(is);
            // 从p集合中获取全类名并创建对象
            Set<Object> keys = p.keySet();
            for (Object key : keys) {
                String className = p.getProperty((String) key);
                // 通过反射技术创建对象
                Class clazz = Class.forName(className);
                Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();
                // 将名称和对象存储到容器中
                map.put((String) key, coffee);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    //根据名称获取对象
    public static Coffee createCoffee(String name) {
        return map.get(name);
    }
}

静态成员变量用来存储创建的对象，键存储的是名称，值存储的是对应的对象；

读取配置文件以及创建对象写在静态代码块中，目的就是只需要执行一次。

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