【设计模式精讲】创建型模式之工厂方法模式（简单工厂、工厂方法）

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第四章 创建型模式

4.2 工厂方法模式

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

• 在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

《设计模式》一书中，工厂模式被分为了三种：简单工厂、工厂方法和抽象工厂。（不过，在书中作者将简单工厂模式看作是工厂方法模式的一种特例。）

接下来我会介绍三种工厂模式的原理及使用

• 简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）
• 工厂方法模式
• 抽象工厂模式

4.2.1 需求: 模拟发放奖品业务

需求: 为了让我们的案例更加贴近实际开发, 这里我们来模拟一下互联网电商中促销拉新下的业务场景, 新用户注册立即参与抽奖活动 ,奖品的种类有: 打折券, 免费优酷会员,小礼品.

4.2.2 原始开发方式

不考虑设计原则,不使用设计模式的方式进行开发

在不考虑任何代码的可扩展性的前提下,只为了尽快满足需求.我们可以这样去设计这个业务的代码结构:

1) 实体类

名称	描述
AwardInfo	获奖信息对应实体类
DiscountInfo	打折券信息对应实体类
YouKuMember	优酷会员对应实体类
SmallGiftInfo	小礼品信息对应实体类
DiscountResult	打折券操作响应结果封装类

public class AwardInfo {private String uid; //用户唯一IDprivate Integer awardType; //奖品类型: 1 打折券 ,2 优酷会员,3 小礼品private String awardNumber; //奖品编号Map<String, String> extMap; //额外信息}public class DiscountInfo {//属性信息省略......
}public class YouKuMember {//属性信息省略......
}public class SmallGiftInfo {private String userName;              // 用户姓名private String userPhone;             // 用户手机private String orderId;               // 订单IDprivate String relAddress;            // 收货地址}public class DiscountResult {private String status; // 状态码private String message; // 信息
}

2) 服务层

名称	功能	描述
DiscountService	DiscountResult sendDiscount(String uid,String number)	模拟打折券服务
YouKuMemberService	void openMember(String bindMobile , String number)	模拟赠送优酷会员服务
SmallGiftService	Boolean giveSmallGift(SmallGiftInfo smallGiftInfo)	模拟礼品服务

public class DiscountService {public DiscountResult sendDiscount(String uid, String number){System.out.println("向用户发放打折券一张: " + uid + " , " + number);return new DiscountResult("200","发放打折券成功");}
}public class YouKuMemberService {public void openMember(String bindMobile , String number){System.out.println("发放优酷会员: " + bindMobile + " , " + number);}
}public class SmallGiftService {public Boolean giveSmallGift(SmallGiftInfo smallGiftInfo){System.out.println("小礼品已发货,获奖用户注意查收! " + JSON.toJSON(smallGiftInfo));return true;}
}

3) 控制层

名称	功能	描述
DeliverController	ResponseResult awardToUser(AwardInfo awardInfo)	按照类型的不同发放商品 奖品类型: 1 打折券 ,2 优酷会员,3 小礼品

public class DeliverController {/*** 按照类型的不同发放商品*     奖品类型: 1 打折券 ,2 优酷会员,3 小礼品*/public void awardToUser(AwardInfo awardInfo){if(awardInfo.getAwardType() == 1){ //打折券DiscountService discountService = new DiscountService();DiscountResult result = discountService.sendDiscount(awardInfo.getUid(), awardInfo.getAwardNumber());System.out.println("打折券发放成功!"+ JSON.toJSON(result));}else if(awardInfo.getAwardType() == 2){ //优酷会员//获取用户手机号String bindMobile = awardInfo.getExtMap().get("phone");//调用serviceYouKuMemberService youKuMemberService = new YouKuMemberService();youKuMemberService.openMember(bindMobile,awardInfo.getAwardNumber());System.out.println("优酷会员发放成功!");}else if(awardInfo.getAwardType() == 3){ /*小礼品封装收货用户信息*/SmallGiftInfo smallGiftInfo = new SmallGiftInfo();smallGiftInfo.setUserName(awardInfo.getExtMap().get("username"));smallGiftInfo.setOrderId(UUID.randomUUID().toString());smallGiftInfo.setRelAddress(awardInfo.getExtMap().get("adderss"));SmallGiftService smallGiftService = new SmallGiftService();Boolean isSuccess = smallGiftService.giveSmallGift(smallGiftInfo);System.out.println("小礼品发放成功!" + isSuccess);}}}

4) 测试

通过单元测试,来对上面的接口进行测试,验证代码质量.

public class TestApi01 {//测试发放奖品接口@Testpublic void test01(){DeliverController deliverController = new DeliverController();//1. 发放打折券优惠AwardInfo info1 = new AwardInfo();info1.setUid("1001");info1.setAwardType(1);info1.setAwardNumber("DEL12345");deliverController.awardToUser(info1);//2. 发放优酷会员AwardInfo info2 = new AwardInfo();info2.setUid("1002");info2.setAwardType(2);info2.setAwardNumber("DW12345");Map<String,String> map = new HashMap<>();map.put("phone","13512341234");info2.setExtMap(map);deliverController.awardToUser(info2);//2. 发放小礼品AwardInfo info3 = new AwardInfo();info3.setUid("1003");info3.setAwardType(3);info3.setAwardNumber("SM12345");Map<String,String> map2 = new HashMap<>();map2.put("username","大远");map2.put("phone","13512341234");map2.put("address","北京天安门");info3.setExtMap(map2);deliverController.awardToUser(info3);}
}

对于上面的实现方式,如果我们有想要添加的新的奖品时,势必要改动DeliverController的代码,违反开闭原则.而且如果有的抽奖接口出现问题,那么对其进行重构的成本会非常高.

除此之外代码中有一组if分支判断逻辑,现在看起来还可以,但是如果经历几次迭代和拓展,后续ifelse肯定还会增加.到时候接手这段代码的研发将会十分痛苦.

4.2.3 简单工厂模式

4.2.3.1 简单工厂模式介绍

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。简单工厂模式又叫做静态工厂方法模式（static Factory Method pattern）,它是通过使用静态方法接收不同的参数来返回不同的实例对象.

实现方式:

​ 定义一个工厂类，根据传入的参数不同返回不同的实例，被创建的实例具有共同的父类或接口。

适用场景：
　　（1）需要创建的对象较少。
　　（2）客户端不关心对象的创建过程。

4.2.3.2 简单工厂原理

简单工厂包含如下角色：

• 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。
• 具体产品 ：实现或者继承抽象产品的子类
• 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。

4.2.3.3 简单工厂模式重构代码

1) service

/*** 免费商品发放接口**/
public interface IFreeGoods {ResponseResult sendFreeGoods(AwardInfo awardInfo);}

/*** 模拟打折券服务**/
public class DiscountFreeGoods implements IFreeGoods {@Overridepublic ResponseResult sendFreeGoods(AwardInfo awardInfo) {System.out.println("向用户发放一张打折券: " + awardInfo.getUid() + " , " + awardInfo.getAwardNumber());return new ResponseResult("200","打折券发放成功!");}
}/*** 小礼品发放服务**/
public class SmallGiftFreeGoods implements IFreeGoods {@Overridepublic ResponseResult sendFreeGoods(AwardInfo awardInfo) {SmallGiftInfo smallGiftInfo = new SmallGiftInfo();smallGiftInfo.setUserPhone(awardInfo.getExtMap().get("phone"));smallGiftInfo.setUserName(awardInfo.getExtMap().get("username"));smallGiftInfo.setAddress(awardInfo.getExtMap().get("address"));smallGiftInfo.setOrderId(UUID.randomUUID().toString());System.out.println("小礼品发放成,请注意查收: " + JSON.toJSON(smallGiftInfo));return new ResponseResult("200","小礼品发送成功",smallGiftInfo);}
}/*** 优酷 会员服务**/
public class YouKuMemberFreeGoods implements IFreeGoods {@Overridepublic ResponseResult sendFreeGoods(AwardInfo awardInfo) {String phone = awardInfo.getExtMap().get("phone");System.out.println("发放优酷会员成功,绑定手机号: " + phone);return new ResponseResult("200","优酷会员发放成功!");}
}

2) factory

/*** 具体工厂: 生成免费商品**/
public class FreeGoodsFactory {public static IFreeGoods getInstance(Integer awardType){IFreeGoods iFreeGoods = null;if(awardType == 1){  //打折券iFreeGoods = new DiscountFreeGoods();}else if(awardType == 2){ //优酷会员iFreeGoods = new YouKuMemberFreeGoods();}else if(awardType == 3){ //小礼品iFreeGoods = new SmallGiftFreeGoods();}return iFreeGoods;}
}

3）controller

public class DeliverController {//发放奖品public ResponseResult awardToUser(AwardInfo awardInfo){try {IFreeGoods freeGoods = FreeGoodsFactory.getInstance(awardInfo.getAwardTypes());ResponseResult responseResult = freeGoods.sendFreeGoods(awardInfo);return responseResult;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();return new ResponseResult("201","奖品发放失败!");}}
}

4) 测试

通过单元测试,来对上面的接口进行测试,验证代码质量.

public class TestApi02 {DeliverController deliverController = new DeliverController();@Testpublic void test01(){//1. 发放打折券优惠AwardInfo info1 = new AwardInfo();info1.setUid("1001");info1.setAwardTypes(1);info1.setAwardNumber("DEL12345");ResponseResult result = deliverController.awardToUser(info1);System.out.println(result);}@Testpublic void test02(){//2. 发放优酷会员AwardInfo info2 = new AwardInfo();info2.setUid("1002");info2.setAwardTypes(2);info2.setAwardNumber("DW12345");Map<String,String> map = new HashMap<>();map.put("phone","13512341234");info2.setExtMap(map);ResponseResult result1 = deliverController.awardToUser(info2);System.out.println(result1);}@Testpublic void test03(){//3. 发放小礼品AwardInfo info3 = new AwardInfo();info3.setUid("1003");info3.setAwardTypes(3);info3.setAwardNumber("SM12345");Map<String,String> map2 = new HashMap<>();map2.put("username","大远");map2.put("phone","13512341234");map2.put("address","北京天安门");info3.setExtMap(map2);ResponseResult result2 = deliverController.awardToUser(info3);System.out.println(result2);}
}

4.2.3.4 简单工厂模式总结

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”。

4.2.4 工厂方法模式

4.2.4.1 工厂方法模式介绍

工厂方法模式 Factory Method pattern,属于创建型模式.

概念: 定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

4.2.4.2 工厂方法模式原理

工厂方法模式的目的很简单，就是封装对象创建的过程，提升创建对象方法的可复用性。

工厂方法模式的主要角色：

• 抽象工厂：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：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：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：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。

我们直接来看看工厂方法模式的 UML 图：

4.2.4.3 工厂方法模式重构代码

为了提高代码扩展性,我们需要将简单工厂中的if分支逻辑去掉,通过增加抽象工厂(生产工厂的工厂)的方式,让具体工厂去进行实现,由具体工厂来决定实例化哪一个具体的产品对象.

抽象工厂

public interface FreeGoodsFactory {IFreeGoods getInstance();
}

具体工厂

public class DiscountFreeGoodsFactory implements FreeGoodsFactory {@Overridepublic IFreeGoods getInstance() {return new DiscountFreeGoods();}
}public class SmallGiftFreeGoodsFactory implements FreeGoodsFactory {@Overridepublic IFreeGoods getInstance() {return new SmallGiftFreeGoods();}
}

Controller

public class DeliverController {/*** 按照类型的不同发放商品*/public ResponseResult awardToUser(AwardInfo awardInfo){FreeGoodsFactory freeGoodsFactory = null;if(awardInfo.getAwardType() == 1){freeGoodsFactory = new DiscountFreeGoodsFactory();}else if(awardInfo.getAwardType() == 2){freeGoodsFactory = new SmallGiftFreeGoodsFactory();}IFreeGoods freeGoods = freeGoodsFactory.getInstance();System.out.println("=====工厂方法模式========");ResponseResult result = freeGoods.sendFreeGoods(awardInfo);return result;}}

从上面的代码实现来看，工厂类对象的创建逻辑又耦合进了 awardToUser() 方法中，跟我们最初的代码版本非常相似,引入工厂方法非但没有解决问题，反倒让设计变得更加复杂了。

那怎么 来解决这个问题呢？

我们可以为工厂类再创建一个简单工厂，也就是工厂的工厂，用来创建工厂类对象。

/*** 用简单方法模式实现: 工厂的工厂,作用是不需要每次创建新的工厂对象**/
public class FreeGoodsFactoryMap {private static final Map<Integer,FreeGoodsFactory> cachedFactories = new HashMap<>();static{cachedFactories.put(1, new DiscountFreeGoodsFactory());cachedFactories.put(2, new SmallGiftFreeGoodsFactory());}public static FreeGoodsFactory getParserFactory(Integer type){if(type == 1){FreeGoodsFactory freeGoodsFactory = cachedFactories.get(1);return freeGoodsFactory;}else if(type ==2){FreeGoodsFactory freeGoodsFactory = cachedFactories.get(2);return freeGoodsFactory;}return null;}
}

Controller

/*** 发放奖品接口**/
public class DeliverController {/*** 按照类型的不同发放商品*/public ResponseResult awardToUser(AwardInfo awardInfo){//根据类型获取工厂FreeGoodsFactory goodsFactory = FreeGoodsFactoryMap.getParserFactory(awardInfo.getAwardType());//从工厂中获取对应实例IFreeGoods freeGoods = goodsFactory.getInstance();System.out.println("=====工厂方法模式========");ResponseResult result = freeGoods.sendFreeGoods(awardInfo);return result;}
}

现在我们的代码已经基本上符合了开闭原则,当有新增的产品时,我们需要做的事情包括:

1. 创建新的产品类,并且让该产品实现抽象产品接口
2. 创建产品类对应的具体工厂,并让具体工厂实现抽象工厂
3. 将新的具体工厂对象,添加到FreeGoodsFactoryMap的cachedFactories中即可,需要改动的代码改动的非常少.

4.2.4.4 工厂方法模式总结

工厂方法模优缺点

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，这增加了系统的复杂度。

什么时候使用工厂方法模式

• 需要使用很多重复代码创建对象时，比如，DAO 层的数据对象、API 层的 VO 对象等。
• 创建对象要访问外部信息或资源时，比如，读取数据库字段，获取访问授权 token 信息，配置文件等。
• 创建需要统一管理生命周期的对象时，比如，会话信息、用户网页浏览轨迹对象等。
• 创建池化对象时，比如，连接池对象、线程池对象、日志对象等。这些对象的特性是：有限、可重用，使用工厂方法模式可以有效节约资源。
• 希望隐藏对象的真实类型时，比如，不希望使用者知道对象的真实构造函数参数等。