【设计模式之美】【建造型】工厂模式：通过面向接口编程思路，串起业务流程

一般情况下，工厂模式分为三种更加细分的类型：简单工厂、工厂方法和抽象工厂。

什么时候该用工厂模式？相对于直接 new 来创建对象，用工厂模式来创建究竟有什么好处呢？这是本文将要讨论的事情。

 

一. 简单工厂（Simple Factory）

第一种简单工厂：面向接口编程与工厂类：划分功能职责

如下代码流程描述了：根据不同的文件后缀（面向接口编程）创建不同的对象，然后执行相同方法的不同逻辑。

public class RuleConfigSource {public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {//1. 获取文件后缀String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);//这个是函数式接口，有一个抽象方法parse。//2. 根据不同的文件后缀，创建不同的parse对象（面向接口编程）IRuleConfigParser parser = null;if ("json".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parser = new JsonRuleConfigParser();} else if ("xml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parser = new XmlRuleConfigParser();} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parser = new YamlRuleConfigParser();} else if ("properties".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parser = new PropertiesRuleConfigParser();} else {throw new InvalidRuleConfigException("Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);}//3. 根据具体实现解析文本String configText = "";//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);return ruleConfig;}private String getFileExtension(String filePath) {//...解析文件名获取扩展名，比如rule.json，返回jsonreturn "json";}
}

 

为了增加代码的可读性：将功能独立的代码封装成函数：将创建对象的逻辑抽取出来

  public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);//1. 创建对象IRuleConfigParser parser = createParser(ruleConfigFileExtension);//check parser=？nullString configText = "";//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中//2. 执行指定对象的parse方法（面向接口编程）RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);return ruleConfig;}private String getFileExtension(String filePath) {//...解析文件名获取扩展名，比如rule.json，返回jsonreturn "json";}private IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {IRuleConfigParser parser = null;if ("json".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new JsonRuleConfigParser();} else if ("xml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new XmlRuleConfigParser();} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new YamlRuleConfigParser();} else if ("properties".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new PropertiesRuleConfigParser();}return parser;}
}

 

类责任单一：对象创建的方法放到独立一个类中，具体地，
将 createParser() 函数剥离到一个独立的类中，让这个类只负责对象的创建。

...public class RuleConfigParserFactory {public static IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {IRuleConfigParser parser = null;if ("json".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new JsonRuleConfigParser();} else if ("xml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new XmlRuleConfigParser();} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new YamlRuleConfigParser();} else if ("properties".equalsIgnoreCase(configFormat)) {parser = new PropertiesRuleConfigParser();}return parser;}
}

类名与方法名：

• 大部分工厂类都是以“Factory”这个单词结尾的，但也不是必须的，比如 Java 中的 DateFormat、Calender。
• 工厂类中创建对象的方法一般都是 create 开头，比如代码中的 createParser()，但有的也命名为 getInstance()、createInstance()、newInstance()，有的甚至命名为 valueOf()（比如 Java String 类的 valueOf() 函数）等等，这个我们根据具体的场景和习惯来命名就好。

 

面向接口编程

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面向接口编程（Interface-Oriented Programming）其核心思想是依赖于接口（或抽象类）来编写程序，而不是依赖于具体的实现类。具体地，通过接口来串联起业务代码的逻辑，而不是具体的实现类。

 

面向接口有如下好处：

• 松耦合：各个模块之间的依赖关系更松散。这使得系统中的组件可以更独立地开发、测试和部署
• 可扩展性：新的功能可以通过实现现有接口来扩展系统，而不会影响到已有的代码。
• 增强代码复用：通过面向接口编程，可以提高代码的可重用性。不同的实现类可以实现相同的接口，使得同一份代码可以适应不同的实际需求。
• 测试和调试：面向接口编程使得单元测试更加容易，可以使用模拟对象（mock objects）来模拟接口的行为，从而进行更有效的单元测试和调试。

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第二种：单例+简单工厂：节省内存和对象创建的时间

为了节省内存和对象创建的时间，我们可以将 parser 事先创建好缓存起来。当调用 createParser() 函数的时候，我们从缓存中取出 parser 对象直接使用。

public class RuleConfigParserFactory {private static final Map<String, RuleConfigParser> cachedParsers = new HashMap<>();static {cachedParsers.put("json", new JsonRuleConfigParser());cachedParsers.put("xml", new XmlRuleConfigParser());cachedParsers.put("yaml", new YamlRuleConfigParser());cachedParsers.put("properties", new PropertiesRuleConfigParser());}public static IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {if (configFormat == null || configFormat.isEmpty()) {return null;//返回null还是IllegalArgumentException全凭你自己说了算}//也去掉了if elseIRuleConfigParser parser = cachedParsers.get(configFormat.toLowerCase());return parser;}
}

对于上面两种简单工厂模式的实现方法，如果我们要添加新的 parser，那势必要改动到 RuleConfigParserFactory 的代码，那这是不是违反开闭原则呢？实际上，如果不是需要频繁地添加新的 parser，只是偶尔修改一下 RuleConfigParserFactory 代码，稍微不符合开闭原则，也是完全可以接受的。

 

总结一下，尽管简单工厂模式的代码实现中，有多处 if 分支判断逻辑，违背开闭原则，但权衡扩展性和可读性，这样的代码实现在大多数情况下（比如，不需要频繁地添加 parser，也没有太多的 parser）是没有问题的。

 

二. 工厂方法（Factory Method）：进一步抽象：通过面向接口的思路创建对象

如果我们非得要将 if 分支逻辑去掉，那该怎么办呢？比较经典处理方法就是利用多态。按照多态的实现思路，对上面的代码进行重构。

如下我们新增一个创建对象的工厂，这样当我们新增一种 parser 的时候，只需要新增一个实现了 IRuleConfigParserFactory 接口的 Factory 类即可。所以，工厂方法模式比起简单工厂模式更加符合开闭原则。

public interface IRuleConfigParserFactory {IRuleConfigParser createParser();
}public class JsonRuleConfigParserFactory implements IRuleConfigParserFactory {@Overridepublic IRuleConfigParser createParser() {return new JsonRuleConfigParser();}
}XmlRuleConfigParserFactory
YamlRuleConfigParserFactory
...-------------public class RuleConfigSource {public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);IRuleConfigParserFactory parserFactory = null;if ("json".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parserFactory = new JsonRuleConfigParserFactory();} else if ("xml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parserFactory = new XmlRuleConfigParserFactory();} else if ("yaml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parserFactory = new YamlRuleConfigParserFactory();} else if ("properties".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {parserFactory = new PropertiesRuleConfigParserFactory();} else {throw new InvalidRuleConfigException("Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);}// 这里是工厂方法的关键思路点：通过面向接口的思路来创建对象IRuleConfigParser parser = parserFactory.createParser();String configText = "";RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);return ruleConfig;}}

但注意代码的复杂度此时增加了

工厂类对象的创建逻辑又耦合进了 load() 函数中，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。

 

我们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。

public class RuleConfigSource {public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);IRuleConfigParserFactory parserFactory = RuleConfigParserFactoryMap.getParserFactory(ruleConfigFileExtension);if (parserFactory == null) {throw new InvalidRuleConfigException("Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);}IRuleConfigParser parser = parserFactory.createParser();String configText = "";//从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);return ruleConfig;}private String getFileExtension(String filePath) {//...解析文件名获取扩展名，比如rule.json，返回jsonreturn "json";}
}//因为工厂类只包含方法，不包含成员变量，完全可以复用，
//不需要每次都创建新的工厂类对象，所以，简单工厂模式的第二种实现思路更加合适。
public class RuleConfigParserFactoryMap { //工厂的工厂private static final Map<String, IRuleConfigParserFactory> cachedFactories = new HashMap<>();static {cachedFactories.put("json", new JsonRuleConfigParserFactory());cachedFactories.put("xml", new XmlRuleConfigParserFactory());cachedFactories.put("yaml", new YamlRuleConfigParserFactory());cachedFactories.put("properties", new PropertiesRuleConfigParserFactory());}public static IRuleConfigParserFactory getParserFactory(String type) {if (type == null || type.isEmpty()) {return null;}IRuleConfigParserFactory parserFactory = cachedFactories.get(type.toLowerCase());return parserFactory;}
}

当我们需要添加新的规则配置解析器的时候，我们只需要创建新的 parser 类和 parser factory 类，并且在 RuleConfigParserFactoryMap 类中，将新的 parser factory 对象添加到 cachedFactories 中即可。代码的改动非常少，基本上符合开闭原则。

 

三. 什么时候使用工厂方法

实际上，对于规则配置文件解析这个应用场景来说，工厂模式需要额外创建诸多 Factory 类，也会增加代码的复杂性，而且，每个 Factory 类只是做简单的 new 操作，功能非常单薄（只有一行代码），也没必要设计成独立的类，所以，在这个应用场景下，简单工厂模式简单好用，比工厂方法模式更加合适。

 

那什么时候该用工厂方法模式，而非简单工厂模式呢？

• 如果代码块本身并不复杂，就几行代码而已，我们完全没必要将它拆分成单独的函数或者类。
• 当对象的创建逻辑比较复杂，不只是简单的 new 一下就可以，而是要组合其他类对象，做各种初始化操作的时候，我们推荐使用工厂方法模式，将复杂的创建逻辑拆分到多个工厂类中，让每个工厂类都不至于过于复杂。比如：不同jdbc数据源的管理、flink connector的管理。

 

四. 抽象工厂

抽象工厂模式的应用场景比较特殊，没有前两种常用。

在简单工厂和工厂方法中，类只有一种分类方式。当有多个类的分类时，我们可以让一个工厂负责创建多个不同类型的对象，而不是只创建一种 parser 对象。如下：

public interface IConfigParserFactory {IRuleConfigParser createRuleParser();ISystemConfigParser createSystemParser();//此处可以扩展新的parser类型，比如IBizConfigParser
}public class JsonConfigParserFactory implements IConfigParserFactory {@Overridepublic IRuleConfigParser createRuleParser() {return new JsonRuleConfigParser();}@Overridepublic ISystemConfigParser createSystemParser() {return new JsonSystemConfigParser();}
}... 
XmlConfigParserFactory 
YamlConfigParserFactory
PropertiesConfigParserFactory

参考：
王争：《设计模式之美》