【设计模式】工厂方法模式

2022-05-24 分类：设计模式作者：admin 阅读（27）

而“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，具体工厂数量增加，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。

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。
灵活性增强，对于新产品的创建，只需多写一个相应的工厂类。一个工厂只生产一个产品
典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，无须关心其他实现类，满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。

缺点：

类的个数容易过多，增加复杂度
增加了系统的抽象性和理解难度
抽象产品只能生产一种产品，此弊端可使用抽象工厂模式解决。

应用场景：

客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌

模式的结构与实现

工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

工厂方法模式的主要角色如下。

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 newProduct() 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。

其结构图如图 1 所示。

工厂方法模式的结构图

2. 模式的实现

根据图 1 写出该模式的代码如下：

package FactoryMethod;
public class AbstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Product a;
            AbstractFactory af;
            af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
            a = af.newProduct();
            a.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}
//抽象产品：提供了产品的接口
interface Product {
    public void show();
}
//具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct1 implements Product {
    public void show() {
        System.out.println("具体产品1显示...");
    }
}
//具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct2 implements Product {
    public void show() {
        System.out.println("具体产品2显示...");
    }
}
//抽象工厂：提供了厂品的生成方法
interface AbstractFactory {
    public Product newProduct();
}
//具体工厂1：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
        return new ConcreteProduct1();
    }
}
//具体工厂2：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

package FactoryMethod;

public class AbstractFactoryTest {

public static void main(String[] args) {

try {

Product a;

AbstractFactory af;

af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();

a = af.newProduct();

a.show();

} catch (Exception e) {

System.out.println(e.getMessage());

}

//抽象产品：提供了产品的接口

interface Product {

public void show();

}

//具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法

class ConcreteProduct1 implements Product {

public void show() {

System.out.println("具体产品1显示...");

}

//具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法

class ConcreteProduct2 implements Product {

public void show() {

System.out.println("具体产品2显示...");

}

//抽象工厂：提供了厂品的生成方法

interface AbstractFactory {

public Product newProduct();

}

//具体工厂1：实现了厂品的生成方法

class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {

public Product newProduct() {

System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");

return new ConcreteProduct1();

}

//具体工厂2：实现了厂品的生成方法

class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {

public Product newProduct() {

System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");

return new ConcreteProduct2();

}

package FactoryMethod;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
class ReadXML1 {
    //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
    public static Object getObject() {
        try {
            //创建文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));
            //获取包含类名的文本节点
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
            //System.out.println("新类名："+cName);
            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class<?> c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

package FactoryMethod;

import javax.xml.parsers.*;

import org.w3c.dom.*;

import java.io.*;

class ReadXML1 {

//该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象

public static Object getObject() {

try {

//创建文档对象

DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();

DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();

Document doc;

doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));

//获取包含类名的文本节点

NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");

Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();

String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();

//System.out.println("新类名："+cName);

//通过类名生成实例对象并将其返回

Class<?> c = Class.forName(cName);

Object obj = c.newInstance();

return obj;

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

return null;

}

注意：该程序中用到了 XML 文件，如果想要获取该文件，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

程序运行结果如下：

具体工厂1生成-->具体产品1...
具体产品1显示...

1 2	具体工厂1生成-->具体产品1... 具体产品1显示...

如果将 XML 配置文件中的 ConcreteFactory1 改为 ConcreteFactory2，则程序运行结果如下：

具体工厂2生成-->具体产品2...
具体产品2显示...

1 2	具体工厂2生成-->具体产品2... 具体产品2显示...

模式的应用实例

【例1】用工厂方法模式设计畜牧场。

分析：有很多种类的畜牧场，如养马场用于养马，养牛场用于养牛，所以该实例用工厂方法模式比较适合。

对养马场和养牛场等具体工厂类，只要定义一个生成动物的方法 newAnimal() 即可。由于要显示马类和牛类等具体产品类的图像，所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabd 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。

客户端程序通过对象生成器类 ReadXML2 读取 XML 配置文件中的数据来决定养马还是养牛。其结构图如图 2 所示。

畜牧场结构图

注意：该程序中用到了 XML 文件，并且要显示马类和牛类等具体产品类的图像，如果想要获取 HTML 文件和图片，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

程序代码如下：

package FactoryMethod;
import java.awt.*;
import javax.swing.*;
public class AnimalFarmTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Animal a;
            AnimalFarm af;
            af = (AnimalFarm) ReadXML2.getObject();
            a = af.newAnimal();
            a.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}
//抽象产品：动物类
interface Animal {
    public void show();
}
//具体产品：马类
class Horse implements Animal {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");
    public Horse() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    //用户点击窗口关闭
    }
    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}
//具体产品：牛类
class Cattle implements Animal {
    JScrollPane sp;
    JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");
    public Cattle() {
        Container contentPane = jf.getContentPane();
        JPanel p1 = new JPanel();
        p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
        p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));
        sp = new JScrollPane(p1);
        contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
        JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));
        p1.add(l1);
        jf.pack();
        jf.setVisible(false);
        jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    //用户点击窗口关闭
    }
    public void show() {
        jf.setVisible(true);
    }
}
//抽象工厂：畜牧场
interface AnimalFarm {
    public Animal newAnimal();
}
//具体工厂：养马场
class HorseFarm implements AnimalFarm {
    public Animal newAnimal() {
        System.out.println("新马出生！");
        return new Horse();
    }
}
//具体工厂：养牛场
class CattleFarm implements AnimalFarm {
    public Animal newAnimal() {
        System.out.println("新牛出生！");
        return new Cattle();
    }
}

package FactoryMethod;

import java.awt.*;

import javax.swing.*;

public class AnimalFarmTest {

public static void main(String[] args) {

try {

Animal a;

AnimalFarm af;

af = (AnimalFarm) ReadXML2.getObject();

a = af.newAnimal();

a.show();

} catch (Exception e) {

System.out.println(e.getMessage());

}

//抽象产品：动物类

interface Animal {

public void show();

}

//具体产品：马类

class Horse implements Animal {

JScrollPane sp;

JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");

public Horse() {

Container contentPane = jf.getContentPane();

JPanel p1 = new JPanel();

p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));

p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));

sp = new JScrollPane(p1);

contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);

JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));

p1.add(l1);

jf.pack();

jf.setVisible(false);

jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //用户点击窗口关闭

}

public void show() {

jf.setVisible(true);

}

//具体产品：牛类

class Cattle implements Animal {

JScrollPane sp;

JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");

public Cattle() {

Container contentPane = jf.getContentPane();

JPanel p1 = new JPanel();

p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));

p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));

sp = new JScrollPane(p1);

contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);

JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));

p1.add(l1);

jf.pack();

jf.setVisible(false);

jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE); //用户点击窗口关闭

}

public void show() {

jf.setVisible(true);

}

//抽象工厂：畜牧场

interface AnimalFarm {

public Animal newAnimal();

}

//具体工厂：养马场

class HorseFarm implements AnimalFarm {

public Animal newAnimal() {

System.out.println("新马出生！");

return new Horse();

}

//具体工厂：养牛场

class CattleFarm implements AnimalFarm {

public Animal newAnimal() {

System.out.println("新牛出生！");

return new Cattle();

}

package FactoryMethod;
import javax.xml.parsers.*;
import org.w3c.dom.*;
import java.io.*;
class ReadXML2 {
    public static Object getObject() {
        try {
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config2.xml"));
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
            System.out.println("新类名：" + cName);
            Class<?> c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

package FactoryMethod;

import javax.xml.parsers.*;

import org.w3c.dom.*;

import java.io.*;

class ReadXML2 {

public static Object getObject() {

try {

DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();

DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();

Document doc;

doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config2.xml"));

NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");

Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();

String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();

System.out.println("新类名：" + cName);

Class<?> c = Class.forName(cName);

Object obj = c.newInstance();

return obj;

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

return null;

}

畜牧场养殖的运行结果

注意：当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式。

来源：http://c.biancheng.net/view/1348.html

go：

工厂方法模式使用子类的方式延迟生成对象到子类中实现。

Go中不存在继承所以使用匿名组合来实现

factorymethod.go

package factorymethod

//Operator 是被封装的实际类接口
type Operator interface {
    SetA(int)
    SetB(int)
    Result() int
}

//OperatorFactory 是工厂接口
type OperatorFactory interface {
    Create() Operator
}

//OperatorBase 是Operator 接口实现的基类，封装公用方法
type OperatorBase struct {
    a, b int
}

//SetA 设置 A
func (o *OperatorBase) SetA(a int) {
    o.a = a
}

//SetB 设置 B
func (o *OperatorBase) SetB(b int) {
    o.b = b
}

//PlusOperatorFactory 是 PlusOperator 的工厂类
type PlusOperatorFactory struct{}

func (PlusOperatorFactory) Create() Operator {
    return &PlusOperator{
        OperatorBase: &OperatorBase{},
    }
}

//PlusOperator Operator 的实际加法实现
type PlusOperator struct {
    *OperatorBase
}

//Result 获取结果
func (o PlusOperator) Result() int {
    return o.a + o.b
}

//MinusOperatorFactory 是 MinusOperator 的工厂类
type MinusOperatorFactory struct{}

func (MinusOperatorFactory) Create() Operator {
    return &MinusOperator{
        OperatorBase: &OperatorBase{},
    }
}

//MinusOperator Operator 的实际减法实现
type MinusOperator struct {
    *OperatorBase
}

//Result 获取结果
func (o MinusOperator) Result() int {
    return o.a - o.b
}

package factorymethod

//Operator 是被封装的实际类接口

type Operator interface {

SetA(int)

SetB(int)

Result() int

}

//OperatorFactory 是工厂接口

type OperatorFactory interface {

Create() Operator

}

//OperatorBase 是Operator 接口实现的基类，封装公用方法

type OperatorBase struct {

a, b int

}

//SetA 设置 A

func (o *OperatorBase) SetA(a int) {

o.a = a

}

//SetB 设置 B

func (o *OperatorBase) SetB(b int) {

o.b = b

}

//PlusOperatorFactory 是 PlusOperator 的工厂类

type PlusOperatorFactory struct{}

func (PlusOperatorFactory) Create() Operator {

return &PlusOperator{

OperatorBase: &OperatorBase{},

}

//PlusOperator Operator 的实际加法实现

type PlusOperator struct {

*OperatorBase

}

//Result 获取结果

func (o PlusOperator) Result() int {

return o.a + o.b

}

//MinusOperatorFactory 是 MinusOperator 的工厂类

type MinusOperatorFactory struct{}

func (MinusOperatorFactory) Create() Operator {

return &MinusOperator{

OperatorBase: &OperatorBase{},

}

//MinusOperator Operator 的实际减法实现

type MinusOperator struct {

*OperatorBase

}

//Result 获取结果

func (o MinusOperator) Result() int {

return o.a - o.b

}

factorymethod_test.go

package factorymethod

import "testing"

func compute(factory OperatorFactory, a, b int) int {
    op := factory.Create()
    op.SetA(a)
    op.SetB(b)
    return op.Result()
}

func TestOperator(t *testing.T) {
    var (
        factory OperatorFactory
    )

    factory = PlusOperatorFactory{}
    if compute(factory, 1, 2) != 3 {
        t.Fatal("error with factory method pattern")
    }

    factory = MinusOperatorFactory{}
    if compute(factory, 4, 2) != 2 {
        t.Fatal("error with factory method pattern")
    }
}

package factorymethod

import "testing"

func compute(factory OperatorFactory, a, b int) int {

op := factory.Create()

op.SetA(a)

op.SetB(b)

return op.Result()

}

func TestOperator(t *testing.T) {

var (

factory OperatorFactory

)

factory = PlusOperatorFactory{}

if compute(factory, 1, 2) != 3 {

t.Fatal("error with factory method pattern")

}

factory = MinusOperatorFactory{}

if compute(factory, 4, 2) != 2 {

t.Fatal("error with factory method pattern")

}

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