工厂方法模式

在现实生活中社会分工越来越细，越来越专业化。各种产品有专门的工厂生产，彻底告别了自给自足的小农经济时代，这大大缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。同样，在软件开发中能否做到软件对象的生产和使用相分离呢？能否在满足“开闭原则”的前提下，客户随意增删或改变对软件相关对象的使用呢？这就是本节要讨论的问题。

模式的定义与特点

工厂方法（FactoryMethod）模式的定义：定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。
我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于 GoF 的 23 种经典设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”。
本节介绍的“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，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。
工厂方法模式的主要优点有：

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；

其缺点是：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。

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。

图1 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;

import java.io.File;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;

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：

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：

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。

图2 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.BorderLayout;
import java.awt.Container;
import java.awt.GridLayout;
import javax.swing.BorderFactory;
import javax.swing.ImageIcon;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JLabel;
import javax.swing.JPanel;
import javax.swing.JScrollPane;

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.io.File;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilder;
import javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory;
import org.w3c.dom.Document;
import org.w3c.dom.Node;
import org.w3c.dom.NodeList;

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;
    }
  }
}

程序的运行结果如图 3 所示。

图3 畜牧场养殖的运行结果

模式的应用场景

工厂方法模式通常适用于以下场景。

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。

模式的扩展

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，其结构图如图 4 所示。

图4 简单工厂模式的结构图

作者：C语言中文网
原文链接：http://c.biancheng.net/view/1348.html