设计模式：循序渐进走入工厂模式

2023-12-22 23:52
文章标签 设计模式 模式 工厂 循序渐进 走入

本文主要是介绍设计模式：循序渐进走入工厂模式，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 前言
  • 一、引入
  • 二、简单工厂模式
    • 1.实现
    • 2.优缺点
    • 3.扩展
  • 三、工厂方法模式
    • 1.实现
    • 2.优缺点
  • 四、抽象工厂模式
    • 1.实现
    • 2.优缺点
    • 3.使用场景
  • 五、模式扩展
  • 六、JDK源码解析
  • 总结

前言

软件设计模式之工厂模式。

一、引入

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：

在这里插入图片描述

  • 上图的结构有个很大的缺陷就是耦合性太高（一个类出现问题可能影响全部），并且如果产品太多的话，代码太复杂，新增产品的话，变动太大，比如新增甜品类，咖啡店类要发生变化，因为咖啡店只能生产咖啡且只能生产两种咖啡。
  • 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。
  • 下面会介绍三种工厂的使用：
    • 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

二、简单工厂模式

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。

1.实现

现在使用简单工厂对上面案例进行改进，类图如下：
在这里插入图片描述

public class SimpleCoffeeFactory {public Coffee createCoffee(String type) {Coffee coffee = null;if("americano".equals(type)) {coffee = new AmericanoCoffee();} else if("latte".equals(type)) {coffee = new LatteCoffee();}return coffee;}
}

分析：

  • 这里不提供全部代码，大家只需要理解一下。
  • 工厂（factory）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，同时又产生了新的耦合，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，我们势必要需求修改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。

2.优缺点

  • 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”。

3.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，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {public static Coffee createCoffee(String type) {Coffee coffee = null;if("americano".equals(type)) {coffee = new AmericanoCoffee();} else if("latte".equals(type)) {coffee = new LatteCoffee();}return coffe;}
}

三、工厂方法模式

  • 针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。
  • 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。
  • 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。

1.实现

在这里插入图片描述
代码如下：

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Coffee* @Description: 咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:27*/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();public void addMilk() {System.out.println("加奶");}public void addSugar() {System.out.println("加糖");}}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: AmericanCcoffee* @Description: 美式咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:29*/
public class AmericanCoffee extends Coffee{@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: LatteCoffee* @Description: 拿铁咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:35*/
public class LatteCoffee extends Coffee{@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}
/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: CoffeeFactory* @Description: 咖啡工厂接口* @Date: 2023/12/21 16:36*/
public interface CoffeeFactory {Coffee createCoffee();
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: AmericanCoffeeFactory* @Description: 美式咖啡工厂* @Date: 2023/12/21 16:37*/
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new AmericanCoffee();}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: LatteCoffeeFactory* @Description: 拿铁咖啡工厂* @Date: 2023/12/21 16:38*/
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new LatteCoffee();}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: CoffeeStore* @Description: 咖啡店类* @Date: 2023/12/21 16:39*/
public class CoffeeStore {private CoffeeFactory factory;public void setFactory(CoffeeFactory factory) {this.factory = factory;}public Coffee orderCoffee() {Coffee coffee = factory.createCoffee();coffee.addMilk();coffee.addSugar();return coffee;}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Client* @Description: 测试类* @Date: 2023/12/21 16:44*/
public class Client {public static void main(String[] args) {CoffeeStore store = new CoffeeStore();store.setFactory(new LatteCoffeeFactory());Coffee coffee = store.orderCoffee();System.out.println(coffee.getName());}
}
  • 从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。
  • 工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

2.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。

四、抽象工厂模式

  • 前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、传智播客只培养计算机软件专业的学生等。
  • 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。
  • 接下来要介绍的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，下图所示横轴是产品等级，也就是同一类产品；纵轴是产品族，也就是同一品牌的产品，同一品牌的产品产自同一个工厂。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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。

抽象工厂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，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（Concrete Factory）：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（Product）：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（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 同具体工厂之间是多对一的关系。

1.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，要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。其中拿铁咖啡、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；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

在这里插入图片描述
代码如下：

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Coffee* @Description: 咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:27*/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();public void addMilk() {System.out.println("加奶");}public void addSugar() {System.out.println("加糖");}}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: LatteCoffee* @Description: 拿铁咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:35*/
public class LatteCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}
/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: AmericanCcoffee* @Description: 美式咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:29*/
public class AmericanCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Dessert* @Description: 甜点类* @Date: 2023/12/21 17:30*/
public abstract class Dessert {public abstract void show();
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: MatcheMousse* @Description: 抹茶慕斯类* @Date: 2023/12/21 17:31*/
public class MatcheMousse extends Dessert{@Overridepublic void show() {System.out.println("抹茶慕斯");}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Tiramisu* @Description: 提拉米苏类* @Date: 2023/12/21 17:30*/
public class Tiramisu extends Dessert{@Overridepublic void show() {System.out.println("提拉米苏");}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: DessertFactory* @Description: 甜品工厂* @Date: 2023/12/21 17:33*/
public interface DessertFactory {Coffee createCoffee();Dessert createDessert();
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: AmericanDessertFactory* @Description: 美式风味工厂类*              生产美式咖啡和抹茶慕斯* @Date: 2023/12/21 17:34*/
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new AmericanCoffee();}@Overridepublic Dessert createDessert() {return new MatcheMousse();}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: ItalyDessertFactory* @Description: 意大利风味工厂*              生产拿铁咖啡和提拉米苏* @Date: 2023/12/21 17:35*/
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new LatteCoffee();}@Overridepublic Dessert createDessert() {return new Tiramisu();}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Client* @Description: 测试类* @Date: 2023/12/21 17:36*/
public class Client {public static void main(String[] args) {ItalyDessertFactory italyDessertFactory = new ItalyDessertFactory();Dessert dessert = italyDessertFactory.createDessert();Coffee coffee = italyDessertFactory.createCoffee();System.out.println(coffee.getName());dessert.show();}
}

在这里插入图片描述

分析：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。

2.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。
  • 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。

3.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。

五、模式扩展

简单工厂+配置文件解除耦合

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。

第一步：定义配置文件
使用properties文件作为配置文件，名称为bean.properties

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

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: Coffee* @Description: 咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:27*/
public abstract class Coffee {public abstract String getName();public void addMilk() {System.out.println("加奶");}public void addSugar() {System.out.println("加糖");}}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: AmericanCcoffee* @Description: 美式咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:29*/
public class AmericanCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}
}


/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: LatteCoffee* @Description: 拿铁咖啡类* @Date: 2023/12/21 16:35*/
public class LatteCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}

/*** @Version: 1.0.0* @Author: Dragon_王* @ClassName: CoffeeFactory* @Description: 咖啡工厂类* @Date: 2023/12/21 21:06*/
public class CoffeeFactory {//定义容器对象存储咖啡对象private static Map<String,Coffee> map = new HashMap();// 加载配置文件，只需要加载一次static {// 创建Properties对象Properties p = new Properties();// 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);//遍历Properties集合对象Set<Object> keys = p.keySet();for (Object key : keys) {//根据键获取值（全类名）String className = p.getProperty((String) key);//获取字节码对象Class clazz = Class.forName(className);Coffee obj = (Coffee) clazz.newInstance();map.put((String)key,obj);}} 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），而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。

六、JDK源码解析

public class Demo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("令狐冲");list.add("风清扬");list.add("任我行");//获取迭代器对象Iterator<String> it = list.iterator();//使用迭代器遍历while(it.hasNext()) {String ele = it.next();System.out.println(ele);}}
}

对上面的代码大家应该很熟，使用迭代器遍历集合，获取集合中的元素。而单列集合获取迭代器的方法就使用到了工厂方法模式。我们看通过类图看看结构：

在这里插入图片描述
Collection接口是抽象工厂类，ArrayList是具体的工厂类；Iterator接口是抽象商品类，ArrayList类中的Iter内部类是具体的商品类。在具体的工厂类中iterator()方法创建具体的商品类的对象。

另：

  • ​DateForamt类中的getInstance()方法使用的是工厂模式；
  • Calendar类中的getInstance()方法使用的是工厂模式；

总结

以上就是设计模式工厂模式的讲解。

这篇关于设计模式：循序渐进走入工厂模式的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/525950。

相关文章

在JS中的设计模式的单例模式、策略模式、代理模式、原型模式浅讲

在JS中的设计模式的单例模式、策略模式、代理模式、原型模式浅讲

1. 单例模式（Singleton Pattern） 确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。 示例代码： class Singleton {constructor() {if (Singleton.instance) {return Singleton.instance;}Singleton.instance = this;this.data = [];}addData(value)
阅读更多...
工厂ERP管理系统实现源码（JAVA）

工厂ERP管理系统实现源码（JAVA）

工厂进销存管理系统是一个集采购管理、仓库管理、生产管理和销售管理于一体的综合解决方案。该系统旨在帮助企业优化流程、提高效率、降低成本，并实时掌握各环节的运营状况。 在采购管理方面，系统能够处理采购订单、供应商管理和采购入库等流程，确保采购过程的透明和高效。仓库管理方面，实现库存的精准管理，包括入库、出库、盘点等操作，确保库存数据的准确性和实时性。 生产管理模块则涵盖了生产计划制定、物料需求计划、
阅读更多...
模版方法模式template method

模版方法模式template method

学习笔记，原文链接 https://refactoringguru.cn/design-patterns/template-method 超类中定义了一个算法的框架， 允许子类在不修改结构的情况下重写算法的特定步骤。 上层接口有默认实现的方法和子类需要自己实现的方法
阅读更多...
【iOS】MVC模式

【iOS】MVC模式

MVC模式 MVC模式MVC模式demo MVC模式 MVC模式全称为model(模型)view(视图)controller(控制器)，他分为三个不同的层分别负责不同的职责。 View：该层用于存放视图，该层中我们可以对页面及控件进行布局。Model：模型一般都拥有很好的可复用性，在该层中，我们可以统一管理一些数据。Controlller：该层充当一个CPU的功能，即该应用程序
阅读更多...
迭代器模式iterator

迭代器模式iterator

学习笔记，原文链接 https://refactoringguru.cn/design-patterns/iterator 不暴露集合底层表现形式 （列表、 栈和树等） 的情况下遍历集合中所有的元素
阅读更多...
《x86汇编语言：从实模式到保护模式》视频来了

《x86汇编语言：从实模式到保护模式》视频来了

《x86汇编语言：从实模式到保护模式》视频来了 很多朋友留言，说我的专栏《x86汇编语言：从实模式到保护模式》写得很详细，还有的朋友希望我能写得更细，最好是覆盖全书的所有章节。 毕竟我不是作者，只有作者的解读才是最权威的。 当初我学习这本书的时候，只能靠自己摸索，网上搜不到什么好资源。 如果你正在学这本书或者汇编语言，那你有福气了。 本书作者李忠老师，以此书为蓝本，录制了全套视频。 试
阅读更多...
利用命令模式构建高效的手游后端架构

利用命令模式构建高效的手游后端架构

在现代手游开发中，后端架构的设计对于支持高并发、快速迭代和复杂游戏逻辑至关重要。命令模式作为一种行为设计模式，可以有效地解耦请求的发起者与接收者，提升系统的可维护性和扩展性。本文将深入探讨如何利用命令模式构建一个强大且灵活的手游后端架构。 1. 命令模式的概念与优势 命令模式通过将请求封装为对象，使得请求的发起者和接收者之间的耦合度降低。这种模式的主要优势包括： 解耦请求发起者与处理者
阅读更多...
springboot实战学习（1）(开发模式与环境)

springboot实战学习（1）(开发模式与环境)

目录 一、实战学习的引言 （1）前后端的大致学习模块 （2）后端 （3）前端 二、开发模式 一、实战学习的引言 （1）前后端的大致学习模块 （2）后端 Validation：做参数校验Mybatis：做数据库的操作Redis：做缓存Junit：单元测试项目部署：springboot项目部署相关的知识 （3）前端 Vite：Vue项目的脚手架Router：路由Pina：状态管理Eleme
阅读更多...
状态模式state

状态模式state

学习笔记，原文链接 https://refactoringguru.cn/design-patterns/state 在一个对象的内部状态变化时改变其行为， 使其看上去就像改变了自身所属的类一样。 在状态模式中，player.getState()获取的是player的当前状态，通常是一个实现了状态接口的对象。 onPlay()是状态模式中定义的一个方法，不同状态下（例如“正在播放”、“暂停
阅读更多...
软件架构模式：5 分钟阅读

软件架构模式：5 分钟阅读

原文： https://orkhanscience.medium.com/software-architecture-patterns-5-mins-read-e9e3c8eb47d2 软件架构模式：5 分钟阅读 当有人潜入软件工程世界时，有一天他需要学习软件架构模式的基础知识。当我刚接触编码时，我不知道从哪里获得简要介绍现有架构模式的资源，这样它就不会太详细和混乱，而是非常抽象和易
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2