Java设计模式（5：设计模式的分类及工厂模式详解）
一、设计模式的分类
总的来说，设计模式可以分为三大类：创建型模式、结构型模式、行为型模式，具体如下图：
二、工厂模式
工厂模式分为简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。其中简单工厂模式并不属于23种设计模式，但并不影响它的广泛使用。在JDK的源码当中，就存在着许多这样的例子。
2.1 简单工厂模式
我们先来看一段代码：
public static void main(String[] args) {
// 日历类
Calendar calendar = Calendar.getInstance();
SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
System.out.println("当前时间为：" + simpleDateFormat.format(calendar.getTime()));
calendar.add(Calendar.HOUR,2);
System.out.println("当前时间加了两个小时后,时间是: " + simpleDateFormat.format(calendar.getTime()));
}这段代码，大家应该比较熟悉，通过对Calendar的一系列操作，打印出当前时间和当前时间加两个小时后的时间，这里我们来看看结果：
结果正和我们想象的一样，两次打印出来的时间相隔两个小时。但我们今天的重点是Calendar calendar = Calendar.getInstance()这段代码，通过getInstance()方法拿到了Calendar类的实例。来看看具体的源代码：
public static Calendar getInstance(){
return createCalendar(TimeZone.getDefault(), Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
}
// 代码不全，有兴趣的朋友可以去看JDK源码
private static Calendar createCalendar(TimeZone zone, Locale aLocale){
// 中间的代码省略.....
Calendar cal = null;
if (aLocale.hasExtensions()) {
String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
if (caltype != null) {
switch (caltype) {
case "buddhist":
cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
break;
case "japanese":
cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
break;
case "gregory":
cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
break;
}
}
}
// 中间的代码省略.....
return cal;
}可以看出，getInstance()方法里面调用了createCalendar()方法来得到Calendar类的实例，最后返回给调用者。而createCalendar()方法中通过switch(){case}的判断来返回所对应的Calendar类的实例，这其实就是简单工厂模式的一种应用。
看完简单工厂模式在JDK中的应用之后，我们来设计一下自己的例子：
小明家新开了一家小工厂，接了一单生意，帮助海尔（Haier）集团生产冰箱，并需要设计相应的方案。小明本身也是程序员出身，思考一会后就写出了下面的代码：
/**
* 冰箱
*/
public interface IFridge {
// 生产冰箱
public void createFridge();
}/**
* 海尔
*/
public class Haier implements IFridge {
@Override
public void createFridge() {
System.out.println("生产海尔冰箱...");
}
}客户端调用代码：
public static void main(String[] args) {
IFridge iFridge = new Haier();
iFridge.createFridge();
}看上面的代码，父类IFridge类指向子类Haier类的引用，应用层需要依赖于Haier。如果业务扩展，后续增加格力（Gree）甚至更多，那么客户端这里的代码会越来越臃肿。所以，我们要想办法将这种依赖减弱，将创建IFridge对象的细节隐藏掉。我们用简单工厂模式优化一下：
创建Gree格力类
/**
* 格力
*/
public class Gree implements IFridge {
@Override
public void createFridge() {
System.out.println("生产格力冰箱...");
}
}创建FridgeFactory工厂类
/**
* 冰箱工厂
*/
public class FridgeFactory {
// 创建对应的 IFridge 实例
public static IFridge createFridge(String name){
if ("haier".equals(name)){
return new Haier();
} else if ("gree".equals(name)){
return new Gree();
}
return null;
}
}修改客户端调用的代码：
public static void main(String[] args) {
// 海尔
IFridge haier = FridgeFactory.createFridge("haier");
haier.createFridge();
// 格力
IFridge gree = FridgeFactory.createFridge("gree");
gree.createFridge();
}这样来看，虽然代码多了，但维护起来以及扩展起来就方便很多，来看一看类图：
当然，上面的FridgeFactory代码中依旧有些问题，如果我们需要增加生产美的（Midea）冰箱，那么我们就需要去修改createFridge()方法的代码，显然违背了开闭原则，我们来改造一下：
修改FridgeFactory工厂类
/**
* 冰箱工厂
*/
public class FridgeFactory {
// 创建对应的 IFridge 实例
public static IFridge createFridge(String className){
try {
if (null != className && !"".equals(className)){
// 反射
return (IFridge)Class.forName(className).newInstance();
}
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}修改客户端调用的代码
public static void main(String[] args) {
// com.xxx.Haier 换成 自己 项目中 Haier 所在的位置 海尔
IFridge haier = FridgeFactory.createFridge("com.xxx.Haier");
haier.createFridge();
// com.xxx.Gree 换成 自己 项目中 Gree 所在的位置 格力
IFridge gree = FridgeFactory.createFridge("com.xxx.Gree");
gree.createFridge();
}优化之后，我们再也不需要随着业务的提升而去修改FridgeFactory类中的代码了。但是依旧有一个问题，createFridge()方法中的参数是字符串，如果有人乱填怎么办，那不就报错了，所以再来优化一下：
修改FridgeFactory工厂类
/**
* 冰箱工厂
*/
public class FridgeFactory {
// 创建对应的 IFridge 实例
public static IFridge createFridge(Class<? extends IFridge> clazz){
try {
if (clazz != null){
return clazz.newInstance();
}
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}修改客户端调用的代码
public static void main(String[] args) {
// 海尔
FridgeFactory.createFridge(Haier.class).createFridge();
// 格力
FridgeFactory.createFridge(Gree.class).createFridge();
}再来看一下类图：
简单工厂模式虽然好用，但也有它的局限性：工厂类的职责过重，不利于扩展更为复杂产品结构。
2.2 工厂方法模式
定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类来决定实例化哪个类，工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。
在工厂方法模式中用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，而且加入新的产品符合开闭原则。
随着小明家新工厂的生意火爆，各类的订单都纷涌而至，各个牌子的厂家都想让小明家的工厂生产冰箱，小明无奈只能开了分工厂，并根据客户的品牌名给工厂取了对应的名字，其中海尔工厂生产海尔的冰箱，格力工厂生产格力的冰箱，美的工厂生产美的的冰箱。用代码演化就是下面这般：
IFridgeFactory类接口
public interface IFridgeFactory {
public IFridge createIFridge();
}海尔
// 海尔 工厂
public class HaierFactory implements IFridgeFactory {
@Override
public IFridge createIFridge() {
return new Haier();
}
}格力
// 格力 工厂
public class GreeFactory implements IFridgeFactory {
@Override
public IFridge createIFridge() {
return new Gree();
}
}美的
/**
* 美的
*/
public class Midea implements IFridge {
@Override
public void createFridge() {
System.out.println("生产美的冰箱...");
}
}// 美的
public class MideaFactory implements IFridgeFactory {
@Override
public IFridge createIFridge() {
return new Midea();
}
}客户端调用：
public static void main(String[] args) {
// 格力
new GreeFactory().createIFridge().createFridge();
// 海尔
new HaierFactory().createIFridge().createFridge();
// 美的
new MideaFactory().createIFridge().createFridge();
}这里其实就是细化了工厂，将业务拆分，利用了设计模式原则中的单一职责原则，让每个品牌对应工厂只干一件事，不去掺和其他品牌的事情。来看一看类图：
工厂方法模式适用于一下场景：
- 创建对象需要大量重复的代码
- 客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节
- 一个类通过其子类来指定创建哪个对象
工厂方法模式也有缺点：
- 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
2.3 抽象工厂模式
定义：提供一个创建一系列相关或者相互依赖对象的接口，无需指定他们具体的类。
这个定义读起来相当的拗口，很抽象，不好理解。还是和上面的例子结合来说明：
在生产完一批冰箱并上市售卖之后，美的、格力、海尔等公司非常满意，慢慢的将自己家的空调、热水器也交给小明家的工厂去生产了。小明为此在对应的品牌工厂有开辟了对应的生产设备的空间（这里为了大家看的方便，我将所有的代码都放上去）：
冰箱、空调、热水器接口
// 冰箱
public interface IFridge {
// 生产冰箱
public void createFridge();
}
// 空调
public interface IAirConditioner {
// 生产空调
public void createAirConditioner();
}
// 热水器
public interface IWaterHeater {
// 生产热水器
public void createWaterHeater();
}海尔
/**
* 海尔 冰箱
*/
public class HaierFridge implements IFridge{
@Override
public void createFridge() {
System.out.println("生产海尔冰箱...");
}
}
// 海尔 空调
public class HaierAirConditioner implements IAirConditioner {
@Override
public void createAirConditioner() {
System.out.println("生产海尔空调...");
}
}
// 海尔热水器
public class HaierWaterHeater implements IWaterHeater {
@Override
public void createWaterHeater() {
System.out.println("生产海尔热水器...");
}
}格力
/**
* 格力 冰箱
*/
public class GreeFridge implements IFridge {
@Override
public void createFridge() {
System.out.println("生产格力冰箱...");
}
}
// 格力 空调
public class GreeAirConditioner implements IAirConditioner {
@Override
public void createAirConditioner() {
System.out.println("生产格力空调...");
}
}
// 格力热水器
public class GreeWaterHeater implements IWaterHeater {
@Override
public void createWaterHeater() {
System.out.println("生产格力热水器...");
}
}美的
/**
* 美的 冰箱
*/
public class MideaFridge implements IFridge{
@Override
public void createFridge() {
System.out.println("生产美的冰箱...");
}
}
// 美的 空调
public class MideaAirConditioner implements IAirConditioner {
@Override
public void createAirConditioner() {
System.out.println("生产美的空调...");
}
}
// 美的热水器
public class MideaWaterHeater implements IWaterHeater {
@Override
public void createWaterHeater() {
System.out.println("生产美的热水器...");
}
}工厂接口
12345678public interface IFactory {
// 冰箱
public IFridge createIFridge();
// 空调
public IAirConditioner createIConditioner();
// 热水器
public IWaterHeater createIWaterHeater();
}
海尔工厂
// 海尔 工厂
public class HaierFactory implements IFactory {
// 冰箱
@Override
public IFridge createIFridge() {
return new HaierFridge();
}
// 空调
@Override
public IAirConditioner createIConditioner() {
return new HaierAirConditioner();
}
// 热水器
@Override
public IWaterHeater createIWaterHeater() {
return new HaierWaterHeater();
}
}格力工厂
// 格力
public class GreeFactory implements IFactory {
// 冰箱
@Override
public IFridge createIFridge() {
return new GreeFridge();
}
// 空调
@Override
public IAirConditioner createIConditioner() {
return new GreeAirConditioner();
}
// 热水器
@Override
public IWaterHeater createIWaterHeater() {
return new GreeWaterHeater();
}
}美的工厂
public class MideaFactory implements IFactory {
// 冰箱
@Override
public IFridge createIFridge() {
return new MideaFridge();
}
// 空调
@Override
public IAirConditioner createIConditioner() {
return new MideaAirConditioner();
}
// 热水器
@Override
public IWaterHeater createIWaterHeater() {
return new MideaWaterHeater();
}
}客户端调用
public static void main(String[] args) {
// 海尔工厂
HaierFactory haierFactory = new HaierFactory();
haierFactory.createIFridge().createFridge();
haierFactory.createIConditioner().createAirConditioner();
haierFactory.createIWaterHeater().createWaterHeater();
// 格力工厂
GreeFactory greeFactory = new GreeFactory();
greeFactory.createIFridge().createFridge();
greeFactory.createIConditioner().createAirConditioner();
greeFactory.createIWaterHeater().createWaterHeater();
// 美的工厂
MideaFactory mideaFactory = new MideaFactory();
mideaFactory.createIFridge().createFridge();
mideaFactory.createIConditioner().createAirConditioner();
mideaFactory.createIWaterHeater().createWaterHeater();
}类图
从上面一大堆的代码，尤其是类图，我们可以很明显的感觉到，抽象工厂可以完美清晰的描述海尔、格力、美的三个品牌的冰箱、空调、热水器的庞大体系。但也正因为如此，抽象工厂给我们的视觉冲击有些大，能很明显的感觉到系统的复杂性、抽象性以及系统的极难扩展性；并且这里还隐藏着一个违背开闭原则的问题：
在工厂接口IFactory类中，如果在日后的产品升级当中，需要增加生产洗衣机的业务，那这里修改之后，所有实现IFactory接口的类都需要变动，很大程度增加了系统的不稳定性。
也正因为如此，在实际的业务开发中，我们不应该有着强烈的强迫症和洁癖，认为一个系统的结构设计必须要完美的符合各种原则。要结合实际的业务去思考，如果系统结构的等级更新不频繁的话，不遵守某些原则也是有必要性的，毕竟所有的技术都是为业务而服务的。
作者：蔡小明
链接：https://www.cnblogs.com/caimm/p/14899740.html
查看29道真题和解析