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Gof23设计模式之工厂方法模式和抽象工厂模式

2023-11-16

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。
以下以咖啡店来进行案例说明。

1.工厂方法模式

1.1.概念

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。

1.2.结构

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。

1.3.类图

在这里插入图片描述

1.4.实现

抽象咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 21:58
 *      抽象咖啡
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }

}

拿铁咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:01
 *       拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

美式咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:01
 *      美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

咖啡工厂接口

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:31
 *      咖啡工厂接口
 */
public interface CoffeeFactory {

    Coffee createCoffee();

}

美式咖啡工厂类


/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:35
 *      美式咖啡工厂对象，专门用来生产美式咖啡
 */
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

拿铁咖啡工厂类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:35
 *      拿铁咖啡工厂对象，专门用来生产拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

咖啡店类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:02
 *      咖啡店
 */
public class CoffeeStore {

    private CoffeeFactory coffeeFactory;


    public void setCoffeeFactory(CoffeeFactory coffeeFactory) {
        this.coffeeFactory = coffeeFactory;
    }

    public Coffee orderCoffee() {
        Coffee coffee = coffeeFactory.createCoffee();

        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }

}

测试类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:39
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();

        CoffeeFactory coffeeFactory = new AmericanCoffeeFactory();
        coffeeStore.setCoffeeFactory(coffeeFactory);

        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee();

        System.out.println(coffee.getName());
    }
}

在这里插入图片描述
也就是每一产品都有一个实现工厂接口的工厂实现类，我们在调用时，先将具体的工厂实现类传给咖啡店类，然后在进行点单和选择。

1.4.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。

2.抽象工厂模式

2.1.概念

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。

2.2.结构

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。

2.3.类图

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。
在这里插入图片描述

2.4.实现

抽象咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 21:58
 *      抽象咖啡
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }

}

抽象甜品类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:51
 *      甜品抽象类
 */
public abstract class Dessert {

    public abstract void show();
}

甜品工厂接口类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:53
 *      甜品工厂
 */
public interface DessertFactory {

    // 生产咖啡的功能
    Coffee createCoffee();

    //
    Dessert createDessert();
}

美式咖啡类


/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:01
 *      美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

抹茶慕斯类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:53
 *      抹茶慕斯类
 */
public class MatchaMouse extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}

拿铁咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:01
 *       拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

提拉米苏类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:52
 *      提拉米苏类
 */
public class Trimisu extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}

意大利风味甜品工厂

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:56
 *         意大利风味甜品工厂
 *              生产拿铁咖啡和提拉米苏
 */
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new Trimisu();
    }
}

美式风味的甜品工厂

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:54
 *      美式风味的甜品工厂
 *              生产美式咖啡和抹茶慕斯
 */
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMouse();
    }
}

测试类


/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:57
 */
public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建意大利风味甜品工厂
//        ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();

        AmericanDessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();

        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        Dessert dessert = factory.createDessert();

        System.out.println(coffee.getName());
        dessert.show();

    }
}

在这里插入图片描述

2.5.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。

2.6.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。

3.模式扩展

3.1.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。

3.2.实现

在src/resources目录下创建一个bean.properties

american=com.xfcy.factory.config_factory.AmericanCoffee
latte=com.xfcy.factory.config_factory.LatteCoffee

抽象咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 21:58
 *      抽象咖啡
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }

}

美式咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:01
 *      美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

拿铁咖啡类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/18 22:01
 *       拿铁咖啡
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

咖啡工程类


import java.io.InputStream;
import java.util.HashMap;
import java.util.Properties;
import java.util.Set;

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 8:31
 *      咖啡工厂接口  简单工厂/静态工厂+配置文件
 */
public class CoffeeFactory {

    // 加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建该类的对象进行存储
    // 1.定义容器对象存储咖啡对象
    private static HashMap<String, Coffee> map = new HashMap<String, Coffee>();

    // 2.加载配置文件，只需要加载一次
    static {
        // 2.1 创建properties对象
        Properties properties = new Properties();
        // 2.2 调用对象中load方法进行配置文件的加载
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            properties.load(is);
            // 从properties集合中获取全类名并创建对象
            Set<Object> keys = properties.keySet();
            for (Object key : keys) {
                String className = properties.getProperty((String) key);
                // 通过反射创建对象
                Class<?> clazz = Class.forName(className);
                Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();
                // 将名称和对象存储到容器中
                map.put((String) key, coffee);
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    // 根据名称获取对象
    public static Coffee createCoffee(String name) {
        return map.get(name);
    }

}

测试类

/**
 * @author 晓风残月Lx
 * @date 2023/6/19 9:19
 *      简单工厂/静态工厂 + 配置文件
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee("american");
        System.out.println(coffee.getName());

        System.out.println("===========");

        Coffee coffee1 = CoffeeFactory.createCoffee("latte");
        System.out.println(coffee1.getName());
    }
}

在这里插入图片描述
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。
当然这种方法在Spring中应用极为广泛。

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Java设计模式

设计模式

工厂方法模式

抽象工厂模式

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