深入理解java工厂设计模式

Java
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2023-10-16
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标签   Java设计模式

简单工厂

简单工厂的定义

应用简单工厂来解决问题的思路

分析上面的问题，虽然不能让模块外部知道模块内部的具体实现，但是模块内部是可以知道实现类的，而且创建接口时需要具体实现类的。

那么，干脆在模块内部新建一个类，在这个类里面来创建接口，然后把创建的接口返回给客户端，这样，外部应用就只需要根据这个类来获取相应的接口对象，然后就可以操作接口定义的方法了。把这样的对象成为简单工厂，就叫它 Factory吧。

这样一来，客户端就可以通过Factoy 来获取简单的接口对象，然后调用接口的方法来实现需要的功能，而且客户端也不用再关心具体的实现了。

简单工厂的模板写法

(1) Api 定义的示例代码 

 /**
 * 接口的定义，该接口可以通过简单工厂来创建
 */
public interface Api {
    /**
     * 具体功能方法的定义
     * @param s
     */
    public void operation(String s);
}

(2) 接口实现A 代码 

 /**
 * 接口的具体实现对象A
 */
public class ImplA  implements Api{
 
    @Override
    public void operation(String s) {
        //实现功能的代码
        System.out.println("Impl A s=="+s);
    }
}

(2) 接口实现B 

 /**
 * 接口的具体实现对象B
 */
public class ImplB implements Api{
    @Override
    public void operation(String s) {
        //实现功能的代码
        System.out.println("Impl B s=="+s);
    }
}

(4) 工厂类 

 /**
 * 工厂类，用来创建Api对象
 */
public class Factory {
    /**
     * 具体创建Api对象的方法
     * @param condition 从外部传入的选择条件
     * @return
     */
    public static  Api createApi(int condition){
       // 应该根据某些条件去选择究竟创建哪一个具体的实现对象
        // 这些条件可以从外部传入，也可以从其他途径来获取
        // 如果只有一个实现，可以省略条件，因为没有选择的必要
        Api api = null;
        if(condition ==){
            api = new ImplA();
        }else if(condition ==){
            api = new ImplB();
        }
        return api;
    }
}

(5)测试类 

 public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 通过简单工厂来获取接口对象
        Api api = Factory.createApi();
        api.operation("正在使用简单工厂");
    }
}

简单工厂的实例

下面我们举一个解析配置文件的例子。

配置文件的后缀有多种(json xml yaml properties） ，选择不同的解析器(JsonRuleConfigParser、XmlRuleConfigParser…) ,将存储在文件中的配置解析成内存对象 RuleConfig。 

 public class RuleConfigSource {
    public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) throws Exception {
        String ruleConfigFileExtension  = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        IRuleConfigParser parser = null;
        if("json".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new JsonRuleConfigParser();
        }else if("xml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new XmlRuleConfigParser();
        }else if("yaml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new YamlRuleConfigParser();
        }else{
            throw  new Exception("Rule config file format is not support..."+ruleConfigFileExtension);
        }
        String configContent = "";
        RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configContent);
        return ruleConfig;
    }
 
    private String getFileExtension(String ruleConfigFilePath) {
        //根据配置文件获取 文件的后缀
        return "json";
    }
}

我们对上面代码进行重构，把 选择解析器的代码剥离出来 

 public class RuleConfigSource {
    public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) throws Exception {
        String ruleConfigFileExtension  = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        IRuleConfigParser parser = createParser(ruleConfigFileExtension);
        if(parser == null){
            throw  new Exception("Rule config file format is not support..."+ruleConfigFileExtension);
        }
        String configContent = "";
        RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configContent);
        return ruleConfig;
    }
 
    private IRuleConfigParser createParser(String ruleConfigFileExtension){
        IRuleConfigParser parser = null;
        if("json".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new JsonRuleConfigParser();
        }else if("xml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new XmlRuleConfigParser();
        }else if("yaml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new YamlRuleConfigParser();
        }
        return parser;
    }
    private String getFileExtension(String ruleConfigFilePath) {
        //根据配置文件获取 文件的后缀
        return "json";
    }
}

为了让类的职责更加单一、代码更加清晰，我们可以将 createParser 方法抽取到一个单独类中。 

 public class RuleConfigSource {
    public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) throws Exception {
        String ruleConfigFileExtension  = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        IRuleConfigParser parser = RuleConfigParserFactory.createParser(ruleConfigFileExtension);
        if(parser == null){
            throw  new Exception("Rule config file format is not support..."+ruleConfigFileExtension);
        }
        String configContent = "";
        RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configContent);
        return ruleConfig;
    }
    private String getFileExtension(String ruleConfigFilePath) {
        //根据配置文件获取 文件的后缀
        return "json";
    }
}
public class RuleConfigParserFactory {
    public  static  IRuleConfigParser createParser(String ruleConfigFileExtension){
        IRuleConfigParser parser = null;
        if("json".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new JsonRuleConfigParser();
        }else if("xml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new XmlRuleConfigParser();
        }else if("yaml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parser = new YamlRuleConfigParser();
        }
        return parser;
    }
}

上面的代码中，我们每次调用 RuleConfigParserFactory 的createParser() 的时候，都要创建一个新的parser 。实际上，如果parser 可以复用，为了节省内存，我们可以在系统启动的时候就初始化好，当调用createParser()函数的时候，我们可以从缓存中获取parser直接使用； 

 public class RuleConfigParserFactory {
    private static final Map<String,IRuleConfigParser> cachedParsers = new HashMap<>();
 
    static{
        cachedParsers.put("json",new JsonRuleConfigParser());
        cachedParsers.put("xml",new XmlRuleConfigParser());
        cachedParsers.put("yaml",new YamlRuleConfigParser());
        cachedParsers.put("properties",new PropertiesRuleConfigParser());
    }
 
    public  static  IRuleConfigParser createParser(String ruleConfigFileExtension){
        return cachedParsers.get(ruleConfigFileExtension);
    }
}

我们也可以提供注册接口，可以让用户自定义配置，然后添加到Map中； 

 public static  void register(String ruleConfigFileExtension,IRuleConfigParser iRuleConfigParser )
{
   cachedParsers.put(ruleConfigFileExtension,iRuleConfigParser);
}

在Mybatis中注册TypeHandler也是使用这种模式 

 public final class TypeHandlerRegistry {
 
  private final Map<JdbcType, TypeHandler<?>>  jdbcTypeHandlerMap = new EnumMap<>(JdbcType.class);
  private final Map<Type, Map<JdbcType, TypeHandler<?>>> typeHandlerMap = new ConcurrentHashMap<>();
  private final TypeHandler<Object> unknownTypeHandler = new UnknownTypeHandler(this);
  private final Map<Class<?>, TypeHandler<?>> allTypeHandlersMap = new HashMap<>();
 
  private static final Map<JdbcType, TypeHandler<?>> NULL_TYPE_HANDLER_MAP = Collections.emptyMap();
 
  private Class<? extends TypeHandler> defaultEnumTypeHandler = EnumTypeHandler.class;
 
  public TypeHandlerRegistry() {
    register(Boolean.class, new BooleanTypeHandler());
    register(boolean.class, new BooleanTypeHandler());
    register(JdbcType.BOOLEAN, new BooleanTypeHandler());
    register(JdbcType.BIT, new BooleanTypeHandler());
 
    register(Byte.class, new ByteTypeHandler());
    register(byte.class, new ByteTypeHandler());
    register(JdbcType.TINYINT, new ByteTypeHandler());
    ......
  }
 
 
 
 
  // java type + handler
 
  public <T> void register(Class<T> javaType, TypeHandler<? extends T> typeHandler) {
    register((Type) javaType, typeHandler);
  }
 
  private <T> void register(Type javaType, TypeHandler<? extends T> typeHandler) {
    MappedJdbcTypes mappedJdbcTypes = typeHandler.getClass().getAnnotation(MappedJdbcTypes.class);
    if (mappedJdbcTypes != null) {
      for (JdbcType handledJdbcType : mappedJdbcTypes.value()) {
        register(javaType, handledJdbcType, typeHandler);
      }
      if (mappedJdbcTypes.includeNullJdbcType()) {
        register(javaType, null, typeHandler);
      }
    } else {
      register(javaType, null, typeHandler);
    }
  }
 
 
 
}

对于上面两种简单工厂模式的实现方法，如果我们要添加新的 parser，那势必要改动到 RuleConfigParserFactory 的代码，那这是不是违反开闭原则呢？实际上，如果不是需要频繁地添加新的 parser，只是偶尔修改一下 RuleConfigParserFactory 代码，稍微不符合开闭原则，也是完全可以接受的。

除此之外，在 RuleConfigParserFactory 的第一种代码实现中，有一组 if 分支判断逻辑，是不是应该用多态或其他设计模式来替代呢？实际上，如果 if 分支并不是很多，代码中有 if 分支也是完全可以接受的。应用多态或设计模式来替代 if 分支判断逻辑，也并不是没有任何缺点的，它虽然提高了代码的扩展性，更加符合开闭原则，但也增加了类的个数，牺牲了代码的可读性。

下面我们是使用注解来消灭if else

首先我们自定义一个注解： 

 @Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
public @interface ConfChoice {
    String confType();
}

每个解析类上加上注解 

 @ConfChoice(confType = "json")
public class JsonRuleConfigParser implements IRuleConfigParser {
    @Override
    public RuleConfig parse(String text) {
        return null;
    }
}

工厂解析类： 

 public class RuleConfigParserFactory {
    private static final RuleConfigParserFactory INSTANCE = new RuleConfigParserFactory();
    private RuleConfigParserFactory(){}
 
    public static  RuleConfigParserFactory getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
    private static final Map<String,String> cachedParsers = new HashMap<>();
 
    static{
        //、扫描支付渠道的实现类 ,Reflections 依赖 Google 的 Guava 库和 Javassist 库
        Reflections reflections = new Reflections("com.design.factory.simple");
        //、获取所有包含PayChannel注解的类
        Set<Class<?>> classList = reflections.getTypesAnnotatedWith(ConfChoice.class);
        for (Class clazz : classList) {
            ConfChoice type = (ConfChoice) clazz.getAnnotation(ConfChoice.class);
            //、赋值payChannelMap，存储所有的支付渠道
            cachedParsers.put(type.confType(), clazz.getCanonicalName());
        }
    }
    public  static  IRuleConfigParser createParser(String ruleConfigFileExtension) throws ClassNotFoundException, IllegalAccessException, InstantiationException {
        String className = cachedParsers.get(ruleConfigFileExtension);
        Class clazz = Class.forName(className);
        return (IRuleConfigParser)clazz.newInstance();
    }
}

解析类的使用： 

 public class RuleConfigSource {
    public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) throws Exception {
        String ruleConfigFileExtension  = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        IRuleConfigParser parser = RuleConfigParserFactory.createParser(ruleConfigFileExtension);
        if(parser == null){
            throw  new Exception("Rule config file format is not support..."+ruleConfigFileExtension);
        }
        String configContent = "";
        RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configContent);
        return ruleConfig;
    }
    private String getFileExtension(String ruleConfigFilePath) {
        //根据配置文件获取 文件的后缀
        return "json";
    }
}

何时选用简单工厂

建议在以下情况选用简单工厂

  • 如果想要完全封装隔离具体实现，让外部只能通过接口来操作封装体，那么可以选用简单工厂，让客户端通过工厂来获取相应的接口，而无须关心具体的实现。
  • 如果想要把外部创建对象的职责几种管理和控制，可以选用简单工厂，一个简单工厂可以创建很多的、不相关的对象，可以把对外创建对象的职责几种到一个简单工厂来，从而实现集中管理和控制。

工厂方法

工厂方法的定义

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，Factory method 使一个类的实例化延迟到其子类

应用工厂方法模式来解决问题的思路

工厂方法模式的解决思路很有意思，那就是不解决，采取无为而治的方式: 不是需要一个接口对象吗？那就定义一个方法来创建；可是事实上他自己是不知道如何创建这个接口对象的，没有关系，定义成抽象对象本身就可以只是面向接口编程，而无需关心到底如何创建接口对象了。

工厂方法的模板写法

（1）Product 定义的示例代码如下 

 /**
 * 工厂方法所创建的对象的接口
 */
public interface Product {
    // 可以定义Product的属性和方法
}

（2）Product 实现对象的示例代码如下 

 /**
 * 具体的Product对象
 */
public class ConcreteProduct  implements  Product{
}

（3）创建器定义的示例代码如下 

 /**
 * 创建器，声明工厂方法
 */
public abstract class Creator {
    protected abstract Product factoryMethod();
    public void someOperation(){
        //通常在这些方法实现中需要调用工厂方法来获取 Product 对象
        Product product = factoryMethod();
    }
}

（4）创建器实现对象的示例代码如下 

 /**
 * 具体的创建器的实现对象
 */
public class ConcreteCreator  extends Creator{
    @Override
    protected Product factoryMethod() {
        //重定义工厂方法，返回一个具体的Product对象
        return new ConcreteProduct();
    }
}

工厂方法的示例

我们使用工厂方法来修改上面的 解析配置文件解析器 

 public abstract class AbstractRuleConfigParserCreator {
    abstract IRuleConfigParser createParser();
    public RuleConfig parse(String configText){
       IRuleConfigParser ruleConfigParser = createParser();
       return ruleConfigParser.parse(configText);
    }
}
public class JsonRuleConfigParserCreator  extends  AbstractRuleConfigParserCreator{
    @Override
    IRuleConfigParser createParser() {
        return new JsonRuleConfigParser();
    }
}
public class XmlRuleConfigParserCreator extends AbstractRuleConfigParserCreator{
    @Override
    IRuleConfigParser createParser() {
        return new XmlRuleConfigParser();
    }
}
public class YamlRuleConfigParserCreator extends AbstractRuleConfigParserCreator{
    @Override
    IRuleConfigParser createParser() {
        return new YamlRuleConfigParser();
    }
}
public class PropertiesRuleConfigParserCreator extends AbstractRuleConfigParserCreator{
    @Override
    IRuleConfigParser createParser() {
        return new PropertiesRuleConfigParser();
    }
}

那么如何将这些工厂类实现RuleConfigSource 的load()函数。具体代码如下： 

 public class RuleConfigSource {
    public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) throws Exception {
        String ruleConfigFileExtension  = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        AbstractRuleConfigParserCreator parserCreator = null;
        if("json".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parserCreator = new JsonRuleConfigParserCreator();
        }else if("xml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parserCreator = new XmlRuleConfigParserCreator();
        }else if("yaml".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parserCreator = new YamlRuleConfigParserCreator();
        }else if("properties".equals(ruleConfigFileExtension)){
            parserCreator = new PropertiesRuleConfigParserCreator();
        }else{
            throw new Exception("");
        }
        String configText = "";
        return parserCreator.parse(configText);
    }
    private String getFileExtension(String ruleConfigFilePath) {
        //根据配置文件获取 文件的后缀
        return "json";
    }
}

我们还可以学着简单工厂模式 使用Map来缓存所有的Creator 类； 

 public class RuleConfigParserCreatorFactory {
    private static final Map<String,AbstractRuleConfigParserCreator> cacheCreators = new HashMap<>();
 
    static{
        cacheCreators.put("json",new JsonRuleConfigParserCreator());
        cacheCreators.put("xml",new XmlRuleConfigParserCreator());
        cacheCreators.put("yaml",new YamlRuleConfigParserCreator());
        cacheCreators.put("properties",new PropertiesRuleConfigParserCreator());
    }
    public static AbstractRuleConfigParserCreator getParserFactory(String type){
        if(type==null || type.isEmpty()){
            return null;
        }
        AbstractRuleConfigParserCreator parserCreator = cacheCreators.get(type);
        return parserCreator;
    }
}

当我们需要添加新的规则配置解析器的时候，我们只需要创建新的 parser 类和 parser factory 类，并且在 RuleConfigParserFactoryMap 类中，将新的 parser factory 对象添加到 cachedFactories 中即可。代码的改动非常少，基本上符合开闭原则。

何时选用工厂方法模式

建议在以下情况下选用工厂方法模式。

  • 如果一个类需要创建某个接口的对象，但是又不知道具体的实现，这种情况可以选用工厂方法模式，把创建对象的工作延迟到子类中去实现。
  • 如果一个类本身就希望由他的子类来创建所需的对象的时候，应该使用工厂方法模式。
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