我所知道设计模式之工厂模式

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前言介绍


接下里介绍的是Java 的设计模式之一:工厂模式

我们还是以一个问题进行展开,引入工厂模式

现在需要你帮忙做一个项目完成披萨店订购功能

具体披萨种类有:GreekPizz、CheesePizz 等

披萨的制作有 prepare,bake, cut, box

要求:要便于披萨种类的扩展,要便于维护

你会怎么做这个程序?

一、使用传统方式解决问题


image.png

我们根据思路创建一个抽象类

abstract class Pizza{

    //披萨名字
    protected String name;
    
    //准备原材料,不同的披萨不一样,因此,我们做成抽象方法
    public abstract void prepare();

    public void bake(){
        System.out.println(name + "baking");
    }
    public void cut() {
        System. out.println(name +"cutting;");
    }
    //打包
    public void box() {
        System.out . println(name +"boxing;");
    }

    public String getName() { return name;}

    public void setName(String name) {this.name = name;}
}

接下来我们创建不同的披萨:奶酪披萨、希腊披萨

class CheesePizza extends Pizza{


    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("给奶酪披萨准备原材料");
    }
}

class GreekPizza extends Pizza {

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("给希腊披萨准备原材料");
    }
}

接下来我们看看传统的方式订购披萨,是怎么个流程?

public static void main(String[] args) {

    Pizza pizza = null;
    //用户输入的订购披萨类型 
    String orderType = "greek";//订购披萨的类型

    if (orderType.equals("greek")) {
        pizza = new GreekPizza();
        pizza.setName(" 希腊披萨 ");
    } else if (orderType.equals("cheese")) {
        pizza = new CheesePizza();
        pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
    }
    //输出 pizza 制作过程
    pizza.prepare();
    pizza.bake();
    pizza.cut();
    pizza.box();
}

运行结果如下:
给希腊披萨准备原材料
希腊披萨 baking
希腊披萨 cutting;
希腊披萨 boxing;

传统的方式的优缺点

优点是比较好理解,简单易操作。

缺点是违反了设计模式的 **ocp** 原则,即对扩展开放,对修改关闭。即当我们给类增加新功能的时候,尽量不修改代码,或者尽可能少修改代码.

image.png

比如我们这时要新增加一个 Pizza 的种类(Pepper 披萨),我们需要做如下修改. 如果我们增加一个 Pizza 类,只要是订购 Pizza 的代码都需要修改

改进的思路分析

分析:修改代码可以接受,但是如果我们在其它的地方也有创建 Pizza 的代码,就意味着,也需要修改,而创建 Pizza的代码,往往有多处。

思路:把创建 Pizza 对象封装到一个类中。

这样我们有新的 Pizza种类时,只需要修改该类就可,其它有创建到 Pizza对象的代码就不需要修改了.-> 简单工厂模式

二、什么是简单工厂模式


简单工厂模式是属于创建型模式,是工厂模式的一种。

简单工厂模式是由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例。

简单工厂模式是工厂模式家族中最简单实用的模式

简单工厂模式:定义了一个创建对象的类,由这个类来封装实例化对象的行为(代码)

在软件开发中,当我们会用到大量的创建某种、某类或者某批对象时,就会使用到工厂模式

三、使用简单工厂模式解决问题


简单工厂模式的设计方案:
定义一个可以实例化 Pizaa 对象的工厂类,封装创建对象的代码

image.png

我们采用简单工厂来创建披萨类,即可

//简单工厂类
public class SimpleFactory {

    //更加 orderType 返回对应的 Pizza 对象
    public Pizza createPizza(String orderType) {

        Pizza pizza = null;
        System.out.println("使用简单工厂模式");
        if (orderType.equals("greek")) {
            pizza = new GreekPizza();
            pizza.setName(" 希腊披萨 ");
        } else if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new CheesePizza();
            pizza.setName(" 奶酪披萨 ");
        }
        return pizza;
    }
}

接下来我们看看简单工厂的方式订购披萨,是怎么个流程?

public static void main(String[] args) {

    SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();

    Pizza pizza = null;
    //用户输入的订购披萨类型
    String orderType = "greek";//订购披萨的类型
    pizza = simpleFactory.createPizza(orderType);
    if(pizza!=null){
        //输出 pizza 制作过程
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
    }else{
        System.out.println("订购失败!");
    }
}
运行结果如下:
使用简单工厂模式
给希腊披萨准备原材料
希腊披萨 baking
希腊披萨 cutting;
希腊披萨 boxing;

这时有一个披萨项目新的需求:客户在点披萨时,可以点不同口味的披萨。

比如 北京的奶酪 pizza、北京的胡椒 pizza 或者是伦敦的奶酪pizza、伦敦的胡椒 pizza

思路 1

使用简单工厂模式,创建不同的简单工厂类。

比如BJPizzaSimpleFactory、LDPizzaSimpleFactory 等等.

从当前这个案例来说,也是可以的,但是考虑到项目的规模,以及软件的可维护性、可扩展性并不是特别好

思路 2

使用工厂模式

四、什么是工厂模式


工厂方法模式:定义了一个创建对象的抽象方法,由子类决定要实例化的类。工厂方法模式将对象的实例化推迟到子类

工厂方法模式设计方案:将披萨项目的实例化功能抽象成抽象方法,在不同的口味点餐子类中具体实现

image.png

接下来我们根据思路创建不同的披萨:北京披萨、伦敦披萨等等

class BJCheesePizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName ("北京的奶酪pizza") ;
        System. out.println("北京的奶酯pizza准备原材料");
    }
}
class BJPepperPizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName ("北京的胡椒pizza") ;
        System. out.println("北京的胡椒pizza准备原材料");
    }
}
class LDCheesePizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName ("伦敦的奶酪pizza") ;
        System. out.println("伦敦的奶酯pizza准备原材料");
    }
}
class LDPepperPizza extends Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        setName ("伦敦的胡椒pizza") ;
        System. out.println("伦敦的胡椒pizza准备原材料");
    }
}

接下来我们创建工厂方法的抽象类OrderPizza

abstract class OrderPizza {

    //定义一个抽象方法,createPizza ,让各个工厂子类自己实现
    abstract Pizza createPizza(String orderType);
}

接下来创建北京具体工厂、伦敦具体工厂的实现类

class BJOrderPizza extends OrderPizza {

    @Override
    Pizza createPizza(String orderType) {
        //因为是北京工厂,输入类型则 = 北京+类型
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        
        if(pizza!=null){
            //输出 pizza 制作过程
            pizza.prepare();
            pizza.bake();
            pizza.cut();
            pizza.box();
        }
        return pizza;
    }
}
class LDOrderPizza extends OrderPizza {

    @Override
    Pizza createPizza(String orderType) {
        //因为是伦敦工厂,输入类型则 = 伦敦+类型
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

那么接下来我们使用demo,体会一下好不好用?

public static void main(String[] args) {


    //创建北京口味的工厂
    BJOrderPizza bjOrderPizza =new BJOrderPizza();
    //选择greek
    String orderType = "cheese";
    //让北京工厂来做
    bjOrderPizza.createPizza(orderType);
}

运行结果如下:
北京的奶酯pizza准备原材料
北京的奶酪pizzabaking
北京的奶酪pizzacutting;
北京的奶酪pizzaboxing;

五、抽象工厂模式


抽象工厂模式:
定义了一个 interface 用于创建相关或有依赖关系的对象簇,而无需指明具体的类

抽象工厂模式可以将简单工厂模式和工厂方法模式进行整合

从设计层面看
抽象工厂模式就是对简单工厂模式的改进(或者称为进一步的抽象)

将工厂抽象成两层,AbsFactory(抽象工厂) 和 具体实现的工厂子类。

程序员可以根据创建对象类型使用对应的工厂子类。

这样将单个的简单工厂类变成了工厂簇,更利于代码的维护和扩展

六、使用抽象工厂模式解决问题


image.png

我们根据思路创建接口的工厂类

//一个抽象工厂模式的抽象层(接口)
interface AbsFactory{
    //让下面的工厂子类来具体实现
    public Pizza createPizza(String orderType);
}

接着创建实现该接口的北京工厂、伦敦工厂子类

//伦敦工厂子类
class LDFactory implements AbsFactory {

    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        System.out.println("~使用的是抽象工厂模式~");
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new LDCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new LDPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}
//北京工厂子类
class BJFactory implements AbsFactory {

    @Override
    public Pizza createPizza(String orderType) {
        System.out.println("~使用的是抽象工厂模式~");
        Pizza pizza = null;
        if (orderType.equals("cheese")) {
            pizza = new BJCheesePizza();
        } else if (orderType.equals("pepper")) {
            pizza = new BJPepperPizza();
        }
        return pizza;
    }
}

接下来我们创建OrderPiz,只需要聚合接口工厂即可

class OrderPizza {
   
    //聚合工厂接口
    AbsFactory factory;
    // 构造器
    public OrderPizza(AbsFactory factory) {
        setFactory(factory);
    }

    private void setFactory(AbsFactory factory) {
        Pizza pizza = null;
        String orderType = ""; //  用户输入
        this.factory = factory;
        do {
            orderType = getType();
            // factory  可能是北京的工厂子类,也可能是伦敦的工厂子类
            pizza = factory.createPizza(orderType);
            if (pizza != null) { // 订 购 ok
                pizza.prepare();
                pizza.bake();
                pizza.cut();
                pizza.box();
            } else {
                System.out.println("订购失败");
                break;
            }
        } while (true);
    }
    // 写一个方法,可以获取客户希望订购的披萨种类
    private String getType() {
        try {
            BufferedReader strin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
            System.out.println("input pizza 种类:");
            String str = strin.readLine();
            return str;
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return "";
        }
    }
}

接下来我们使用demo 体会抽象工厂与工厂有何不同

public static void main(String[] args) {

    //创建订单披萨
    //传入北京工厂
    OrderPizza orderPizza = new OrderPizza(new BJFactory());
}
运行结果如下;
input pizza 种类:
cheese
~使用的是抽象工厂模式~
北京的奶酯pizza准备原材料
北京的奶酪pizzabaking
北京的奶酪pizzacutting;
北京的奶酪pizzaboxing;

七、工厂模式小结


工厂模式的意义

将实例化对象的代码提取出来,放到一个类中统一管理和维护,达到和主项目的依赖关系的解耦。从而提高项目的扩展和维护性。

三种工厂模式

(简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式)

设计模式的依赖抽象原则

Ø 创建对象实例时,不要直接 new 类, 而是把这个 new 类的动作放在一个工厂的方法中,并返回。

有的书上说, 变量不要直接持有具体类的引用。

Ø 不要让类继承具体类,而是继承抽象类或者是实现 interface(接口)

不要覆盖基类中已经实现的方法

参考资料


尚硅谷:设计模式(韩顺平老师):工厂模式

Refactoring.Guru:《深入设计模式》

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