04.创建型:简单工厂模式

杨充北京
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创建型:简单工厂模式

目录介绍
  • 01.工厂模式介绍
  • 02.使用背景说明
  • 03.模式结构介绍
  • 04.简单工厂模式
  • 05.简单工厂优缺点

01.工厂模式介绍

  • 一般情况下,工厂模式分为三种更加细分的类型:

    • 简单工厂、工厂方法和抽象工厂。不过,在 GoF 的《设计模式》一书中,它将简单工厂模式看作是工厂方法模式的一种特例,所以工厂模式只被分成了工厂方法和抽象工厂两类。实际上,
  • 在这三种细分的工厂模式中,简单工厂、工厂方法原理比较简单,在实际的项目中也比较常用。

    • 而抽象工厂的原理稍微复杂点,在实际的项目中相对也不常用。所以,今天讲解的重点是前两种工厂模式。对于抽象工厂,你稍微了解一下即可。
  • 讲解的重点也不是原理和实现,因为这些都很简单,重点还是带你搞清楚应用场景。

    • 什么时候该用工厂模式?相对于直接 new 来创建对象,用工厂模式来创建究竟有什么好处呢?

02.使用背景说明

  • 考虑一个简单的软件应用场景:一个软件系统可以提供多个外观不同的按钮(如圆形按钮、矩形按钮、菱形按钮等), 这些按钮都源自同一个基类,不过在继承基类后不同的子类修改了部分属性从而使得它们可以呈现不同的外观。
  • 如果希望在使用这些按钮时,不需要知道这些具体按钮类的名字,只需要知道表示该按钮类的一个参数,并提供一个调用方便的方法,把该参数传入方法即可返回一个相应的按钮对象,此时,就可以使用简单工厂模式。

03.模式结构介绍

  • Factory:工厂角色。工厂角色负责实现创建所有实例的内部逻辑
  • Product:抽象产品角色。抽象产品角色是所创建的所有对象的父类,负责描述所有实例所共有的公共接口
  • ConcreteProduct:具体产品角色。具体产品角色是创建目标,所有创建的对象都充当这个角色的某个具体类的实例。

04.简单工厂模式

  • 首先,我们来看,什么是简单工厂模式。通过一个例子来解释一下。在下面这段代码中,我们根据配置文件的后缀(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) {
        String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        IRuleConfigParser parser = null;
        if ("json".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
          parser = new JsonRuleConfigParser();
        } else if ("xml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
          parser = new XmlRuleConfigParser();
        } else if ("yaml".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
          parser = new YamlRuleConfigParser();
        } else if ("properties".equalsIgnoreCase(ruleConfigFileExtension)) {
          parser = new PropertiesRuleConfigParser();
        } else {
          throw new InvalidRuleConfigException(
                 "Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
        }
    
        String configText = "";
        //从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
        RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
        return ruleConfig;
      }
    
      private String getFileExtension(String filePath) {
        //...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
        return "json";
      }
    }
  • 在“规范和重构”那一部分中,有讲到,为了让代码逻辑更加清晰,可读性更好,我们要善于将功能独立的代码块封装成函数。

    • 按照这个设计思路,我们可以将代码中涉及 parser 创建的部分逻辑剥离出来,抽象成 createParser() 函数。重构之后的代码如下所示:

      public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
      String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
      IRuleConfigParser parser = createParser(ruleConfigFileExtension);
      if (parser == null) {
        throw new InvalidRuleConfigException(
                "Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
      }
      
      String configText = "";
      //从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
      RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
      return ruleConfig;
      }
      
      private String getFileExtension(String filePath) {
      //...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
      return "json";
      }
      
      private IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {
      IRuleConfigParser parser = null;
      if ("json".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
        parser = new JsonRuleConfigParser();
      } else if ("xml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
        parser = new XmlRuleConfigParser();
      } else if ("yaml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
        parser = new YamlRuleConfigParser();
      } else if ("properties".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
        parser = new PropertiesRuleConfigParser();
      }
      return parser;
      }
      }
  • 为了让类的职责更加单一、代码更加清晰,我们还可以进一步将 createParser() 函数剥离到一个独立的类中,让这个类只负责对象的创建。而这个类就是我们现在要讲的简单工厂模式类。具体的代码如下所示:

    public class RuleConfigSource {
      public RuleConfig load(String ruleConfigFilePath) {
        String ruleConfigFileExtension = getFileExtension(ruleConfigFilePath);
        IRuleConfigParser parser = RuleConfigParserFactory.createParser(ruleConfigFileExtension);
        if (parser == null) {
          throw new InvalidRuleConfigException(
                  "Rule config file format is not supported: " + ruleConfigFilePath);
        }
    
        String configText = "";
        //从ruleConfigFilePath文件中读取配置文本到configText中
        RuleConfig ruleConfig = parser.parse(configText);
        return ruleConfig;
      }
    
      private String getFileExtension(String filePath) {
        //...解析文件名获取扩展名,比如rule.json,返回json
        return "json";
      }
    }
    
    public class RuleConfigParserFactory {
      public static IRuleConfigParser createParser(String configFormat) {
        IRuleConfigParser parser = null;
        if ("json".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
          parser = new JsonRuleConfigParser();
        } else if ("xml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
          parser = new XmlRuleConfigParser();
        } else if ("yaml".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
          parser = new YamlRuleConfigParser();
        } else if ("properties".equalsIgnoreCase(configFormat)) {
          parser = new PropertiesRuleConfigParser();
        }
        return parser;
      }
    }
  • 大部分工厂类都是以“Factory”这个单词结尾的,但也不是必须的,比如 Java 中的 DateFormat、Calender。除此之外,工厂类中创建对象的方法一般都是 create 开头,比如代码中的 createParser(),但有的也命名为 getInstance()、createInstance()、newInstance(),有的甚至命名为 valueOf()(比如 Java String 类的 valueOf() 函数)等等,这个我们根据具体的场景和习惯来命名就好。
  • 在上面的代码实现中,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,为了节省内存和对象创建的时间,我们可以将 parser 事先创建好缓存起来。当调用 createParser() 函数的时候,我们从缓存中取出 parser 对象直接使用。
  • 这有点类似单例模式和简单工厂模式的结合,具体的代码实现如下所示。在接下来的讲解中,我们把上一种实现方法叫作简单工厂模式的第一种实现方法,把下面这种实现方法叫作简单工厂模式的第二种实现方法。

    public class RuleConfigParserFactory {
      private static final Map<String, RuleConfigParser> 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 configFormat) {
        if (configFormat == null || configFormat.isEmpty()) {
          return null;//返回null还是IllegalArgumentException全凭你自己说了算
        }
        IRuleConfigParser parser = cachedParsers.get(configFormat.toLowerCase());
        return parser;
      }
    }
  • 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。关于这一点,我们在后面章节中会详细讲到。
  • 尽管简单工厂模式的代码实现中,有多处 if 分支判断逻辑,违背开闭原则,但权衡扩展性和可读性,这样的代码实现在大多数情况下(比如,不需要频繁地添加 parser,也没有太多的 parser)是没有问题的。

05.简单工厂优缺点

  • 优点:

    • 通过使用工厂类,外界不再需要关心如何创造各种具体的产品,只要提供一个产品的名称作为参数传给工厂,就可以直接得到一个想要的产品对象,并且可以按照接口规范来调用产品对象的所有功能(方法)。
    • 构造容易,逻辑简单。
  • 缺点:

    • 1.简单工厂模式中的if else判断非常多,完全是Hard Code,如果有一个新产品要加进来,就要同时添加一个新产品类,并且必须修改工厂类,再加入一个 else if 分支才可以, 这样就违背了 “开放-关闭原则”中的对修改关闭的准则了。当系统中的具体产品类不断增多时候,就要不断的修改工厂类,对系统的维护和扩展不利。
    • 2.一个工厂类中集合了所有的类的实例创建逻辑,违反了高内聚的责任分配原则,将全部的创建逻辑都集中到了一个工厂类当中,所有的业务逻辑都在这个工厂类中实现。什么时候它不能工作了,整个系统都会受到影响。因此一般只在很简单的情况下应用,比如当工厂类负责创建的对象比较少时。
    • 3.简单工厂模式由于使用了静态工厂方法,造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。
  • 适用环境

    • 工厂类负责创建的对象比较少:由于创建的对象较少,不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂。
    • 客户端只知道传入工厂类的参数,对于如何创建对象不关心:客户端既不需要关心创建细节,甚至连类名都不需要记住,只需要知道类型所对应的参数。

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