java设计模式学习之【工厂模式】

骑猪看日落 2024-02-17 09:17 40阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  引言
 *  工厂方法模式简介
 *   *  定义与用途：
     *  实现方式：
 *  使用场景
 *  优势与劣势
 *  工厂模式在spring中的应用
 *  电费计算示例（简单工厂模式）
 *  改善为方法工厂模式
 *  代码地址

## 引言 ##

在软件开发的世界中，对象的创建可能是一个复杂且重复的过程。为了简化这个过程，设计模式中的“工厂方法”就像一个小工厂，专门负责生产特定类型的对象。今天，我们来深入探索这个设计模式，看看它是如何让对象的创建变得简单又有趣。

## 工厂方法模式简介 ##

**工厂方法模式是一种创建型设计模式。** 它通过使用一个工厂类来创建对象，而不是直接使用 new 运算符。这使得程序可以在不知道对象确切类型的情况下，生成对象的实例。

### 定义与用途： ###

1.  工厂设计模式是一种创建型设计模式，广泛应用于JDK和像Spring、Struts这样的框架中。
2.  当有一个超类和多个子类，并且基于输入返回其中一个子类时，使用工厂设计模式是非常合适的。

### 实现方式： ###

通过将类的实例化过程从客户端代码转移到工厂类，从而减少客户端的复杂性。

## 使用场景 ##

*  当类的实例化过程复杂，需要依据不同的条件来创建不同的对象时。
 *  当需要解耦对象的创建和使用时。
 *  在提供一个类库，并希望只暴露接口而非实现细节时。

## 优势与劣势 ##

*  **优势**  
    提高灵活性：可以在运行时选择创建哪个类的实例。  
    降低耦合度：客户端代码与具体类的创建过程解耦。  
    易于扩展：添加新的类不影响现有代码。
 *  **劣势**  
    增加代码复杂性：可能会引入许多新类，增加系统的复杂性。  
    维护难度：当添加新类型时，可能需要修改工厂类。

## 工厂模式在spring中的应用 ##

Spring框架广泛地应用了工厂模式，这是Spring框架中对象管理和依赖注入核心功能的基础。以下是Spring框架中使用工厂模式的几个关键地方：

BeanFactory：
    Spring框架中最基本的容器，它提供了依赖注入（DI）的支持。
    BeanFactory 使用工厂模式来实例化应用程序中的所有bean。
    它使用 getBean 方法来创建bean实例。
    
    ApplicationContext：
    它是 BeanFactory 的子接口，提供了更高级的特性，如事件传播、资源加载等。
    ApplicationContext 本身也是一个大型工厂，用于创建并管理应用程序中的beans，以及提供对不同类型的bean的访问。
    
    FactoryBean：
    Spring中特殊的bean类型，用于产生其他bean实例。
    这种模式允许用户实现复杂的初始化逻辑，并通过Spring容器进行管理。
    
    BeanDefinition：
    在Spring中，BeanDefinition 代表了bean的配置元数据，它将如何在Spring容器中创建bean的细节描述了出来。
    通过这种方式，Spring使用工厂模式来创建具体的bean实例。
    
    单例模式与工厂模式的结合：
    默认情况下，Spring容器中的所有bean都是单例的，这意味着每个bean都是全局唯一的并且在整个应用程序中共享。
    Spring容器作为工厂，管理着这些单例bean的生命周期和实例化过程。
    
    依赖注入（DI）：
    虽然DI不是工厂模式，但它利用了工厂模式的概念来实现对象的创建和依赖的注入。
    DI容器（如 Ap	plicationContext）负责创建对象和管理它们的依赖关系，这在本质上是一种工厂模式的应用。

## 电费计算示例（简单工厂模式） ##

我们将创建一个名为 Plan 的抽象类以及继承该抽象类的具体类。下一步是定义一个名为 GetPlanFactory 的工厂类。  
GenerateBill 类将使用 GetPlanFactory 来获取一个 Plan 对象。它将传递信息（DOMESTICPLAN / COMMERCIALPLAN / INSTITUTIONALPLAN）给 GetPlanFactory，以获取它所需的对象类型。  
![在这里插入图片描述][58bac079e0034d24846548d4f60dc61d.png]

**步骤 1：** 创建抽象计划类  
首先，我们定义一个抽象类 Plan，它包含了计算电费所必需的方法和属性。

abstract class Plan {
        
        protected double rate;
        abstract void getRate();
    
        public void calculateBill(int units) {
        
            System.out.println(units * rate);
        }
    } //end of Plan class.

**步骤 2：** 定义具体计划类  
接着，我们创建具体类 DomesticPlan、CommercialPlan 和 InstitutionalPlan，这些类继承自 Plan 并提供了 getRate 方法的具体实现。

class DomesticPlan extends Plan {
        
        public void getRate() {
        
            rate = 3.50;
        }
    } //end of DomesticPlan class.
    
    class CommercialPlan extends Plan {
        
        public void getRate() {
        
            rate = 7.50;
        }
    } //end of CommercialPlan class.
    
    class InstitutionalPlan extends Plan {
        
        public void getRate() {
        
            rate = 5.50;
        }
    } //end of InstitutionalPlan class.

**步骤 3：** 创建工厂类  
GetPlanFactory 是一个工厂类，根据传入的计划类型生成相应的计划对象。

class GetPlanFactory {
        
        public Plan getPlan(String planType) {
        
            if (planType == null) {
        
                return null;
            }
            if (planType.equalsIgnoreCase("DOMESTICPLAN")) {
        
                return new DomesticPlan();
            } else if (planType.equalsIgnoreCase("COMMERCIALPLAN")) {
        
                return new CommercialPlan();
            } else if (planType.equalsIgnoreCase("INSTITUTIONALPLAN")) {
        
                return new InstitutionalPlan();
            }
            return null;
        }
    } //end of GetPlanFactory class.

**步骤 4：** 生成账单  
GenerateBill 类使用 GetPlanFactory 来获取具体的计划对象，并根据使用的单位数计算电费。

class GenerateBill {
        
        public static void main(String args[]) throws IOException {
        
            GetPlanFactory planFactory = new GetPlanFactory();
    
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    
            System.out.print("Enter the name of plan for which the bill will be generated: ");
            String planName = br.readLine();
            System.out.print("Enter the number of units for bill will be calculated: ");
            int units = Integer.parseInt(br.readLine());
    
            Plan p = planFactory.getPlan(planName);
            System.out.print("Bill amount for " + planName + " of " + units + " units is: ");
            p.getRate();
            p.calculateBill(units);
        }
    } //end of GenerateBill class.

以上就是一个简单的工厂模式示例代码，运行代码我们可以看到：  
输入相应的计划就可以算出该类型下具体的电费。  
![在这里插入图片描述][1cca9aa712ef42d18a444144a8d6a251.png]

## 改善为方法工厂模式 ##

当新的计划类型增加时，GetPlanFactory 就需要修改。这违反了开闭原则（对扩展开放，对修改封闭）。  
以上举例属于简单工厂模式接下来改为方法工厂模式。

**改造步骤**

*  创建一个抽象的工厂类或接口。
 *  为每种计划类型创建具体的工厂类，继承自抽象工厂类或实现工厂接口。
 *  每个具体工厂类实现创建相应产品对象的方法。

public abstract class GetPlanFactoryPro {
        
        abstract Plan getPlan();
    }
    
    class DomesticPlanFactory extends GetPlanFactoryPro {
        
        @Override
        Plan getPlan() {
        
            return new DomesticPlan();
        }
    }
    
    class CommercialPlanFactory extends GetPlanFactoryPro {
        
        @Override
        Plan getPlan() {
        
            return new CommercialPlan();
        }
    }
    
    class InstitutionalPlanFactory extends GetPlanFactoryPro {
        
        @Override
        Plan getPlan() {
        
            return new InstitutionalPlan();
        }
    }

调用方法：

public class GenerateBillPro {
        
    
        public static void main(String[] args) throws IOException {
        
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    
            System.out.print("Enter the name of plan for which the bill will be generated: ");
            String planName = br.readLine();
            System.out.print("Enter the number of units for bill will be calculated: ");
            int units = Integer.parseInt(br.readLine());
    
            GetPlanFactoryPro factory = getFactory(planName);
            if (factory == null) {
        
                System.out.println("Invalid Plan Type");
                return;
            }
    
            Plan p = factory.getPlan();
            System.out.print("Bill amount for " + planName + " of " + units + " units is: ");
            p.getRate();
            p.calculateBill(units);
        }
    
        private static GetPlanFactoryPro getFactory(String planType) {
        
            if (planType.equalsIgnoreCase("DOMESTICPLAN")) {
        
                return new DomesticPlanFactory();
            } else if (planType.equalsIgnoreCase("COMMERCIALPLAN")) {
        
                return new CommercialPlanFactory();
            } else if (planType.equalsIgnoreCase("INSTITUTIONALPLAN")) {
        
                return new InstitutionalPlanFactory();
            }
            return null;
        }
    
    }

\*\*灵活性和扩展性：\*\*通过使用工厂方法模式，我们增加了代码的灵活性和扩展性。如果要添加新的计划类型，只需增加一个新的工厂类，而无需修改现有的工厂逻辑或客户端代码。  
\*\*符合开闭原则：\*\*工厂方法模式使得我们的代码更好地符合开闭原则，因为现在系统可以在不修改现有代码的情况下引入新类型的Plan。

**缺点：**  
随着产品类的增加，相关的工厂类也会增加，可能导致系统类的数量增长。

## 代码地址 ##

23种设计模式相关代码后续会逐步提交到github上，方便学习，欢迎指点：  
[代码地址][Link 1]  
https://github.com/RuofeiSun/lf-23Pattern

[58bac079e0034d24846548d4f60dc61d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/06/98942c6783f549979f9719996d2ebf86.png
[1cca9aa712ef42d18a444144a8d6a251.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/06/c3c74ddfd9ab40039e49274612e32f58.png
[Link 1]: https://github.com/RuofeiSun/lf-23Pattern