Java设计模式之工厂模式最详解（类图+源码）

2、工厂模式

例子：一盒咖啡店点餐系统：设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美事咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

系统类图

//抽象咖啡类
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
public class AmericanCoffee extends Coffee{@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}}
//拿铁咖啡
public class LattaCoffee extends Coffee{@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}
public class CoffeeStore {public Coffee orderCoffee(String type){//声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的Coffee子类对象Coffee coffee=null;if("american".equals(type)){coffee=new AmericanCoffee();}else if("latta".equals(type)){coffee=new LattaCoffee();}else{throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");}//加配料coffee.addMilk();coffee.addsugar();return coffee;}
}public class Client {public static void main(String[] args) {//1、创建咖啡店类CoffeeStore store=new CoffeeStore();Coffee coffee = store.orderCoffee("american");System.out.println(coffee.getName());}
}
结果
加奶
加糖
美式咖啡Process finished with exit code 0

在Java语言中，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，达到与对象解耦的目的。所以说，工厂模式最大的优点是：解耦

工厂模式中三种工厂的使用

简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）

工厂方法模式

抽象工厂模式

简单工厂模式：简单工厂模式不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。

简单工厂模式包含的角色

抽象产品：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：实现或者继承抽象产品的子类

具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品

用简单工厂对咖啡点餐系统进行改进

具体代码

//抽象咖啡类
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
public class LattaCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}//美式咖啡
public class AmericanCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}}public class SimpleCoffeeFactory {public Coffee createCoffee(String type){//声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象Coffee coffee=null;if("american".equals(type)){coffee=new AmericanCoffee();}else if("latta".equals(type)){coffee=new LattaCoffee();}else{throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");}return coffee;}
}public class CoffeeStore {public Coffee orderCoffee(String type){SimpleCoffeeFactory factory=new SimpleCoffeeFactory();//调用生产咖啡的方法Coffee coffee = factory.createCoffee(type);coffee.addMilk();coffee.addsugar();return coffee;}
}public class Client {public static void main(String[] args) {CoffeeStore store=new CoffeeStore();Coffee coffee = store.orderCoffee("latta");System.out.println(coffee.getName());}
}
结果
加奶
加糖
拿铁咖啡Process finished with exit code 0

工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee（）就变成此对象的客户，后期如果需要coffee对象直接从工厂中获取即可。这样就解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合。CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

后期再加新品种的咖啡，势必要修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他操作。

简单工厂模式的优缺点

优点：封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在源代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违反了“开闭原则”。

对简单工厂模式的扩展

静态工厂：开发过程中有一部分人将工厂中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的

public class SimpleCoffeeFactory {public static Coffee createCoffee(String type){//声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象Coffee coffee=null;if("american".equals(type)){coffee=new AmericanCoffee();}else if("latta".equals(type)){coffee=new LattaCoffee();}else{throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");}return coffee;}
}public class CoffeeStore {public Coffee orderCoffee(String type){//调用生产咖啡的方法Coffee coffee = SimpleCoffeeFactory.createCoffee(type);coffee.addMilk();coffee.addsugar();return coffee;}
}

工厂方法模式：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。

工厂方法模式中的主要角色

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（Concrete Factory）：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。

使用工厂方法模式对咖啡点餐系统进行改进

类图

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
public class AmericanCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}}//拿铁咖啡
public class LattaCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}public interface CoffeeFactory {//创建咖啡对象的方法Coffee createCoffee();
}public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new AmericanCoffee();}
}public class LattaCoffeeFactory implements CoffeeFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new LattaCoffee();}
}public class CoffeeStore {private CoffeeFactory factory;public void setFactory(CoffeeFactory factory){this.factory=factory;}public Coffee orderCoffee(){//调用生产咖啡的方法Coffee coffee = factory.createCoffee();//添加配料coffee.addMilk();coffee.addsugar();return coffee;}
}
public class Client {public static void main(String[] args) {//创建咖啡店对象CoffeeStore store=new CoffeeStore();//创建对象CoffeeFactory factory=new AmericanCoffeeFactory();store.setFactory(factory);//点咖啡Coffee coffee = store.orderCoffee();System.out.println(coffee.getName());}
}结果
加奶
加糖
美式咖啡Process finished with exit code 0

从代码中可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象，由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，同时克服了简单工厂模式的缺点。

工厂方法模式的优缺点

优点：用户只需要直到具体工厂的名称就可以得到所要的产品，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。

抽象工厂模式

工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物，电视机厂只生产电视机等等。这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如电器厂即生产电视机又生产洗衣机或空调。

抽象工厂的概念：是一种为访问类提供了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型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，而抽象工厂模式可产生多个等级的产品。

抽象工厂模式的主要角色

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（Concete 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个关系。

例子：咖啡店不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂模式，需要创建提拉米苏。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、抹茶慕斯又是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是统一产品族（美式风味），使用抽象工厂实现

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
public class AmericanCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}}//拿铁咖啡
public class LattaCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}public abstract class Dessert {public abstract void show();
}public class MatchMousse extends Dessert{@Overridepublic void show() {System.out.println("抹茶慕斯");}
}public class Trimisu extends Dessert{@Overridepublic void show() {System.out.println("提拉米苏");}
}public interface DessertFactory {//生产咖啡的功能Coffee createCoffee();//生产甜品的功能Dessert createDessert();
}public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new AmericanCoffee();}@Overridepublic Dessert createDessert() {return new MatchMousse();}
}public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory{@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new LattaCoffee();}@Overridepublic Dessert createDessert() {return new Trimisu();}
}public class Client {public static void main(String[] args) {//创建意大利风味甜品工厂对象ItalyDessertFactory factory=new ItalyDessertFactory();Coffee coffee=factory.createCoffee();Dessert dessert = factory.createDessert();System.out.println(coffee.getName());dessert.show();}
}结果
拿铁咖啡
提拉米苏Process finished with exit code 0

如果要加同一个产品族的花，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其它的类。

抽象工厂模式的优缺点

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。

抽象工厂模式的使用场景

1、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。

2、系统中有多个产品族，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。

模式扩展

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。

第一步：定义配置文件

使用properties文件作为配置文件，名称设为bean.properties

american=com.ncu.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee
latta=com.ncu.pattern.factory.config_factory.LattaCoffee

第二步：改进工厂类

//抽象咖啡类
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
public class AmericanCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "美式咖啡";}}//拿铁咖啡
public class LatteCoffee extends Coffee {@Overridepublic String getName() {return "拿铁咖啡";}
}public class CoffeeFactory {//加载配置文件，获取配置文件中配置的全类，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 p=new Properties();//2.2调用p对象中的load方法进行配置文件的加载InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");try {p.load(is);//从p集合中获取全类名并创建对象Set<Object> keys = p.keySet();for(Object key:keys){String className = p.getProperty((String) key);//通过反射技术来创建对象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) {e.printStackTrace();}}//根据名称获取对象public static Coffee createCoffee(String name){return map.get(name);}
}public class Client {public static void main(String[] args) {Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee("american");System.out.println(coffee.getName());}
}
结果
美式咖啡Process finished with exit code 0

代码中静态成员变量用来存储创建的对象（键存储的是名称，值存储的是相应的对象），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。

分析JDK中使用的工厂模式-Collection.iterator方法

单例集合获取迭代器的方法就使用了工厂方法模式

其类图结构

Collection接口是抽象工厂类，ArrayList是具体的工厂类；Iterator接口是抽象商品类，ArrayList类中的Iterator内部类是具体的商品类，在具体的工厂类中iterator（）方法创建具体的商品类的对象

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