设计模式 | 简单工厂模式及典型应用
前言
设计模式(Design Pattern)是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结，使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解并且保证代码可靠性。
本文主要介绍简单工厂模式及典型应用，内容如下：
- 简单工厂模式的介绍
- 简单工厂模式的典型应用及源码分析
- Calendar 类获取日历类对象
- JDBC 获取数据库连接
- LoggerFactory 获取 Logger 对象
简单工厂模式
工厂模式是最常用的一类创建型设计模式，包括 抽象工厂模式，工厂方法模式和简单工厂模式 这三种，简单工厂模式是其中最简单的一种
简单工厂模式(Simple Factory Pattern)：定义一个工厂类，它可以根据参数的不同返回不同类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。
因为在简单工厂模式中用于创建实例的方法是静态(static)方法，因此简单工厂模式又被称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式，但不属于GOF23种设计模式
角色
Factory（工厂角色）：工厂角色即工厂类，它是简单工厂模式的核心，负责实现创建所有产品实例的内部逻辑；工厂类可以被外界直接调用，创建所需的产品对象；在工厂类中提供了静态的工厂方法factoryMethod()，它的返回类型为抽象产品类型Product
Product（抽象产品角色）：它是工厂类所创建的所有对象的父类，封装了各种产品对象的公有方法，它的引入将提高系统的灵活性，使得在工厂类中只需定义一个通用的工厂方法，因为所有创建的具体产品对象都是其子类对象。
ConcreteProduct（具体产品角色）：它是简单工厂模式的创建目标，所有被创建的对象都充当这个角色的某个具体类的实例。每一个具体产品角色都继承了抽象产品角色，需要实现在抽象产品中声明的抽象方法
在简单工厂模式中，客户端通过工厂类来创建一个产品类的实例，而无须直接使用new关键字来创建对象，它是工厂模式家族中最简单的一员
示例
抽象产品类 Video，定义了抽象方法 produce()
public abstract class Video {
public abstract void produce();
}具体产品类 JavaVideo 和 PythonVideo，都继承了抽象产品类 Video
public class JavaVideo extends Video {
@Override
public void produce() {
System.out.println("录制Java课程视频");
}
}
public class PythonVideo extends Video {
@Override
public void produce() {
System.out.println("录制Python课程视频");
}
}工厂类实现的两种方法：使用if-else判断和使用反射来创建对象
public class VideoFactory {
/**
* 使用if else 判断类型，type 为 Java 则返回 JavaVideo， type为Python则返回 PythonVideo
*/
public Video getVideo(String type) {
if ("java".equalsIgnoreCase(type)) {
return new JavaVideo();
} else if ("python".equalsIgnoreCase(type)) {
return new PythonVideo();
}
return null;
}
/**
* 使用反射来创建对象
*/
public Video getVideo(Class c) {
Video video = null;
try {
video = (Video) Class.forName(c.getName()).newInstance();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return video;
}
}使用一个客户端来调用工厂类
public class Test {
public static void main(String[] args) {
VideoFactory videoFactory = new VideoFactory();
Video video1 = videoFactory.getVideo("python");
if (video1 == null) {
return;
}
video1.produce();
Video video2 = videoFactory.getVideo(JavaVideo.class);
if (video2 == null) {
return;
}
video2.produce();
}
}输出
录制Python课程视频
录制Java课程视频示例.简单工厂模式类图
Test 类通过传递参数给 VideoFactory.getVideo() 来获取对象，创建对象的逻辑交给了工厂类 VideoFactory 来完成
简单工厂模式总结
简单工厂模式的主要优点如下：
- 工厂类包含必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的职责，而仅仅“消费”产品，简单工厂模式实现了对象创建和使用的分离。
- 客户端无须知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以在一定程度减少使用者的记忆量。
- 通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。
简单工厂模式的主要缺点如下：
- 由于工厂类集中了所有产品的创建逻辑，职责过重，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。
- 使用简单工厂模式势必会增加系统中类的个数（引入了新的工厂类），增加了系统的复杂度和理解难度。
- 系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护，且违背开闭原则。
- 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。
适用场景：
- 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，对于如何创建对象并不关心。
简单工厂模式的典型应用及源码分析
Calendar 类获取日历类对象
Calendar 抽象类，该类的子类有 BuddhistCalendar、JapaneseImperialCalendar、GregorianCalendar、RollingCalendar等
getInstance方法，根据参数获取一个Calendar子类对象，该方法实际将参数传给 createCalendar 方法，createCalendar 在根据参数通过 provider 或 switch 或者 if-else 创建相应的子类对象
以下为 Java8 中的 Calendar 类代码，Java7 中的实现为 if-else 方式
public static Calendar getInstance(TimeZone zone, Locale aLocale) {
return createCalendar(zone, aLocale);
}
private static Calendar createCalendar(TimeZone zone, Locale aLocale) {
CalendarProvider provider = LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale).getCalendarProvider();
if (provider != null) {
try {
return provider.getInstance(zone, aLocale);
} catch (IllegalArgumentException iae) {
}
}
Calendar cal = null;
if (aLocale.hasExtensions()) {
String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
if (caltype != null) {
switch (caltype) {
case "buddhist":
cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale); break;
case "japanese":
cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale); break;
case "gregory":
cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale); break;
}
}
}
if (cal == null) {
if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
} else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja" && aLocale.getCountry() == "JP") {
cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
} else {
cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
}
}
return cal;
}Calendar的继承关系
可以看到抽象产品角色和工厂角色都由 Calendar 担任，具体产品角色由 Calendar 的子类担任
JDBC 获取数据库连接
一般JDBC获取MySQL连接的写法如下：
//加载MySql驱动
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/test", "root", "123456");首先通过反射加载驱动类 com.mysql.jdbc.Driver 类，然后再通过 DriverManager 获取连接
看看 com.mysql.jdbc.Driver 的代码，该类主要的内容是静态代码块，其会随着类的加载一块执行
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
public Driver() throws SQLException {
}
static {
try {
DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException var1) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
}
}
}静态代码块：new 一个 Driver 类并注册到 DriverManager 驱动管理类中
public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver, DriverAction da) throws SQLException {
/* Register the driver if it has not already been added to our list */
if(driver != null) {
registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
} else {
throw new NullPointerException();
}
println("registerDriver: " + driver);
}其中的 registeredDrivers 是一个 CopyOnWriteArrayList 对象
private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>();CopyOnWriteArrayList是Java并发包中提供的一个并发容器，它是个线程安全且读操作无锁的ArrayList，写操作则通过创建底层数组的新副本来实现，是一种读写分离的并发策略，我们也可以称这种容器为"写时复制器"，Java并发包中类似的容器还有CopyOnWriteSet 一篇CopyOnWriteArrayList的文章：https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6881974.html
再通过 DriverManager.getConnection 获取连接对象的主要代码如下：通过for循环从已注册的驱动中(registeredDrivers)获取驱动，尝试连接，成功则返回连接
private static Connection getConnection(String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {
// ...省略...
println("DriverManager.getConnection(\"" + url + "\")");
for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
// If the caller does not have permission to load the driver then skip it.
if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
try {
println(" trying " + aDriver.driver.getClass().getName());
Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
if (con != null) {
// Success!
println("getConnection returning " + aDriver.driver.getClass().getName());
return (con);
}
} catch (SQLException ex) {
if (reason == null) {
reason = ex;
}
}
} else {
println(" skipping: " + aDriver.getClass().getName());
}
}
// ...省略...
}Connection 接口及子类实现关系
工厂角色为 DriverManager 类，抽象产品角色为 Connection，具体产品角色则很多
Logback 中的 LoggerFactory 获取 Logger 对象
查看 LoggerFactory 类的 getLogger 方法，可看到调用了 iLoggerFactory.getLogger()，其中 iLoggerFactory 是一个接口
public static Logger getLogger(String name) {
ILoggerFactory iLoggerFactory = getILoggerFactory();
return iLoggerFactory.getLogger(name);
}
public static Logger getLogger(Class clazz) {
return getLogger(clazz.getName());
}iLoggerFactory 接口只有一个 getLogger 方法
public interface ILoggerFactory {
Logger getLogger(String var1);
}查看其子类依赖关系
iLoggerFactory接口子类的依赖关系
再看一个子类 LoggerContext 对 ILoggerFactory 的实现
image
可看到这是通过 if-else 方式的简单工厂模式
Logger 接口及子类实现关系
工厂角色为 iLoggerFactory 接口的子类如 LoggerContext，抽象产品角色为 Logger，具体产品角色为 Logger 的子类，主要是 NOPLogger 和 Logger 类
小结
下一篇介绍工厂方法及典型应用
参考： 刘伟：设计模式Java版 慕课网java设计模式精讲 Debug 方式+内存分析
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