1、原由

在现实生活中社会分工越来越细，越来越专业化。各种产品有专门的工厂生产，彻底告别了自给自足的小农经济时代，这大大缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。同样，在软件开发中能否做到软件对象的生产和使用相分离呢？能满足“开闭原则”

2、优点

  • 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程。
  • 灵活性增强，对于新产品的创建，只需多写一个相应的工厂类。
  • 典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，无须关心其他实现类，满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。

3、缺点

  • 类的个数容易过多，增加复杂度
  • 增加了系统的抽象性和理解难度
  • 抽象产品只能生产一种产品，此弊端可使用抽象工厂模式解决。

4、应用场景

  • 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
  • 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
  • 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌

5、结构

工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

工厂方法模式的主要角色如下。

  • 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 newProduct() 来创建产品。
  • 具体工厂（ConcreteFactory）：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。

其结构图如图 1 所示
image.png

6、实现

  1. package FactoryMethod;
  3. public class AbstractFactoryTest {
  4.     public static void main(String[] args) {
  5.         try {
  6.             Product a;
  7.             AbstractFactory af;
  8.             af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
  9.             a = af.newProduct();
  10.             a.show();
  11.         } catch (Exception e) {
  12.             System.out.println(e.getMessage());
  13.         }
  14.     }
  15. }
  16. //抽象产品：提供了产品的接口
  17. interface Product {
  18.     public void show();
  19. }
  20. //具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
  21. class ConcreteProduct1 implements Product {
  22.     public void show() {
  23.         System.out.println("具体产品1显示...");
  24.     }
  25. }
  26. //具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
  27. class ConcreteProduct2 implements Product {
  28.     public void show() {
  29.         System.out.println("具体产品2显示...");
  30.     }
  31. }
  32. //抽象工厂：提供了厂品的生成方法
  33. interface AbstractFactory {
  34.     public Product newProduct();
  35. }
  36. //具体工厂1：实现了厂品的生成方法
  37. class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
  38.     public Product newProduct() {
  39.         System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
  40.         return new ConcreteProduct1();
  41.     }
  42. }
  43. //具体工厂2：实现了厂品的生成方法
  44. class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
  45.     public Product newProduct() {
  46.         System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
  47.         return new ConcreteProduct2();
  48.     }
  49. }
  1. package FactoryMethod;
  2. import javax.xml.parsers.*;
  3. import org.w3c.dom.*;
  4. import java.io.*;
  6. class ReadXML1 {
  7.     //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
  8.     public static Object getObject() {
  9.         try {
  10.             //创建文档对象
  11.             DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
  12.             DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
  13.             Document doc;
  14.             doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));
  15.             //获取包含类名的文本节点
  16.             NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
  17.             Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
  18.             String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
  19.             //System.out.println("新类名："+cName);
  20.             //通过类名生成实例对象并将其返回
  21.             Class<?> c = Class.forName(cName);
  22.             Object obj = c.newInstance();
  23.             return obj;
  24.         } catch (Exception e) {
  25.             e.printStackTrace();
  26.             return null;
  27.         }
  28.     }
  29. }

注意：该程序中用到了 XML 文件，如果想要获取该文件，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

程序运行结果如下：
image.png
如果将 XML 配置文件中的 ConcreteFactory1 改为 ConcreteFactory2，则程序运行结果如下：
image.png

7、应用实例

1、用工厂方法模式设计畜牧场

分析：有很多种类的畜牧场，如养马场用于养马，养牛场用于养牛，所以该实例用工厂方法模式比较适合。

对养马场和养牛场等具体工厂类，只要定义一个生成动物的方法 newAnimal() 即可。由于要显示马类和牛类等具体产品类的图像，所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabd 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。

客户端程序通过对象生成器类 ReadXML2 读取 XML 配置文件中的数据来决定养马还是养牛。其结构图如图 2 所示。
image.png
注意：该程序中用到了 XML 文件，并且要显示马类和牛类等具体产品类的图像，如果想要获取 HTML 文件和图片，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

程序代码如下：

  1. package FactoryMethod;
  2. import java.awt.*;
  3. import javax.swing.*;
  5. public class AnimalFarmTest {
  6.     public static void main(String[] args) {
  7.         try {
  8.             Animal a;
  9.             AnimalFarm af;
  10.             af = (AnimalFarm) ReadXML2.getObject();
  11.             a = af.newAnimal();
  12.             a.show();
  13.         } catch (Exception e) {
  14.             System.out.println(e.getMessage());
  15.         }
  16.     }
  17. }
  18. //抽象产品：动物类
  19. interface Animal {
  20.     public void show();
  21. }
  22. //具体产品：马类
  23. class Horse implements Animal {
  24.     JScrollPane sp;
  25.     JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");
  26.     public Horse() {
  27.         Container contentPane = jf.getContentPane();
  28.         JPanel p1 = new JPanel();
  29.         p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
  30.         p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));
  31.         sp = new JScrollPane(p1);
  32.         contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
  33.         JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));
  34.         p1.add(l1);
  35.         jf.pack();
  36.         jf.setVisible(false);
  37.         jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    //用户点击窗口关闭
  38.     }
  39.     public void show() {
  40.         jf.setVisible(true);
  41.     }
  42. }
  43. //具体产品：牛类
  44. class Cattle implements Animal {
  45.     JScrollPane sp;
  46.     JFrame jf = new JFrame("工厂方法模式测试");
  47.     public Cattle() {
  48.         Container contentPane = jf.getContentPane();
  49.         JPanel p1 = new JPanel();
  50.         p1.setLayout(new GridLayout(1, 1));
  51.         p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));
  52.         sp = new JScrollPane(p1);
  53.         contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);
  54.         JLabel l1 = new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));
  55.         p1.add(l1);
  56.         jf.pack();
  57.         jf.setVisible(false);
  58.         jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    //用户点击窗口关闭
  59.     }
  60.     public void show() {
  61.         jf.setVisible(true);
  62.     }
  63. }
  64. //抽象工厂：畜牧场
  65. interface AnimalFarm {
  66.     public Animal newAnimal();
  67. }
  68. //具体工厂：养马场
  69. class HorseFarm implements AnimalFarm {
  70.     public Animal newAnimal() {
  71.         System.out.println("新马出生！");
  72.         return new Horse();
  73.     }
  74. }
  75. //具体工厂：养牛场
  76. class CattleFarm implements AnimalFarm {
  77.     public Animal newAnimal() {
  78.         System.out.println("新牛出生！");
  79.         return new Cattle();
  80.     }
  81. }
  1. package FactoryMethod;
  2. import javax.xml.parsers.*;
  3. import org.w3c.dom.*;
  4. import java.io.*;
  6. class ReadXML2 {
  7.     public static Object getObject() {
  8.         try {
  9.             DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
  10.             DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
  11.             Document doc;
  12.             doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config2.xml"));
  13.             NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
  14.             Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
  15.             String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
  16.             System.out.println("新类名：" + cName);
  17.             Class<?> c = Class.forName(cName);
  18.             Object obj = c.newInstance();
  19.             return obj;
  20.         } catch (Exception e) {
  21.             e.printStackTrace();
  22.             return null;
  23.         }
  24.     }
  25. }

程序的运行结果如图 3 所示:
image.png
注意：当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式。

8、进阶阅读

如果您想了解工厂方法模式在框架源码中的应用，可猛击阅读《工厂方法模式在Logback源码中的应用》文章。