1 『工厂方法模式』 - 图1

1.1 引例🌰

女娲造人：

首先对造人过程进行分析，该过程涉及三个对象：女娲、八卦炉、三种不同肤色的人。女娲可以使用场景类Client来表示，八卦炉类似于一个工厂，负责制造生产产品（即人类），三种不同肤色的人，他们都是同一个接口下的不同实现类，只是肤色、语言不同，对于八卦炉来说都是它生产出的产品。

AbstractHumanFactory是一个抽象类，定义了一个八卦炉具有的整体功能，HumanFactory为实现类，完成具体的任务——创建人类；Human接口是人类的总称，其三个实现类分别为三类人种；NvWa类是一个场景类，负责模拟这个场景，执行相关的任务

定义的每个人种都有两个方法：getColor（获得人的皮肤颜色）和talk（交谈）

public interface Human {
  // 每个人种的皮肤都有相应的颜色
  public void getColor();
  // 人类会说话
  public void talk();
}
// 以黄种人为例，其他人种不列举
public class YellowHuman implements Human {
  public void getColor() {
      System.out.println("黄色人种皮肤颜色是黄色");
  }
  public void talk() {
      System.out.println("黄色人种说话");
  }
}
public abstract class AbstractHumanFactory {
  public abstract <T extends Human> T createHuman(Class<T> c);
}
public class HumanFactory extends AbstractHumanFactory {
  public <T extends Human> T createHuman(Class<T> c) {
      Human human = null;
      //定义一个生产的人种
      try {
          //产生一个人种
          human = (T) Class.forName(c.getName()).newInstance();
      } catch (Exception e) {
          System.out.println("人种生成错误！");
      }
      return (T) human;
  }
}
// Test
class NvWa {
  @Test
  public void test() {
      //声明阴阳八卦炉
      AbstractHumanFactory YinYangLu = new HumanFactory();
      //女娲第一次造人，火候不足，于是白人产生了
      System.out.println("--造出的第一批人是白色人种--");
      Human whiteHuman = YinYangLu.createHuman(WhiteHuman.class);
      whiteHuman.getColor();
      whiteHuman.talk();
      // 女娲第二次造人，火候过足，于是黑人产生了
      System.out.println("\n--造出的第二批人是黑色人种--");
      Human blackHuman = YinYangLu.createHuman(BlackHuman.class);
      blackHuman.getColor();
      blackHuman.talk();
      // 第三次造人，火候刚刚好，于是黄色人种产生了
      System.out.println("\n--造出的第三批人是黄色人种--");
      Human yellowHuman = YinYangLu.createHuman(YellowHuman.class);
      yellowHuman.getColor();
      yellowHuman.talk();
  }
}

—造出的第一批人是白色人种— 白色人种皮肤颜色是白色白人说话

—造出的第二批人是黑色人种— 黑色人种的皮肤颜色是黑色黑人说话

—造出的第三批人是黄色人种— 黄色人种皮肤颜色是黄色黄色人种说话

📌注：工厂类抽象使用到了泛型，通过定义泛型对createHuman的输入参数产生两层限制：
- 必须是Class类型
- 必须是Human的实现类
其中的”T”表示的是，只要实现了Human接口的类都可以作为参数，泛型是JDK 1.5中的一个非常重要的新特性，它减少了对象间的转换，约束其输入参数类型，对Collection集合下的实现类都可以定义泛型。

1.2 定义

Define an interface for creating an object,but let subclasses decide which class to instantiate.Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类;

通用类图

在工厂方法模式中，抽象产品类Product负责定义产品的共性，实现对事物最抽象的定义；
Creator为抽象创建类，也就是抽象工厂，具体如何创建产品类是由具体的实现工厂 ConcreteCreator完成的。

通用代码

「抽象产品类」

public abstract class Product {
  //产品类的公共方法 
  public void method1() {
      //业务逻辑处理
  }
  //抽象方法 
  public abstract void method2();
}

「具体的产品类」，可以有多个，都继承于抽象产品类

public class ConcreteProduct1 extends Product {
  public void method2() {} // 业务逻辑处理
}
public class ConcreteProduct2 extends Product {
  public void method2() {} // 业务逻辑处理
}

「抽象工厂类」，负责定义产品对象的产生

public abstract class Creator {
  /**
   * 创建一个产品对象，其输入参数类型可以自行设置
   * 通常为String、Enum、Class等，当然也可以为空
   */
  public abstract <T extends Product> T createProduct(Class<T> c);
}

「工厂类」，具体如何产生一个产品的对象，是由具体的工厂类实现的

public class ConcreteCreator extends Creator {
  public <T extends Product> T createProduct(Class<T> c) {
      Product product = null;
      try {
          product = (Product) Class.forName(c.getName()).newInstance();
      } catch (Exception e) { //异常处理
      }
      return (T) product;
  }
}

「场景类」

public class Client {
  public static void main(String[] args) {
      Creator creator = new ConcreteCreator();
      Product product = creator.createProduct(ConcreteProduct1.class); 
      // 继续业务处理
  }
}

1.3 应用

「工厂方法模式优点」

良好的封装性，代码结构清晰
一个对象创建是有条件约束。
- 如：一个调用者需要一个具体的产品对象，只要知道这个产品的类名（或约束字符串）就可以，不用知道创建对象的艰辛过程，降低模块间的耦合。
扩展性非常优秀。
- 增加产品类的情况下，只要适当地修改具体的工厂类或扩展一个工厂类，就可以完成扩展。
屏蔽产品类。
- 产品类的实现如何变化，调用者不需要关心，只需要关心产品的接口，只要接口保持不变，系统中的上层模块就不会发生变化。
- 因为产品类的实例化工作是由工厂类负责的，一个产品对象具体由哪一个产品生成是由工厂类决定的。
- 如：使用JDBC 连接数据库，数据库从MySQL切换到Oracle，需要改动的地方就是切换一下驱动名称（前提条件是SQL语句是标准语句），其他的都不需要修改。
工厂方法模式是典型的解耦框架。
- 高层模块值需要知道产品的抽象类，其他的实现类都不用关心，符合迪米特法则，不需要的就不要去交流
- 符合依赖倒置原则，只依赖产品类的抽象
- 符合里氏替换原则，使用产品子类替换产品父类

「工厂方法模式使用场景」

工厂方法模式是new一个对象的替代品，所以在所有需要生成对象的地方都可以使用，但是需要慎重地考虑是否要增加一个工厂类进行管理，增加代码的复杂度。
需要灵活的、可扩展的框架时，可以考虑采用工厂方法模式。
- 如：需要设计一个连接邮件服务器的框架，有三种网络协议可供选择： POP3、IMAP、HTTP，可以把这三种连接方法作为产品类，定义一个接口如 IConnectMail，然后定义对邮件的操作方法，用不同的方法实现三个具体的产品类（也就是连接方式）再定义一个工厂方法，按照不同的传入条件，选择不同的连接方式。如此设计，可以做到完美扩展。如某些邮件服务器提供了WebService接口，只要增加一个产品类即可。

1.4 扩展

1. 「缩小为简单工厂模式」

一个模块仅需要一个工厂类，没有必要把它产生出来，使用静态的方法就可以了，根据这一要求，把上例中的AbstarctHumanFactory修改一下

类图中去掉了AbstractHumanFactory抽象类，同时把createHuman方法设置为静态类型，简化类的创建过程，变更的源码仅仅是HumanFactory和NvWa类。

public class HumanFactory {
  // 改成静态的方法，「简单工厂方法模式」
  public static <T extends Human> T createHuman(Class<T> c) {
      //定义一个生产出的人种
      Human human = null;
      try {
          //产生一个人种
          human = (Human) Class.forName(c.getName()).newInstance();
      } catch (Exception e) {
          System.out.println("人种生成错误！");
      }
      return (T) human;
  }
}
// Test
class NvWa {
  @Test
  public void test() {
      System.out.println("--造出的第一批人是白色人种--");
      Human whiteHuman = HumanFactory.createHuman(WhiteHuman.class);
      whiteHuman.getColor();
      whiteHuman.talk();
      System.out.println("\n--造出的第二批人是黑色人种--");
      Human blackHuman = HumanFactory.createHuman(BlackHuman.class);
      blackHuman.getColor();
      blackHuman.talk();
      System.out.println("\n--造出的第三批人是黄色人种--");
      Human yellowHuman = HumanFactory.createHuman(YellowHuman.class);
      yellowHuman.getColor();
      yellowHuman.talk();
  }
}

运行结果没有发生变化，但是类图变简单了，而且调用者也比较简单，该模式是工厂方法模式的弱化。因为简单，所以称为简单工厂模式（Simple Factory Pattern），也叫做静态工厂模式。在实际项目中，采用该方法的案例还是比较多，其缺点是工厂类的扩展比较困难，不符合开闭原则，但它仍然是一个非常实用的设计模式。

2. 「升级为多个工厂类」

当做一个比较复杂的项目时，经常会遇到初始化一个对象很耗费精力的情况，所有的产品类都放到一个工厂方法中进行初始化会使代码结构不清晰。
例如，一个产品类有5 个具体实现，每个实现类的初始化「包括new一个对象，并对对象设置一定的初始值」方法都不相同，如果写在一个工厂方法中，势必会导致该方法巨大无比。

解决方案：

为每个产品定义一个创造者，然后由调用者自己去选择与哪个工厂方法关联。还是以女娲造人为例，每个人种都有一个固定的八卦炉，分别造出黑色人种、白色人种、黄色人种；

每个人种（具体的产品类）都对应了一个创建者，每个创建者都独立负责创建对应的产品对象，非常符合单一职责原则。

public abstract class AbstractHumanFactory {
  /**
   * 不再需要传递相关参数
   * 因为每一个具体的工厂都已经非常明确自己的职责：创建自己负责的产品类对象
   * @return
   */
  public abstract Human createHuman();
}
public class BlackHumanFactory extends AbstractHumanFactory{
  public Human createHuman() {
      return (Human) new BlackHuman();
  }
}
// Test
class NvWa {
  @Test
  public void test() {
      System.out.println("--造出的第一批人是白色人种--");
      Human whiteHuman = (Human) (new WhiteHumanFactory()).createHuman();
      whiteHuman.getColor();
      whiteHuman.talk();
      System.out.println("\n--造出的第二批人是黑色人种--");
      Human blackHuman = (new BlackHumanFactory()).createHuman();
      blackHuman.getColor();
      blackHuman.talk();
      System.out.println("\n--造出的第三批人是黄色人种--");
      Human yellowHuman = (new YellowHumanFactory()).createHuman();
      yellowHuman.getColor();
      yellowHuman.talk();
  }
}

运行结果还是相同。回顾一下，每一个产品类都对应了一个创建类，好处就是创建类的职责清晰，而且结构简单，但是给可扩展性和可维护性带来了一定的影响。为什么这么说？
如果要扩展一个产品类，就需要建立一个相应的工厂类，这样就增加了扩展的难度。因为工厂类和产品类的数量相同，维护时需要考虑两个对象之间的关系。
当然，在复杂的应用中一般采用多工厂的方法，然后再增加一个协调类，避免调用者与各个子工厂交流，协调类的作用是封装子工厂类，对高层模块提供统一的访问接口。

3. 「替代单例模式」

单例模式的核心要求就是在内存中只有一个对象，通过工厂方法模式也可以只在内存中生产一个对象

Singleton定义了一个private的无参构造函数，目的是不允许通过new的方式创建一个对象。

Singleton保证不能通过正常的渠道建立一个对象，那SingletonFactory如何建立一个单例对象呢？答案是通过反射方式创建。

public class Singleton {
  //不允许通过new产生一个对象 
  private Singleton() {
  }
  public void doSomething() {
      // 业务处理
  }
}
public class SingletonFactory {
  private static Singleton singleton;
  static {
      try {
          Class cl = Class.forName(Singleton.class.getName()); //获得无参构造
          Constructor constructor = cl.getDeclaredConstructor();
          // 设置无参构造是可访问的 「暴力反射」
          constructor.setAccessible(true);
          // 产生一个实例对象
          singleton = (Singleton) constructor.newInstance();
      } catch (Exception e) { //异常处理
      }
  }
  public static Singleton getSingleton() {
      return singleton;
  }
}

4.「延迟初始化」

一个对象被消费完毕后，并不立刻释放，工厂类保持其初始状态，等待再次被使用。延迟初始化是工厂方法模式的一个扩展应用。