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Java工廠模式(Factory模式)

工廠模式定義:提供創建對象的接口。

為何使用工廠模式

工廠模式是我們最常用的模式了,著名的Jive論壇,就大量使用了工廠模式,工廠模式在Java程序系統可以說是隨處可見。

為什麼工廠模式是如此常用?因為工廠模式就相當於創建實例對象的new,我們經常要根據類Class生成實例對象,如A a=new A() 工廠模式也是用來創建實例對象的,所以以後new時就要多個心眼,是否可以考慮實用工廠模式,雖然這樣做,可能多做一些工作,但會給你系統帶來更大的可擴展性和盡量少的修改量。

我們以類Sample為例, 如果我們要創建Sample的實例對象:
    Sample sample=new Sample();
可是,實際情況是,通常我們都要在創建sample實例時做點初始化的工作,比如賦值查詢數據庫等。

首先,我們想到的是,可以使用Sample的構造函數,這樣生成實例就寫成:
    Sample sample=new Sample(參數);
但是,如果創建sample實例時所做的初始化工作不是象賦值這樣簡單的事,可能是很長一段代碼,如果也寫入構造函數中,那你的代碼很難看了(就需要Refactor重整)。

為什麼說代碼很難看,初學者可能沒有這種感覺,我們分析如下,初始化工作如果是很長一段代碼,說明要做的工作很多,將很多工作裝入一個方法中,相當於將很多雞蛋放在一個籃子裡,是很危險的,這也是有背於Java面向對象的原則,面向對象的封裝(Encapsulation)和分派(Delegation)告訴我們,盡量將長的代碼分派“切割”成每段,將每段再“封裝”起來(減少段和段之間偶合聯系性),這樣,就會將風險分散,以後如果需要修改,只要更改每段,不會再發生牽一動百的事情。

在本例中,首先,我們需要將創建實例的工作與使用實例的工作分開,也就是說,讓創建實例所需要的大量初始化工作從Sample的構造函數中分離出去。

這時我們就需要Factory工廠模式來生成對象了,不能再用上面簡單new Sample(參數)。還有,如果Sample有個繼承如MySample,按照面向接口編程,我們需要將Sample抽象成一個接口。現在Sample是接口,有兩個子類MySample 和HisSample。我們要實例化他們時,如下:
    Sample mysample=new MySample(); Sample hissample=new HisSample();
隨著項目的深入,Sample可能還會"生出很多兒子出來",那麼我們要對這些兒子一個個實例化,更糟糕的是,可能還要對以前的代碼進行修改:加入後來生出兒子的實例.這在傳統程序中是無法避免的。

但如果你一開始就有意識使用了工廠模式,這些麻煩就沒有了。

工廠方法

你會建立一個專門生產Sample實例的工廠:

public class Factory{
    public static Sample creator(int which){
        //getClass 產生Sample 一般可使用動態類裝載裝入類。
        if (which==1)
            return new SampleA();
        else if (which==2)
            return new SampleB();
    }
} 

那麼在你的程序中,如果要實例化Sample時就使用
    Sample sampleA=Factory.creator(1);
這樣,在整個就不涉及到Sample的具體子類,達到封裝效果,也就減少錯誤修改的機會,這個原理可以用很通俗的話來比喻:就是具體事情做得越多,越容易范錯誤。這每個做過具體工作的人都深有體會,相反,官做得越高,說出的話越抽象越籠統,范錯誤可能性就越少。好象我們從編程序中也能悟出人生道理?

使用工廠方法要注意幾個角色,首先你要定義產品接口,如上面的Sample,產品接口下有Sample接口的實現類,如SampleA,其次要有一個factory類,用來生成產品Sample,如下圖,最右邊是生產的對象Sample:



進一步稍微復雜一點,就是在工廠類上進行拓展,工廠類也有繼承它的實現類concreteFactory了。

抽象工廠

工廠模式中有:工廠方法(Factory Method)和抽象工廠(Abstract Factory)。

這兩個模式區別在於需要創建對象的復雜程度上。如果我們創建對象的方法變得復雜了,如上面工廠方法中是創建一個對象Sample,如果我們還有新的產品接口Sample2。

這裡假設:Sample有兩個concrete類SampleA和SamleB,而Sample2也有兩個concrete類Sample2A和SampleB2,那麼,我們就將上例中Factory變成抽象類,將共同部分封裝在抽象類中,不同部分使用子類實現,下面就是將上例中的Factory拓展成抽象工廠:

public abstract class Factory{
    public abstract Sample creator();
    public abstract Sample2 creator(String name);
}
public class SimpleFactory extends Factory{
    public Sample creator(){ ......... return new SampleA }
    public Sample2 creator(String name){ ......... return new Sample2A }
}
public class BombFactory extends Factory{
    public Sample creator(){ ...... return new SampleB }
    public Sample2 creator(String name){ ...... return new Sample2B }
} 

從上面看到兩個工廠各自生產出一套Sample和Sample2,也許你會疑問,為什麼我不可以使用兩個工廠方法來分別生產Sample和Sample2?

抽象工廠還有另外一個關鍵要點,是因為 SimpleFactory內,生產Sample和生產Sample2的方法之間有一定聯系,所以才要將這兩個方法捆綁在一個類中,這個工廠類有其本身特征,也許制造過程是統一的,比如:制造工藝比較簡單,所以名稱叫SimpleFactory。

在實際應用中,工廠方法用得比較多一些,而且是和動態類裝入器組合在一起應用,

Java工廠模式舉例

我們以Jive的ForumFactory為例,這個例子在前面的Singleton模式中我們討論過,現在再討論其工廠模式:

public abstract class ForumFactory {
    private static Object initLock = new Object(); private static String className ="com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory"; private static ForumFactory factory = null;
    public static ForumFactory getInstance(Authorization authorization) {
        //If no valid authorization passed in, return null.
        if (authorization == null) { return null; }
        //以下使用了Singleton 單態模式
        if (factory == null) {
            synchronized(initLock) {
                if (factory == null) { ......
                        try {
                            //動態轉載類
                            Class c = Class.forName(className);
                            factory = (ForumFactory)c.newInstance();
                        } catch (Exception e) { return null; }
                 }
            }
        }
        //Now, 返回 proxy.用來限制授權對forum的訪問
        return new ForumFactoryProxy(authorization, factory,factory.getPermissions(authorization));
    }
    //真正創建forum的方法由繼承forumfactory的子類去完成.
    public abstract Forum createForum(String name, String description)
        throws UnauthorizedException, ForumAlreadyExistsException;
    ....
} 

因為現在的Jive是通過數據庫系統存放論壇帖子等內容數據,如果希望更改為通過文件系統實現,這個工廠方法ForumFactory就提供了提供動態接口:
    private static String className = "com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory";
你可以使用自己開發的創建forum的方法代替com.jivesoftware.forum.database.DbForumFactory就可以。

在上面的一段代碼中一共用了三種模式,除了工廠模式外,還有Singleton單態模式,以及proxy模式,proxy模式主要用來授權用戶對forum的訪問,因為訪問forum有兩種人:一個是注冊用戶一個是游客guest,那麼那麼相應的權限就不一樣,而且這個權限是貫穿整個系統的,因此建立一個proxy,類似網關的概念,可以很好的達到這個效果。

看看Java寵物店中的CatalogDAOFactory:

public class CatalogDAOFactory {
    /**
      * 本方法制定一個特別的子類來實現DAO模式。
      * 具體子類定義是在J2EE的部署描述器中。
    */
        public static CatalogDAO getDAO() throws CatalogDAOSysException{
            CatalogDAO catDao = null;
            try {
                InitialContext ic = new InitialContext();
                //動態裝入CATALOG_DAO_CLASS
                //可以定義自己的CATALOG_DAO_CLASS,從而在無需變更太多代碼
                //的前提下,完成系統的巨大變更。
                String className =(String) ic.lookup(JNDINames.CATALOG_DAO_CLASS);
                catDao = (CatalogDAO) Class.forName(className).newInstance();
            } catch (NamingException ne) {
                throw new CatalogDAOSysException(" CatalogDAOFactory.getDAO: NamingException while getting DAO type : \n" + ne.getMessage());
            } catch (Exception se) {
                throw new CatalogDAOSysException("CatalogDAOFactory.getDAO: Exception while getting DAO type : \n" + se.getMessage());
           }
           return catDao;
    }
} 

CatalogDAOFactory是典型的工廠方法,catDao是通過動態類裝入器className獲得CatalogDAOFactory具體實現子類,這個實現子類在Java寵物店是用來操作catalog數據庫,用戶可以根據數據庫的類型不同,定制自己的具體實現子類,將自己的子類名給與CATALOG_DAO_CLASS變量就可以。

由此可見,工廠方法確實為系統結構提供了非常靈活強大的動態擴展機制,只要我們更換一下具體的工廠方法,系統其他地方無需一點變換,就有可能將系統功能進行改頭換面的變化。

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