23天读懂23种设计模式：工厂方法模式（创建型）

创建型模式是用来创建对象的模式，抽象了实例化的过程，帮助一个系统独立于其他关联对象的创建、组合和表示方式。

工厂方法模式目的：封装构造对象具体过程，解耦客户端与构造对象。

winter

工厂方法模式也是创建型的设计模式之一，本文是设计模式系列（共24节）的第3篇文章。

设计模式都从六大原则出发进行总结：《​​第一节：设计模式的六大原则​​》

创建型设计模式共5种：

• ​​单例模式（Singleton Pattern）：一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。​​
• 工厂方法模式（Factory Pattern）：在工厂方法模式中，工厂类成为了抽象类，实际的创建工作将由其具体子类来完成。
• 抽象工厂模式（Abstract Factory）：抽象工厂可以向客户提供一个接口，创建多个产品族中的产品对象，强调的是“对象系列”的变化。
• 建造者模式（Builder Pattern）：把构造对象实例的逻辑移到了类的内部，在类的外部定义了该类的构造逻辑，强调的是产品的构造过程。
• 原型模式（Prototype Pattern）：原型模式和工厂模式一样，同样对客户隐藏了对象创建工作具体的实现细节，通过复制一个现有的对象生成新对象。

工厂方法模式是什么

在工厂方法模式中，工厂类成为了抽象类，实际的创建工作将由其具体子类来完成。工厂的用意是定义一个创建产品对象的工厂接口，将实际创建工作推迟到子类中，它强调的是“单个对象”的变化。

工厂方法模式的应用

工厂方法的内涵：对外客户端提供统一的接口，对内封装聚合复杂对象的创建过程，以实现低耦合高内聚。

举个例子1：

在数学中构造图形时，我们会有矩形、圆形、等边三角形等等，譬如构造一个三角形我们要定义好边的长度，矩形则要定义好长宽，圆形则要定义好半径...

对于图形构造这种相对简单的操作，我们可以统一封装到工厂类里面，对外只需要暴露通用的API。需要创建图形时，客户端只需要告知需要那种图形，工厂类会自动完成构建并返回。

下面我们定义了一个工厂类 ShapeFactory，对外提供getShape()方法：

//普通工厂类
public class ShapeFactory {
  //使用 getShape 方法获取形状类型的对象
  public Shape getShape(String shapeType){
    if(shapeType == null){
      return null;
    }
    if(shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")){
      return new Circle();
    } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")){
      return new Rectangle();
    } else if(shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")){
      return new Square();
    }
    return null;
  }
}

对于各类图形可以抽象出Shape接口（定义了画图的动作），并具体类实现这个接口：

public interface Shape {
  void draw();
}
public class Circle implements Shape {
  @Override
  public void draw() {
    System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
  }
}
public class Rectangle implements Shape {
  @Override
  public void draw() {
    System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
  }
}
public class Square implements Shape {
  @Override
  public void draw() {
    System.out.println("Inside Square::draw() method.");
  }
}

测试用例：

public class TestFactoryPattern {
  public static void main(String[] args) {
    ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();
    //获取 Circle 的对象，并调用它的 draw 方法
    Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
    //调用 Circle 的 draw 方法
    shape1.draw();
    //获取 Rectangle 的对象，并调用它的 draw 方法
    Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
    //调用 Rectangle 的 draw 方法
    shape2.draw();
    //获取 Square 的对象，并调用它的 draw 方法
    Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
    //调用 Square 的 draw 方法
    shape3.draw();
  }
}

UML：

好处：

客户端与产品的创建分离，客户端不需要知道产品创建的逻辑，只需要消费该产品即可。

扩展性高，如果想增加一个产品，只要扩展一个工厂类就可以。

工厂方法模式在Spring源码的应用

Spring源码也有运用到工厂方法的地方。

举例子2：

Spring 框架对bean加载步骤较多，其中的对xml配置资源文件的解析工作包含一个逻辑：在确定 xml 资源文件的验证模式后，spring 框架随后进行 Document 加载，该加载过程是经过 DocumentBuilder 建造器来实现的。这里的建造器 DocumentBuilder  恰恰是被 DocumentBuilderFactory 工厂类生产而来。

下面的源码节选自 DefaultDocumentLoader：

//加载资源文件到Document
  @Override
  public Document loadDocument(InputSource inputSource, EntityResolver entityResolver,
      ErrorHandler errorHandler, int validationMode, boolean namespaceAware) throws Exception {
    DocumentBuilderFactory factory = createDocumentBuilderFactory(validationMode, namespaceAware);
    if (logger.isDebugEnabled()) {
      logger.debug("Using JAXP provider [" + factory.getClass().getName() + "]");
    }
    DocumentBuilder builder = createDocumentBuilder(factory, entityResolver, errorHandler);
    return builder.parse(inputSource);
  }


  //封装了工厂类创建产品（DocumentBuilder ）的细节
  protected DocumentBuilder createDocumentBuilder(DocumentBuilderFactory factory,
      @Nullable EntityResolver entityResolver, @Nullable ErrorHandler errorHandler)
      throws ParserConfigurationException 
      //这里正是使用了 DocumentBuilderFactory 的开放对外的统一API：newDocumentBuilder()。
    DocumentBuilder docBuilder = factory.newDocumentBuilder();
    if (entityResolver != null) {
      docBuilder.setEntityResolver(entityResolver);
    }
    if (errorHandler != null) {
      docBuilder.setErrorHandler(errorHandler);
    }
    return docBuilder;
  }


//篇幅所限，该方法不详细展开
  protected DocumentBuilderFactory createDocumentBuilderFactory(int validationMode, boolean namespaceAware)
      throws ParserConfigurationException {}

代码分析：

createDocumentBuilderFactory() ：受保护的方法封装了创建 DocumentBuilderFactory 工厂类的细节。（碍于篇幅，不作发散，后续spring源码讲解再一起探究）

createDocumentBuilder()：受保护的封装了工厂类创建产品（DocumentBuilder ）的细节，这里正是使用了 DocumentBuilderFactory 的开放对外的统一API：newDocumentBuilder()。

DocumentBuilder docBuilder = factory.newDocumentBuilder();

总结

工厂方法模式符合​​开闭原则​​​和​​单一职责原则​​，工厂类支持拓展并且专注于某一类对象的创建工作；日常开发时，稍加留意一下，就会发现在很多工具类设计中都能看到工厂方法的身影。理解工厂方法的优缺点，对我们阅读源码还有开发业务都有很大的帮助。

创建型模式还包括：原型模式、抽象工厂模式和建造者模式，待后续我们再细细解读。

扫描二维码

获取技术干货

后台技术汇