设计模式（五）创建者模式之工厂模式

工厂模式

工厂模式

工厂模式

需求：设计一个咖啡店点餐系统。

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

具体类的设计如下：
在这里插入图片描述
在java中，万物皆对象，这些对象都需要创建，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦。

上面类图代码实现

Coffee 抽象类

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:43
 * 咖啡抽象类
 */
public abstract   class Coffee {
     public abstract  String getName();
    public void addsugar(){
        System.out.println("加糖");
    }

    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

AmericanCoffee

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:44
 * 美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

LatterCoffee

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:44
 * 拿铁咖啡
 */
public class LatterCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

CoffeeStore

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/15 22:46
 *  咖啡店
 */
public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffer(String type) {

        Coffee coffee = null;
        if("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatterCoffee();
        }
        return coffee;
    }
}

User

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:50
 * 用户
 */
public class User {
    public static void main(String[] args) {
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        Coffee american = coffeeStore.orderCoffer("american");
        System.out.println(american.getName());
        Coffee latte = coffeeStore.orderCoffer("latte");
        System.out.println(latte.getName());
    }
}

说明
CoffeeStore 违反了开闭原则。当有新的咖啡种类出现的时候，我们需要更改CoffeeStore 类。

介绍三种工厂的使用

简单工厂模式（不属于GOF的23种经典设计模式）
工厂方法模式
抽象工厂模式

简单工厂模式

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。
简单工厂包含如下角色：

抽象产品：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：实现或者继承抽象产品的子类
具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

现在使用简单工厂对上面案例进行改进，类图如下：
在这里插入图片描述

增加工厂方法

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 *  工厂类
 */
public class SimpleCoffeeFactory {
    public Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatterCoffee();
        }
        return coffee;
    }
}

更改CoffeeStore 类

package com.lx.design.creator.factory.one;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/15 22:46
 *  咖啡店
 */
public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffer(String type) {


        SimpleCoffeeFactory factory=new SimpleCoffeeFactory();
        Coffee coffee = factory.createCoffee(type);

        return coffee;
    }
}

工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象（SimpleCoffeeFactory ）和商品对象（AmericanCoffee、LatterCoffee）的耦合。

后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要需求修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

优缺点

优点：
封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：

增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

扩展静态工厂

在开发中也有一部分人将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {

    public static Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
            coffee = new AmericanoCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        }
        return coffe;
    }
}

工厂方法模式

针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。

概念

定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

结构

工厂方法模式的主要角色：

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。

具体类图

在这里插入图片描述

使用工厂方法模式对上例进行改进，类图如下：

代码实现

Coffee类

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:43
 * 咖啡抽象类
 */
public abstract   class Coffee {
     public abstract  String getName();
    public void addsugar(){
        System.out.println("加糖");
    }

    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

AmericanCoffee

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:44
 * 美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

LatterCoffee

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:44
 * 拿铁咖啡
 */
public class LatterCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

抽象工厂CoffeeFactory

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/16 14:48
 * 抽象工厂：
 */
public interface CoffeeFactory {
    Coffee createCoffee();
}

AmericanCoffeeFactory具体工厂

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/16 14:49
 * LatterCoffee具体工厂
 */
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {

    public Coffee createCoffee() {
        AmericanCoffee americanCoffee = new AmericanCoffee();
        System.out.println(americanCoffee.getName());
        return americanCoffee;
    }
}

LatteCoffeeFactory具体工厂

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/16 14:49
 * LatterCoffee具体工厂
 */
public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {

    public Coffee createCoffee() {
        LatterCoffee latterCoffee = new LatterCoffee();
        latterCoffee.getName();
        return latterCoffee;
    }
}

CoffeeStore

package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:46
 *  咖啡店
 */
public class CoffeeStore {

    private CoffeeFactory factory;

    public void setFactory(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }


    public Coffee orderCoffee( ) {
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        return coffee;
    }
}

User

 package com.lx.design.creator.factory.two;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:50
 * 用户
 */
public class User {
    public static void main(String[] args) {
        CoffeeFactory americanCoffeeFactory
                = new AmericanCoffeeFactory();

        CoffeeStore store=new CoffeeStore();
        store.setFactory(americanCoffeeFactory);
        store.orderCoffee();
 

    }
}

工厂方法的好处
原来的SimpleCoffeeFactory 工厂是一个工厂通过new 可以创建很多对象。有新的产品增加的话需要更改SimpleCoffeeFactory 的代码。
而工厂方法是一个产品对一个工厂，有新的产品的时候需要提供一个新的具体产品工厂。
通过CoffeeStore 设置具体的抽象实现类，调用具体实现类的createCoffee的方法，从而实现具体产品的创建

通过这种设计，如果未来需要更换或者添加新的咖啡工厂（例如 ItalianCoffeeFactory），你只需要在运行时设置不同的工厂，而不需要修改 CoffeeStore 的代码：


public class User {
    public static void main(String[] args) {
        CoffeeFactory factory = new ItalianCoffeeFactory(); // 或者其他新的工厂
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        store.setFactory(factory);
        store.orderCoffee();
    }
}

优缺点

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；
在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；

缺点：

每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

抽象工厂模式

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机、手机店只卖手机等

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，手机店既可以卖手机也可以卖平板、音响等。

如何理解产品族。
例如有一个工厂可以生产以下产品

裤子有：短裤、牛仔裤、工装裤、西装裤（同种类产品/同等级产品）
上衣有：短袖、牛仔褂、工装褂、西装褂子（同种类产品/同等级产品）
鞋子有：拖鞋、平板鞋、运动鞋、皮鞋（同种类产品/同等级产品）

裤子、上衣和鞋子他们三个就是同一个产品族。属于是同一个工厂的产品。

概念

是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。
抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

结构

抽象工厂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，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，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，抽象工厂模式有多个抽象产品。
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，它同具体工厂之间是多对一的关系。

类图

在这里插入图片描述

需求

现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

抽象产品Coffee

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:43
 * 咖啡抽象类
 */
public abstract   class Coffee {
     public abstract  String getName();
    public void addsugar(){
        System.out.println("加糖");
    }

    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

具体产品LatterCoffee

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:44
 * 拿铁咖啡
 */
public class LatterCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        System.out.println("拿铁咖啡-意大利风味");
        return "拿铁咖啡";
    }
}

具体产品AmericanCoffee

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author lx
 * @date 2024/6/15 22:44
 * 美式咖啡
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        System.out.println("美式咖啡-美式风味");
        return "美式咖啡";
    }
}

抽象产品Dessert

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/16 21:20
 * 甜点抽象类
 */
public abstract class Dessert {
    public abstract void show();
}

具体产品Tiramisu

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/16 21:22
 */
public class Tiramisu extends Dessert{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏-意大利风味");
    }
}

具体产品MatchMouse

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/16 21:23
 */
public class MatchMouse extends Dessert{
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯-美式风味");
    }
}

抽象工厂SupermarketFactory

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/16 21:30
 * 工厂接口
 */
public interface SupermarketFactory {
    Coffee buyCoffer();
    Dessert buyDessert();
}

美式甜点工厂AmericanDessertFactory

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/16 21:32
 * 美式甜点工厂
 */
public class AmericanDessertFactory implements SupermarketFactory {
    @Override
    public Coffee buyCoffer() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert buyDessert() {
        return new MatchMouse();
    }
}

意大利风味甜点工厂ItalyDessertFactory

package com.lx.design.creator.factory.three;

/**
 * TODO 添加描述
 *
 * @author wangLJ
 * @date 2024/6/16 21:32
 * 意大利风味甜点工厂
 */
public class ItalyDessertFactory implements SupermarketFactory{
    @Override
    public Coffee buyCoffer() {

        return new LatterCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert buyDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

用户购买

public class User {
    public static void main(String[] args) {
        //想买
        AmericanDessertFactory americanDessertFactory = new AmericanDessertFactory();


        americanDessertFactory.buyDessert().show();
        americanDessertFactory.buyCoffer().getName();
        
    }
}

优缺点

优点：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。
比如需要加一个冰淇淋的产品。抽象工厂以及具体工厂都需要添加以下代码

IceCream buyIceCream();

个人理解 抽象工厂，案例中举例的是提拉米苏和咖啡，可以理解为同一个产品，不同厂商的不同实现，我们也可以实现Coffer接口。从而创建一个MyCofferFactory工厂。返回一个芥末味的咖啡。
实际业务中可以是 JDBC，如果想要自己创建一个JDBC。只需要实现相对应的父类(对应的工厂）创建自己的MyJDBC，使用自己的工厂创建对应的JDBC 就可以了。