设计模式——简单工厂模式

 

Java简单工厂

简单工厂不是一个标准的设计模式，但是它实在是太常用了，简单而又神奇，所以还是需要好好掌握的，就当是对学习设计模式的热身运动吧。

为了保持一致性，我们尽量按照学习其它模式的步骤来进行学习。

1  场景问题

大家都知道，在Java应用开发中，要“面向接口编程”。那么什么是接口？接口有什么作用？接口如何使用？一起来回顾一下：

1.1  接口回顾

（1）Java中接口的概念

在Java中接口是一种特殊的抽象类，跟一般的抽象类相比，接口里面的所有方法都是抽象方法，接口里面的所有属性都是常量。也就是说，接口里面是只有方法定义而不会有任何方法实现。

（2）接口用来干什么

通常用接口来定义实现类的外观，也就是实现类的行为定义，用来约束实现类的行为。接口就相当于一份契约，根据外部应用需要的功能，约定了实现类应该要实现的功能，但是具体的实现类除了实现接口约定的功能外，还可以根据需要实现一些其它的功能，这是允许的，也就是说实现类的功能包含但不仅限于接口约束的功能。

通过使用接口，可以实现不相关类的相同行为，而不需考虑这些类之间的层次关系，接口就是实现类对外的外观。

（3）接口的思想

根据接口的作用和用途，浓缩下来，接口的思想就是“封装隔离”。

通常提到封装是指对数据的封装，但是这里的封装是指“对被隔离体的行为的封装”，或者是“对被隔离体的职责的封装”；而隔离指的是外部调用和内部实现，外部调用只能通过接口进行调用，而外部调用是不知道内部具体实现的，也就是说外部调用和内部实现是被接口隔离开的。

（4）使用接口的好处

由于外部调用和内部实现被接口隔离开了，那么只要接口不变，内部实现的变化就不会影响到外部应用，从而使得系统更灵活，具有更好的扩展性和可维护性，这也就是所谓“接口是系统可插拔性的保证”这句话的意思。

（5）接口和抽象类的选择

既然接口是一种特殊的抽象类，那么在开发中，何时选用接口，何时选用抽象类呢？

对于它们的选择，在开发中是一个很重要的问题，特别总结两句话给大家：

            优先选用接口

            在如下情况应选择抽象类：既要定义子类的行为，又要为子类提供公共的功能

1.2  面向接口编程

面向接口编程是Java编程中的一个重要原则。

      在Java 程序设计里面，非常讲究层的划分和模块的划分。通常按照三层来划分Java程序，分别是表现层、逻辑层、数据层，它们之间都要通过接口来通讯。

在每一个层里面，又有很多个小模块，一个小模块对外也应该是一个整体，那么一个模块对外也应该提供接口，其它地方需要使用到这个模块的功能，都应该通过此接口来进行调用。这也就是常说的“接口是被其隔离部分的外观”。基本的三层结构如图1所示：

 

 

图1  基本的三层结构示意图

在一个层内部的各个模块交互也要通过接口，如图2所示：

 

 

图2  一个层内部的各个模块交互示意图

各个部分的接口具体应该如何去定义，具体的内容是什么，不去深究，那是需要具体问题具体分析的，这里只是来学习设计的方法。

上面频频提到“组件”，那么什么是组件呢？先简单的名词解释一下：

所谓组件：从设计上讲，组件就是能完成一定功能的封装体。小到一个类，大到一个系统，都可以称为组件，因为一个小系统放到更大的系统里面去，也就当个组件而已。事实上，从设计的角度看，系统、子系统、模块、组件等说的其实是同一回事情，都是完成一定功能的封装体，只不过功能多少不同而已。

继续刚才的思路，大家会发现，不管是一层还是一个模块或者一个组件，都是一个被接口隔离的整体，那么下面我们就不去区分它们，统一认为都是接口隔离体即可，如图3所示：

 
图3  接口隔离体示意图

既然在Java中需要面向接口编程，那么在程序中到底如何使用接口，来做到真正的面向接口编程呢？

1.3  不用模式的解决方案

回忆一下，以前是如何使用接口的呢，假设有一个接口叫Api，然后有一个实现类Impl实现了它，在客户端怎么用这个接口呢？

通常都是在客户端创建一个Impl的实例，把它赋值给一个Api接口类型的变量，然后客户端就可以通过这个变量来操作接口的功能了，此时具体的结构图如图4：

 

图4  基本的接口和实现

还是用代码来说明，会更清楚一些。

（1）先定义接口Api，示例代码如下：

 

/**
* 某个接口(通用的、抽象的、非具体的功能) 
*/
public interface Api {
    /**
     * 某个具体的功能方法的定义，用test1来演示一下。
     * 这里的功能很简单，把传入的s打印输出即可 
     * @param s 任意想要打印输出的字符串
     */
    public void test1(String s);
}

 

（2）既然有了接口，自然就要有实现，定义实现Impl，示例代码如下：

 

/**
* 对接口的实现 
*/
public class Impl implements Api{
    public void test1(String s) {
        System.out.println("Now In Impl. The input s=="+s);
    }
}

 

 （3）那么此时的客户端怎么写呢？

按照Java的知识，接口不能直接使用，需要使用接口的实现类，示例代码如下：

 

/**
* 客户端：测试使用Api接口
*/
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Api api = new Impl();
        api.test1("哈哈，不要紧张，只是个测试而已！");
    }
} 

 

1.4  有何问题

上面写得没错吧，在Java的基础知识里面就是这么学的，难道这有什么问题吗？

请仔细看位于客户端的下面这句话：

        Api api = new Impl();

      然后再想想接口的功能和思想，发现什么了？仔细再想想？

      你会发现在客户端调用的时候，客户端不但知道了接口，同时还知道了具体的实现就是Impl。而接口的思想是“封装隔离”，而Impl这个实现类，应该是被接口Api封装并同客户端隔离开的，也就是说，客户端根本就不应该知道具体的实现类是Impl。

有朋友说，那好，我就把Impl从客户端拿掉，让Api真正的对实现进行“封装隔离”，然后我们还是面向接口来编程。可是，新的问题出现了，当他把“new Impl()”去掉过后，发现他无法得到Api接口对象了，怎么办呢？

把这个问题描述一下：在Java编程中，出现只知接口而不知实现，该怎么办？

就像现在的Client，它知道要使用Api接口，但是不知由谁实现，也不知道如何实现，从而得不到接口对象，就无法使用接口，该怎么办呢？

 

2  解决方案

1  简单工厂来解决

      用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是简单工厂，那么什么是简单工厂呢？

1：简单工厂定义

2：应用简单工厂来解决的思路

分析上面的问题，虽然不能让模块外部知道模块内的具体实现，但是模块内部是可以知道实现类的，而且创建接口是需要具体实现类的。

那么干脆在模块内部新建一个类，在这个类里面来创建接口，然后把创建好的接口返回给客户端，这样外部应用就只需要根据这个类来获取相应的接口对象，然后就可以操作接口定义的方法了。把这样的对象称为简单工厂，就叫Factory吧。

这样一来，客户端就可以通过这个Factory来获取需要的接口对象，然后调用接口的方法来实现需要的功能，而且客户端也不用再关心具体实现了。

2.2  简单工厂结构和说明

简单工厂的结构如图5所示：

 

 
 Api：
        定义客户所需要的功能接口
Impl：
       具体实现Api的实现类，可能会有多个
Factory：
       工厂，选择合适的实现类来创建Api接口对象
Client：
       客户端，通过Factory去获取Api接口对象，然后面向Api接口编程

2.3  简单工厂示例代码

（1）先看看Api的定义，示例代码如下：

 

/**
 * 接口的定义，该接口可以通过简单工厂来创建
 */
public interface Api {
    /**
     * 示意，具体的功能方法的定义
     * @param s 示意，需要的参数
     */
    public void operation(String s);
}

 

 （2）定义了接口，该来实现它了，ImplA的示例代码如下：

 

/**
 * 接口的具体实现对象A 
 */
public class ImplA implements Api{
    public void operation(String s) {
        //实现功能的代码，示意一下
        System.out.println("ImplA s=="+s);
    }
}

 

ImplB的示意实现和ImplA基本一样，示例代码如下：

 

/**
 * 接口的具体实现对象B 
 */
public class ImplB implements Api{
    public void operation(String s) {
        //实现功能的代码，示意一下
        System.out.println("ImplB s=="+s);
    }
}

 

（3）该来看看简单工厂的实现，示例代码如下：

 

/** 
 * 工厂类，用来创造Api对象 
 */
public class Factory { 
    /** 
     * 具体的创造Api对象的方法 
     * @param condition 示意，从外部传入的选择条件 
     * @return 创造好的Api对象 
     */
    public static Api createApi(int condition){ 
        //应该根据某些条件去选择究竟创建哪一个具体的实现对象， 
        //这些条件可以从外部传入，也可以从其它途径获取。 
        //如果只有一个实现，可以省略条件，因为没有选择的必要。 
       //示意使用条件 
        Api api = null; 
        if(condition == 1){ 
            api = new ImplA(); 
        }else if(condition == 2){ 
            api = new ImplB(); 
        } 
        return api; 
    } 
}

 

 （4）再来看看客户端的示意，示例代码如下：

/**
 * 客户端，使用Api接口
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //通过简单工厂来获取接口对象
        Api api = Factory.createApi(1);
        api.operation("正在使用简单工厂");
    }
}

 

2.4  使用简单工厂重写示例 

      要使用简单工厂来重写前面的示例，主要就是要创建一个简单工厂对象，让简单工厂来负责创建接口对象。然后让客户端通过工厂来获取接口对象，而不再由客户端自己去创建接口的对象了。

此时系统的结构如图6所示。

 

 

图6  使用简单工厂重写示例的结构示意图

（1）接口Api和实现类Impl都和前面的示例一样，就不去赘述了。

（2）新创建一个简单工厂的对象，示例代码如下：

 

/**
 * 工厂类，用来创造Api对象
 */
public class Factory {
    /**
     * 具体的创造Api对象的方法
     * @return 创造好的Api对象
     */
    public static Api createApi(){
        //由于只有一个实现，就不用条件判断了
        return new Impl();
    }
}

 

 （3）使用简单工厂

 客户端如何使用简单工厂提供的功能呢？这个时候，客户端就不用再自己去创建接口的对象了，应该使用工厂来获取，经过改造，客户端代码如下： 

/** 
* 客户端：测试使用Api接口 
*/
public class Client { 
    public static void main(String[] args) { 
        //重要改变，没有new Impl()了，取而代之Factory.createApi() 
        Api api = Factory.createApi(); 
        api.test1("哈哈，不要紧张，只是个测试而已！"); 
    } 
} 

 

就如同上面的示例，客户端通过简单工厂创建了一个实现接口的对象，然后面向接口编程，从客户端来看，它根本就不知道具体的实现是什么，也不知道是如何实现的，它只知道通过工厂获得了一个接口对象，然后就能通过这个接口来获取想要的功能。

事实上，简单工厂能帮助我们真正开始面向接口编程，像以前的做法，其实只是用到了接口的多态那部分的功能，最重要的“封装隔离性”并没有体现出来。