设计模式01之 简单工厂模式(创建模式)

概要

本章介绍"简单工厂模式"。内容包括：
简单工厂模式简介
简单工厂模式代码模型
简单工厂模式示例

说明：(01) 本文是在《Java与模式》的学习总结文章！ (02) 文章中的UML的相关内容(包括类图说明和绘图工具等)，可以参考"UML系列" 文章。

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简单工厂模式简介

简单工厂模式(Simple Factory)，又被称为"静态工厂方法模式"。它属于"创建模式"(创建对象的模式)，并且是"工厂方法"模式的一种特殊实现。
通常，我们利用简单工厂模式来进行类的创建。例如，获取线程池对象，就是通过简单工厂模式来实现的。它的结构图如下所示：

简单工厂模式的结构共包括3个组成部分：工厂(Factory)，抽象产品(Product)，具体产品(ConcreteProduct)。

1. 工厂 -- 工厂是简单工厂模式的核心，提供了对外接口。客户端或其它程序要获取Product对象，都是通过Factory的接口来获取的。

2. 抽象产品 -- 抽象产品是(许多)不同产品抽象出来的。Product可以是接口或者抽象类。

3. 具体产品 -- 工厂中返回的产品对象，实际上是通过ConcreteProduct来创建的。

简单工厂模式代码模型

public class Factory {
    public static Product newInstance() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}
public abstract Product {
}
public class ConcreteProduct extends Product {
    public ConcreteProduct() {}
}

模型的类图

 

简单工厂模式示例

假设现在有一个水果工厂，能够生成各种各样的水果。目前能生产的水果包括苹果，葡萄和草莓。
我们通过"简单工厂模式"描述该问题，它的UML类图如下：

1. 工厂类
工厂类是"FruitFactory"。FruitFactory是水果工厂，水果工厂会生成水果。
FruitFactory的源码

public class FruitFactory {

    public static Fruit newInstance(String name) 
        throws BadFruitException {
        // 如果name等于"apple"(忽略大小写)，则返回苹果。
        if ("apple".equalsIgnoreCase(name)) {
            return new Apple();
        // 如果name等于"grape"(忽略大小写)，则返回葡萄。
        } else if ("grape".equalsIgnoreCase(name)) {
            return new Grape();
        // 如果name等于"strawberry"(忽略大小写)，则返回草莓。
        } else if ("strawberry".equalsIgnoreCase(name)) {
            return new Strawberry();
        // 其它情况，则抛出异常。
        } else {
            throw new BadFruitException("Bad fruit request!");
        }
    }
}

2. 抽象产品类
Product类是"Fruit"。Fruit代表水果，它是抽象类，包含水果的基本特征：生长，种植，收获。
Fruit的源码

public abstract class Fruit {
    abstract void grow();    // 生长
    abstract void harvest(); // 收获
    abstract void plant();   // 种植
}

3. 具体产品类
具体产品类是"Apple", "Grape"和"Strawberry"。它们是3种具体的水果，分别代表苹果，葡萄和草莓。
Apple的源码

// Apple实现Fruit的函数接口，并且Apple中有私有成员age和私有方法log。
public class Apple extends Fruit {
    private int age;

    public void grow() {
        log("Apple grow()");
    }
    public void harvest() {
        log("Apple harvest()");
    }
    public void plant() {
        log("Apple plant()");
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    private void log(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

Grape的源码

// Grape仅仅只实现Fruit的函数接口。
public class Grape extends Fruit {
    public void grow() {
        System.out.println("Grape grow()");
    }
    public void harvest() {
        System.out.println("Grape harvest()");
    }
    public void plant() {
        System.out.println("Grape plant()");
    }
}

Strawberry的源码

// Strawberry实现Fruit的函数接口，并且Strawberry中有私有方法log
public class Strawberry extends Fruit {

    public void grow() {
        log("Strawberry grow()");
    }
    public void harvest() {
        log("Strawberry harvest()");
    }
    public void plant() {
        log("Strawberry plant()");
    }
    private void log(String msg) {
        System.out.println(msg);
    }
}

4. 客户端测试程序
客户端是"Client"。
Client的源码

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Fruit apple = FruitFactory.newInstance("Apple");
            apple.plant();
            apple.grow();
            apple.harvest();

            Fruit grape = FruitFactory.newInstance("Grape");
            grape.plant();
            grape.grow();
            grape.harvest();

            Fruit strawberry = FruitFactory.newInstance("strawberry");
            strawberry.plant();
            strawberry.grow();
            strawberry.harvest();

            Fruit error = FruitFactory.newInstance("error");
            error.plant();
            error.grow();
            error.harvest();
        } catch (BadFruitException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

Apple plant()
Apple grow()
Apple harvest()
Grape plant()
Grape grow()
Grape harvest()
Strawberry plant()
Strawberry grow()
Strawberry harvest()
BadFruitException: Bad fruit request!
    at FruitFactory.newInstance(FruitFactory.java:17)
    at Client.main(Client.java:21)

结果说明：

Client成功创建了Apple, Grape, Strawberry这3个水果对象，并调用了它们的方法；然后创建error时，由于不存在error对应的水果，因此抛出异常。
(01) Fruit，是抽象产品。Fruit中声明了grow(), harvest(), plant()这3个函数接口，它们是水果共用拥有的行为。
(02) Apple, Grape和Strawberry这三个类是具体产品。
      Apple -- 实现Fruit的函数接口，并且Apple中有私有成员age和私有方法log。
      Grape -- 仅仅只实现Fruit的函数接口。
      Strawberry -- 实现Fruit的函数接口，并且Strawberry中有私有方法log
(03) FruitFactory，是工厂类。通过它的newInstance()方法，我们可以获取相应的Fruit对象。若要获取的水果不存在，则抛出BadFruitException异常。BadFruitException是Exception的子类。