基本概念
Factory Method是一種建立性模式,它定義了一個建立物件的介面,但是卻讓子類來決定具體例項化哪一個類.當一個類無法預料要建立哪種類的物件或是一個類需要 由子類來指定建立的物件時我們就需要用到Factory Method 模式了.簡單說來,Factory Method可以根據不同的條件產生不同的例項,當然這些不同的例項通常是屬於相同的型別,具有共同的父類.Factory Method把建立這些例項的具體過程封裝起來了,簡化了客戶端的應用,也改善了程式的擴充套件性,使得將來可以做最小的改動就可以加入新的待建立的類. 通常我們將Factory Method作為一種標準的建立物件的方法,當發現需要更多的靈活性的時候,就開始考慮向其它建立型模式轉化

簡單分析
圖1是Factory Method 模式的結構圖,這裡提供了一些術語,讓我們可以進行更方便的描述:

1. Product: 需要建立的產品的抽象類.
2. ConcreteProduct: Product的子類,一系列具體的產品.
3. Creator: 抽象建立器介面,宣告返回Product型別物件的Factory Method.
4. ConcreteCreator: 具體的建立器,重寫Creator中的Factory Method,返回ConcreteProduct型別的例項.

圖1: Factory Method 模式結構

由此可以清楚的看出這樣的平行對應關係: Product <====> Creator ; ConreteProduct <====> ConreteCreator

抽象產品對應抽象建立器,具體產品對應具體建立器.這樣做的好處是什麼呢?為什麼我們不直接用具體的產品和具體的建立器完成需求呢?實際上我們也可 以這樣做.但通過Factory Method模式來完成,客戶(client)只需引用抽象的Product和Creater,對具體的ConcreteProduct和 ConcreteCreator可以毫不關心,這樣做我們可以獲得額外的好處:

• 首先客戶端可以統一從抽象建立器獲取產生的例項,Creator的作用將client和產品建立過程分離開來,客戶不用操心返回的是那一個具體的 產品,也不用關心這些產品是如何建立的.同時,ConcreteProduct也被隱藏在Product後面,ConreteProduct繼承了 Product的所有屬性,並實現了Product中定義的抽象方法,按照Java中的物件造型(cast)原則,通過ConcreteCreator產 生的ConcreteProduct可以自動的上溯造型成Product.這樣一來,實質內容不同的ConcreteProduct就可以在形式上統一為 Product,通過Creator提供給client來訪問.
• 其次,當我們新增一個新的ConcreteCreator時,由於Creator所提供的介面不變,客戶端程式不會有絲毫的改動,不 會帶來動一發而牽全身的災難, 這就是良好封裝性的體現.但如果直接用ConcreteProduct和ConcreteCreator兩個類是無論如何也做不到這點的. 優良的面向物件設計鼓勵使用封裝(encapsulation)和委託(delegation),而Factory Method模式就是使用了封裝和委託的典型例子,這裡封裝是通過抽象建立器Creator來體現的,而委託則是通過抽象建立器把建立物件的責任完全交給 具體建立器ConcreteCreator來體現的.

現在,請再回頭看看基本概念中的那段話,開始也許覺得生澀難懂,現在是不是已經明朗化了很多.

下面讓我們看看在 Java 中如何實現Factory Method模式,進一步加深對它的認識.

具體實施
先說明一點,用Factory Method模式建立物件並不一定會讓我們的程式碼更短,實事上往往更長,我們也使用了更多的類,真正的目的在於這樣可以靈活的,有彈性的建立不確定的對 象.而且,程式碼的可重用性提高了,客戶端的應用簡化了,客戶程式的程式碼會大大減少,變的更具可讀性.

1. 標準實現: 這裡我採用Bruce Eckel 用來描述OO思想的經典例子 Shape.這樣大家會比較熟悉一些.我完全按照圖1中所定義的結構寫了下面的一段演示程式碼.這段程式碼的作用是建立不同的Shape例項,每個例項完成兩 個操作:draw和erase.具體的建立過程委託給ShapeFactory來完成.

   1.a 首先定義一個抽象類Shape,定義兩個抽象的方法.

   abstract class Shape { // 勾畫shape public abstract void draw(); // 擦去 shape public abstract void erase(); public String name; public Shape(String aName){ name = aName; } }

   1.b 定義 Shape的兩個子類: Circle, Square,實現Shape中定義的抽象方法

   // 圓形子類 class Circle extends Shape { public void draw() { System.out.println("It will draw a circle."); } public void erase() { System.out.println("It will erase a circle."); } // 建構函式 public Circle(String aName){ super(aName); } } // 方形子類 class Square extends Shape { public void draw() { System.out.println("It will draw a square."); } public void erase() { System.out.println("It will erase a square."); } // 建構函式 public Square(String aName){ super(aName); } }

   1.c 定義抽象的建立器,anOperation呼叫factoryMethod建立一個物件,並對該物件進行一系列操作.

   abstract class ShapeFactory { protected abstract Shape factoryMethod(String aName); // 在anOperation中定義Shape的一系列行為 public void anOperation(String aName){ Shape s = factoryMethod(aName); System.out.println("The current shape is: " + s.name); s.draw(); s.erase(); } }

   1.d 定義與circle和square相對應的兩個具體建立器CircleFactory,SquareFactory,實現父類的methodFactory方法

   // 定義返回 circle 例項的 CircleFactory class CircleFactory extends ShapeFactory { // 過載factoryMethod方法,返回Circle物件 protected Shape factoryMethod(String aName) { return new Circle(aName + " (created by CircleFactory)"); } } // 定義返回 Square 例項的 SquareFactory class SquareFactory extends ShapeFactory { // 過載factoryMethod方法,返回Square物件 protected Shape factoryMethod(String aName) { return new Square(aName + " (created by SquareFactory)"); } }

   1.e 測試類:請注意這個客戶端程式多麼簡潔,既沒有羅嗦的條件判斷語句,也無需關心ConcreteProduct和ConcreteCreator的細節 (因為這裡我用anOperation封裝了Product裡的兩個方法,所以連Product的影子也沒看見,當然把Product裡方法的具體呼叫放 到客戶程式中也是不錯的).

   class Main { public static void main(String[] args){ ShapeFactory sf1 = new SquareFactory(); ShapeFactory sf2 = new CircleFactory(); sf1.anOperation("Shape one"); sf2.anOperation("Shape two"); } }

   執行結果如下:
The current shape is: Shape one (created by SquareFactory)
It will draw a square.
It will erase a square.
The current shape is: Shape two (created by CircleFactory)
It will draw a circle.
It will erase a circle.


2. 引數化的Factory Method: 這種方式依靠指定的引數作為標誌來建立對應的例項,這是很常見的一種辦法.比如JFC中的BorderFactory就是個很不錯的例子. 以下的這個例子是用字串作為標記來進行判斷的,如果引數的型別也不一樣,那就可以用到過載函式來解決這個問題,定義一系列引數和方法體不同的同名函式, 這裡java.util.Calendar.getInstance()又是個極好的例子.引數化的建立方式克服了Factory Method模式一個最顯著的缺陷,就是當具體產品比較多時,我們不得不也建立一系列與之對應的具體構造器. 但是在客戶端我們必須指定引數來決定要建立哪一個類.

   2.a 我們在第一種方法的基礎上進行修改,首先自定義一個的異常,這樣當傳入不正確的引數時可以得到更明顯的報錯資訊.

   class NoThisShape extends Exception { public NoThisShape(String aName) { super(aName); } }

   2.b去掉了ShapeFactory的兩個子類,改為由ShapeFactory直接負責例項的建立. ShapeFactory自己變成一個具體的建立器,直接用引數化的方法實現factoryMethod返回多種物件.

   abstract class ShapeFactory { private static Shape s; private ShapeFactory() {} static Shape factoryMethod(String aName, String aType) throws NoThisShape{ if (aType.compareTo("square")==0) return new Square(aName); else if (aType.compareTo("circle")==0) return new Circle(aName); else throw new NoThisShape(aType); } // 在anOperation中定義Shape的一系列行為 static void anOperation(String aName, String aType) throws NoThisShape{ s = factoryMethod(aName, aType); System.out.println("The current shape is: " + s.name); s.draw(); s.erase(); } }

   2.c 測試類:這裡客戶端必須指定引數來決定具體建立哪個類.這個例子裡的anOperation是靜態函式,可以直接引用.

   class Main { public static void main(String[] args) throws NoThisShape{ ShapeFactory.anOperation("Shape one","circle"); ShapeFactory.anOperation("Shape two","square"); ShapeFactory.anOperation("Shape three", "delta"); } }

   執行結果如下:

   The current shape is: Shape one It will draw a circle. It will erase a circle. The current shape is: Shape two It will draw a square. It will erase a square. Exception in thread "main" NoThisShape: delta at ShapeFactory.factoryMethod(ShapeFactory.java:10) at ShapeFactory.anOperation(ShapeFactory.java:15) at Main.main(Main.java:5)

3. 動態裝載機制:

   有的時候我們會把ConcreteProduct的例項傳給建立器作為引數,這種情況下,如果在建立器裡完成建立過程,就必須判斷引數的具體型別(用instanceof),然後才能產生相應的例項,那麼比較好的做法是利用Java的動態裝載機制來完成這件事.比如:

   我們得到一個Shape的子類s,但不知道具體是那個子類,就可以利用Class類自帶的方法newInstance()得到例項

   return (Shape)s.getClass().newInstance();

   這種方法有興趣得讀者可以自己嘗試,限於篇幅,不寫具體程式碼出來了.

後話:
看完這篇文章後,相信讀者對Factory Method模式有一個比較清楚的瞭解了.我想說的是,我們不僅應該關心一個具體的模式有什麼作用,如何去實現這個模式,更應該透過現象看本質,不但知其 然,還要知其所以然.要通過對模式的學習加深對面向物件思想的理解,讓自己的認識得到昇華.Factory Method模式看似簡單,實則深刻.抽象,封裝,繼承,委託,多型,針對介面程式設計等面向物件中的概念都在這裡得到了一一的體現.只有抓住了它的本質,我 們才能夠不拘於形式的靈活運用,而不是為了使用模式而使用模式.

參考資料