工厂方法模式（详解版） 图片看不了？点击切换HTTP 返回上层

在现实生活中社会分工越来越细，越来越专业化。各种产品有专门的工厂生产，彻底告别了自给自足的小农经济时代，这大大缩短了产品的生产周期，提高了生产效率。同样，在软件开发中能否做到软件对象的生产和使用相分离呢？能否在满足“开闭原则”的前提下，客户随意增删或改变对软件相关对象的使用呢？这就是本节要讨论的问题。

模式的定义与特点

工厂方法（FactoryMethod）模式的定义：定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。

我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于 GoF 的 23 种经典设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”。

本节介绍的“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。

工厂方法模式的主要优点有：

• 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；

其缺点是：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。

模式的结构与实现

工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

工厂方法模式的主要角色如下。

1. 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 newProduct() 来创建产品。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

其结构图如图 1 所示。

2. 模式的实现

根据图 1 写出该模式的代码如下：

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package FactoryMethod; public class AbstractFactoryTest {     public static void main(String[] args)     {         try         {             Product a;             AbstractFactory af;             af=(AbstractFactory) ReadXML1.getObject();             a=af.newProduct();             a.show();         }         catch(Exception e)         {             System.out.println(e.getMessage());         }     } } //抽象产品：提供了产品的接口 interface Product {     public void show(); } //具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法 class ConcreteProduct1 implements Product {     public void show()     {         System.out.println("具体产品1显示...");     } } //具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法 class ConcreteProduct2 implements Product {     public void show()     {         System.out.println("具体产品2显示...");     } } //抽象工厂：提供了厂品的生成方法 interface AbstractFactory {     public Product newProduct(); } //具体工厂1：实现了厂品的生成方法 class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {     public Product newProduct()     {         System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");         return new ConcreteProduct1();     } } //具体工厂2：实现了厂品的生成方法 class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {     public Product newProduct()     {         System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");         return new ConcreteProduct2();     } }

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package FactoryMethod; import javax.xml.parsers.*; import org.w3c.dom.*; import java.io.*; class ReadXML1 {     //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象     public static Object getObject()     {         try         {             //创建文档对象             DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();             DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();             Document doc;                                       doc=builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));                    //获取包含类名的文本节点             NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");             Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();             String cName="FactoryMethod."+classNode.getNodeValue();             //System.out.println("新类名："+cName);             //通过类名生成实例对象并将其返回             Class<?> c=Class.forName(cName);               Object obj=c.newInstance();             return obj;          }           catch(Exception e)          {                    e.printStackTrace();                    return null;          }     } }

注意：该程序中用到了 XML 文件，如果想要获取该文件，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

程序运行结果如下：

1 2	具体工厂1生成-->具体产品1... 具体产品1显示...

如果将 XML 配置文件中的 ConcreteFactory1 改为 ConcreteFactory2，则程序运行结果如下：

1 2	具体工厂2生成-->具体产品2... 具体产品2显示...

模式的应用实例

【例1】用工厂方法模式设计畜牧场。

分析：有很多种类的畜牧场，如养马场用于养马，养牛场用于养牛，所以该实例用工厂方法模式比较适合。

对养马场和养牛场等具体工厂类，只要定义一个生成动物的方法 newAnimal() 即可。由于要显示马类和牛类等具体产品类的图像，所以它们的构造函数中用到了 JPanel、JLabd 和 ImageIcon 等组件，并定义一个 show() 方法来显示它们。

客户端程序通过对象生成器类 ReadXML2 读取 XML 配置文件中的数据来决定养马还是养牛。其结构图如图 2 所示。


注意：该程序中用到了 XML 文件，并且要显示马类和牛类等具体产品类的图像，如果想要获取 HTML 文件和图片，请点击“下载”，就可以对其进行下载。

程序代码如下：

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package FactoryMethod; import java.awt.*; import javax.swing.*; public class AnimalFarmTest {     public static void main(String[] args)     {         try         {             Animal a;             AnimalFarm af;             af=(AnimalFarm) ReadXML2.getObject();             a=af.newAnimal();             a.show();         }         catch(Exception e)         {             System.out.println(e.getMessage());         }     } } //抽象产品：动物类 interface Animal {     public void show(); } //具体产品：马类 class Horse implements Animal {     JScrollPane sp;     JFrame jf=new JFrame("工厂方法模式测试");     public Horse()     {         Container contentPane=jf.getContentPane();         JPanel p1=new JPanel();         p1.setLayout(new GridLayout(1,1));         p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：马"));         sp=new JScrollPane(p1);         contentPane.add(sp, BorderLayout.CENTER);         JLabel l1=new JLabel(new ImageIcon("src/A_Horse.jpg"));         p1.add(l1);               jf.pack();               jf.setVisible(false);         jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    //用户点击窗口关闭     }     public void show()     {         jf.setVisible(true);     } } //具体产品：牛类 class Cattle implements Animal {     JScrollPane sp;     JFrame jf=new JFrame("工厂方法模式测试");     public Cattle()     {         Container contentPane=jf.getContentPane();         JPanel p1=new JPanel();         p1.setLayout(new GridLayout(1,1));         p1.setBorder(BorderFactory.createTitledBorder("动物：牛"));         sp=new JScrollPane(p1);         contentPane.add(sp,BorderLayout.CENTER);         JLabel l1=new JLabel(new ImageIcon("src/A_Cattle.jpg"));         p1.add(l1);               jf.pack();               jf.setVisible(false);         jf.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);    //用户点击窗口关闭     }     public void show()     {         jf.setVisible(true);     } } //抽象工厂：畜牧场 interface AnimalFarm {     public Animal newAnimal(); } //具体工厂：养马场 class HorseFarm implements AnimalFarm {     public Animal newAnimal()     {         System.out.println("新马出生！");         return new Horse();     } } //具体工厂：养牛场 class CattleFarm implements AnimalFarm {     public Animal newAnimal()     {         System.out.println("新牛出生！");         return new Cattle();     } }

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package FactoryMethod; import javax.xml.parsers.*; import org.w3c.dom.*; import java.io.*; class ReadXML2 {     public static Object getObject()     {         try         {             DocumentBuilderFactory dFactory=DocumentBuilderFactory.newInstance();             DocumentBuilder builder=dFactory.newDocumentBuilder();             Document doc;                                       doc=builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config2.xml"));             NodeList nl=doc.getElementsByTagName("className");             Node classNode=nl.item(0).getFirstChild();             String cName="FactoryMethod."+classNode.getNodeValue();             System.out.println("新类名："+cName);             Class<?> c=Class.forName(cName);               Object obj=c.newInstance();             return obj;         }          catch(Exception e)         {                e.printStackTrace();                return null;         }     } }

程序的运行结果如图 3 所示。

模式的应用场景

工厂方法模式通常适用于以下场景。

• 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
• 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
• 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。

模式的扩展

当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式，其结构图如图 4 所示。