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設計模式—工廠方法模式

2022 年 9 月 30 日
筆記
設計模式

簡述

類型：創建型
目的：實現對客戶端中對象的平替。

我們藉以下案例來說說如何使用工廠方法模式平替對象。

優化案例

最初版

public interface OS {
    public void start();
    public void sleep();
    public void restart();
    public void stop();
}
public class Linux implements OS {
    public void start() {
        System.out.println("啟動Linux系統！");
    }
    public void sleep() {
        System.out.println("睡眠Linux系統！");
    }
    public void restart() {
        System.out.println("重啟Linux系統！");
    }
    public void stop() {
        System.out.println("停止Linux系統！");
    }
}
public class Windows implements OS {
    public void start() {
        System.out.println("啟動Windows系統！");
    }
    public void sleep() {
        System.out.println("睡眠Windows系統！");
    }
    public void restart() {
        System.out.println("重啟Windows系統！");
    }
    public void stop() {
        System.out.println("停止Windows系統！");
    }
}
public class Unix implements OS {
    public void start() {
        System.out.println("啟動Unix系統！");
    }
    public void sleep() {
        System.out.println("睡眠Unix系統！");
    }
    public void restart() {
        System.out.println("重啟Unix系統！");
    }
    public void stop() {
        System.out.println("停止Unix系統！");
    }
}

客戶端調用如下。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OS os1 = new Linux();
        OS os2 = new Windows();
        OS os3 = new Unix();
    }
}

傳統是new創建對象的方式有著硬編碼的問題。當我們需要把所有Linux對象改為Unix對象時，就必須在項目中檢索所有的Linux一一修改為Unix。這無疑增加了大量的無意義的工作。

修改版v1(簡單工廠模式)

增加一個工廠類，其他不變。

public class OSFactory {
    static OS instance(String arg) {
        if (arg.equals("Linux")) {
            return new Linux();
        } else if (arg.equals("Unix")) {
            return new Unix();
        } else if (arg.equals("Windows")) {
            return new Windows();
        }
        throw new Exception("輸入的參數錯誤");
    }
}

修改後，客戶端的程式碼調用。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OS os1 = OSFactory.instance("Linux");
        OS os2 = OSFactory.instance("Windows");
        OS os3 = OSFactory.instance("Unix");
    }
}

在一定程度上解決了客戶端硬編碼問題。並且當我們需要把所有Linux對象改為Unix對象時，只需要在OS中將new Linux() → new Unix()即可。這無疑節省了很多的時間，也無需為硬編碼帶來的大量改修而苦惱。

但是目前這個優化方案依然有至少兩個問題，一是OSFactory.instance方法中耦合了所有的OS實現類，這可能有礙於未來的項目維護，二是new Linux() → new Unix()這種修改方式會導致程式碼變得不明確，既然不論是Linux還是Unix都直接生成Unix對象，就沒有必要定義Linux了呀。實際上是因為客戶端程式碼中還有使用OSFactory.instance("Linux")來創建的對象，為了不修改客戶端程式碼，強行做如上修改。

修改版v2(工廠方法模式)

將原本的工廠類抽象化，並定義一系列不同的實現類，其餘不變。

public interface OSFactory {
   	OS create();
}
public class LinuxFactory {
    public OS create() {
        return new Linux();
    }
}
public class WindowsFactory {
    public OS create() {
        return new Windows();
    }
}
public class UnixFactory {
    public OS create() {
        return new Unix();
    }
}

修改後，客戶端的程式碼調用。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        OSFactory factory = new LinuxFactory();
        OS os1 = factory.create();
    }
}

將原本OSFactory類中臃腫的邏輯分散到各個子類中，提高了系統的可維護性，不用再每次都修改Factory類了。

那麼，問題來了，這樣的結構對於我們的項目有什麼幫助嗎？幾乎沒有，我們只是將對象的創建統一管理了而已，這也只是工廠方法模式的一個很小的功能。實際上需求是快速的將系統中的對象平替。而為了實現這個需求，我們需要結合Java反射這項技術。請看下面的程式碼。

修改版v3(工廠方法+反射)

只修改客戶端的調用方式，其他位置不做修改。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 實際項目中一般定義成特定的類(專門用來載入各種配置)中的靜態變數
        Properties prop = new Properties();
        FileReader fileReader = new FileReader("src/resource/props/config.prop");
        // 使用properties文件來存儲當前調用類的資訊
        prop.load(fileReader);
        fileReader.close();
        OSFactory factory = (OSFactory) Class.forName(prop.getProperty("FACTORY"))
                                             .getDeclaredConstructor().newInstance();
        OS os1 = factory.create();
    }
}

增加一個properties文件文件，定義如下。

#當前使用的工廠類
FACTORY=design.factorymethod.demo02.LinuxFactory

當系統需要將實例的LinuxFactory類轉化為其他的實現類時，只需要更改上述配置文件即可。

總結

優點

輕鬆做到類的平替。

缺點

類數量倍增，系統複雜度增加。

應用場景

根據需求，需要全面替換系統中的某個類時。

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