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研磨设计模式之 工厂方法模式

2010-09-09 作者:云飞龙行 来源:云飞龙行的blog

 

做Java一晃就十年了,最近手痒痒,也决定跟随一下潮流,整个博客,写点东西,就算对自己的知识进行一个梳理和总结,也跟朋友们交流交流,希望能坚持下去。

先写写设计模式方面的内容吧,就是GoF的23个模式,先从大家最熟悉的工厂方法模式开始,这个最简单,明白的人多,看看是否能写出点跟别人不一样的东西,欢迎大家来热烈讨论,提出建议或意见,并进行批评指正,一概虚心接受,在此先谢过了!

另外,大家也可以说说最想看到哪个模式,那我就先写它,呵呵,大家感兴趣,我才会有动力写下去!好了,言归正传,Now Go!

工厂方法模式(Factory Method)

1  场景问题

1.1  导出数据的应用框架

考虑这样一个实际应用:实现一个导出数据的应用框架,来让客户选择数据的导出方式,并真正执行数据导出。

在一些实际的企业应用中,一个公司的系统往往分散在很多个不同的地方运行,比如各个分公司或者是门市点,公司没有建立全公司专网的实力,但是又不愿意让业务数据实时的在广域网上传递,一个是考虑数据安全的问题,一个是运行速度的问题。

这种系统通常会有一个折中的方案,那就是各个分公司内运行系统的时候是独立的,是在自己分公司的局域网内运行。然后在每天业务结束的时候,各个分公司会导出自己的业务数据,然后把业务数据打包通过网络传送给总公司,或是专人把数据送到总公司,然后由总公司进行数据导入和核算。

通常这种系统,在导出数据上,会有一些约定的方式,比如导出成:文本格式、数据库备份形式、Excel格式、Xml格式等等。

现在就来考虑实现这样一个应用框架。在继续之前,先来了解一些关于框架的知识。

1.2  框架的基础知识

(1):框架是什么

简单点说:框架就是能完成一定功能的半成品软件

就其本质而言,框架是一个软件,而且是一个半成品的软件。所谓半成品,就是还不能完全实现用户需要的功能,框架只是实现用户需要的功能的一部分,还需要进一步加工,才能成为一个满足用户需要的、完整的软件。因此框架级的软件,它的主要客户是开发人员,而不是最终用户。

有些朋友会想,既然框架只是个半成品,那何必要去学习和使用框架呢?学习成本也不算小,那就是因为框架能完成一定的功能,也就是这“框架已经完成的一定的功能”在吸引着开发人员,让大家投入去学习和使用框架。

(2):框架能干什么

能完成一定功能,加快应用开发进度

由于框架完成了一定的功能,而且通常是一些基础的、有难度的、通用的功能,这就避免我们在应用开发的时候完全从头开始,而是在框架已有的功能之上继续开发,也就是说会复用框架的功能,从而加快应用的开发进度。

给我们一个精良的程序架构

框架定义了应用的整体结构,包括类和对象的分割,各部分的主要责任,类和对象怎么协作,以及控制流程等等。

现在Java界大多数流行的框架,大都出自大师手笔,设计都很精良。基于这样的框架来开发,一般会遵循框架已经规划好的结构来进行开发,从而让我们开发的应用程序的结构也相对变得精良了。

(3):对框架的理解

基于框架来开发,事情还是那些事情,只是看谁做的问题

对于应用程序和框架的关系,可以用一个图来简单描述一下,如图1所示:

图1  应用程序和框架的简单关系示意图

如果没有框架,那么客户要求的所有功能都由开发人员自己来开发,没问题,同样可以实现用户要求的功能,只是开发人员的工作多点。

如果有了框架,框架本身完成了一定的功能,那么框架已有的功能,开发人员就可以不做了,开发人员只需要完成框架没有的功能,最后同样是完成客户要求的所有功能,但是开发人员的工作就减少了。

也就是说,基于框架来开发,软件要完成的功能并没有变化,还是客户要求的所有功能,也就是“事情还是那些事情”的意思。但是有了框架过后,框架完成了一部分功能,然后开发人员再完成一部分功能,最后由框架和开发人员合起来完成了整个软件的功能,也就是看这些功能“由谁做”的问题。

基于框架开发,可以不去做框架所做的事情,但是应该明白框架在干什么,以及框架是如何实现相应功能的

事实上,在实际开发中,应用程序和框架的关系,通常都不会如上面讲述的那样,分得那么清楚,更为普遍的是相互交互的,也就是应用程序做一部分工作,然后框架做一部分工作,然后应用程序再做一部分工作,然后框架再做一部分工作,如此交错,最后由应用程序和框架组合起来完成用户的功能要求。

也用个图来说明,如图2所示:

图2  应用程序和框架的关系示意图

如果把这个由应用程序和框架组合在一起构成的矩形,当作最后完成的软件。试想一下,如果你不懂框架在干什么的话,相当于框架对你来讲是个黑盒,也就是相当于在上面图2中,去掉框架的两块,会发现什么?没错,剩下的应用程序是支离破碎的,是相互分隔开来的。

这会导致一个非常致命的问题,整个应用是如何运转起来的,你是不清楚的,也就是说对你而言,项目已经失控了,从项目管理的角度来讲,这是很危险的。

因此,在基于框架开发的时候,虽然我们可以不去做框架所做的事情,但是应该搞明白框架在干什么,如果条件许可的话,还应该搞清楚框架是如何实现相应功能的,至少应该把大致的实现思路和实现步骤搞清楚,这样我们才能整体的掌控整个项目,才能尽量减少出现项目失控的情况。

(4):框架和设计模式的关系

设计模式比框架更抽象

框架已经是实现出来的软件了,虽然只是个半成品的软件,但毕竟是已经实现出来的了。而设计模式的重心还在于解决问题的方案上,也就是还停留在思想的层面。因此设计模式比框架更为抽象。

设计模式是比框架更小的体系结构元素

如上所述,框架是已经实现出来的软件,并实现了一系列的功能,因此一个框架,通常会包含多个设计模式的应用。

框架比设计模式更加特例化

框架是完成一定功能的半成品软件,也就是说,框架的目的很明确,就是要解决某一个领域的某些问题,那是很具体的功能,不同的领域实现出来的框架是不一样的。

而设计模式还停留在思想的层面,在不同的领域都可以应用,只要相应的问题适合用某个设计模式来解决。因此框架总是针对特定领域的,而设计模式更加注重从思想上,从方法上来解决问题,更加通用化。

1.3  有何问题

分析上面要实现的应用框架,不管用户选择什么样的导出格式,最后导出的都是一个文件,而且系统并不知道究竟要导出成为什么样的文件,因此应该有一个统一的接口,来描述系统最后生成的对象,并操作输出的文件。

先把导出的文件对象的接口定义出来,示例代码如下: 

/**

 * 导出的文件对象的接口

 */

public interface ExportFileApi {

    /**

     * 导出内容成为文件

     * @param data 示意:需要保存的数据

     * @return 是否导出成功

     */

    public boolean export(String data);

}

对于实现导出数据的业务功能对象,它应该根据需要来创建相应的ExportFileApi的实现对象,因为特定的ExportFileApi的实现是与具体的业务相关的。但是对于实现导出数据的业务功能对象而言,它并不知道应该创建哪一个ExportFileApi的实现对象,也不知道如何创建。

也就是说:对于实现导出数据的业务功能对象,它需要创建ExportFileApi的具体实例对象,但是它只知道ExportFileApi接口,而不知道其具体的实现。那该怎么办呢?

 2  解决方案

2.1  工厂方法模式来解决

用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是工厂方法模式。那么什么是工厂方法模式呢?

(1)工厂方法模式定义

定义一个用于创建对象的接口,让子类决定实例化哪一个类,Factory Method使一个类的实例化延迟到其子类。

(2)应用工厂方法模式来解决的思路

仔细分析上面的问题,事实上在实现导出数据的业务功能对象里面,根本就不知道究竟要使用哪一种导出文件的格式,因此这个对象本就不应该和具体的导出文件的对象耦合在一起,它只需要面向导出的文件对象的接口就好了。

但是这样一来,又有新的问题产生了:接口是不能直接使用的,需要使用具体的接口实现对象的实例。

这不是自相矛盾吗?要求面向接口,不让和具体的实现耦合,但是又需要创建接口的具体实现对象的实例。怎么解决这个矛盾呢?

工厂方法模式的解决思路很有意思,那就是不解决,采取无为而治的方式:不是需要接口对象吗,那就定义一个方法来创建;可是事实上它自己是不知道如何创建这个接口对象的,没有关系,那就定义成抽象方法就好了,自己实现不了,那就让子类来实现,这样这个对象本身就可以只是面向接口编程,而无需关心到底如何创建接口对象了。

2.2  模式结构和说明

工厂方法模式的结构如图3所示:



图3  工厂方法模式结构示意图

Product

定义工厂方法所创建的对象的接口,也就是实际需要使用的对象的接口。

ConcreteProduct:

具体的Product接口的实现对象。

Creator:

创建器,声明工厂方法,工厂方法通常会返回一个Product类型的实例对象,而且多是抽象方法。也可以在Creator里面提供工厂方法的默认实现,让工厂方法返回一个缺省的Product类型的实例对象。

ConcreteCreator:

具体的创建器对象,覆盖实现Creator定义的工厂方法,返回具体的Product实例。

2.3  工厂方法模式示例代码

(1)先看看Product的定义,示例代码如下:

/**

 * 工厂方法所创建的对象的接口

 */

public interface Product {

    //可以定义Product的属性和方法

}

(2)再看看具体的Product的实现对象,示例代码如下: 

/**

 * 具体的Product对象

 */

public class ConcreteProduct implements Product {