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工厂方法

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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。

工厂方法即Factory Method,是一种对象创建型模式。

工厂方法的目的是使得创建对象和使用对象是分离的,并且客户端总是引用抽象工厂和抽象产品:

┌─────────────┐      ┌─────────────┐
│   Product   │      │   Factory   │
└─────────────┘      └─────────────┘
       ▲                    ▲
       │                    │
┌─────────────┐      ┌─────────────┐
│ ProductImpl │<─ ─ ─│ FactoryImpl │
└─────────────┘      └─────────────┘

我们以具体的例子来说:假设我们希望实现一个解析字符串到NumberFactory,可以定义如下:

public interface Factory {
    Number parse(String s);
}

有了工厂接口,再编写一个工厂的实现类:

public class NumberFactoryImpl implements NumberFactory {
    public Number parse(String s) {
        return new BigDecimal(s);
    }
}

而产品接口是NumberNumberFactoryImpl返回的实际产品是BigDecimal

那么客户端如何创建NumberFactoryImpl呢?通常我们会在接口Factory中定义一个静态方法getFactory()来返回真正的子类:

public interface NumberFactory {
    // 创建方法:
    Number parse(String s);

    // 获取工厂实例:
    static NumberFactory getFactory() {
        return impl;
    }

    static NumberFactory impl = new NumberFactoryImpl();
}

在客户端中,我们只需要和工厂接口NumberFactory以及抽象产品Number打交道:

NumberFactory factory = NumberFactory.getFactory();
Number result = factory.parse("123.456");

调用方可以完全忽略真正的工厂NumberFactoryImpl和实际的产品BigDecimal,这样做的好处是允许创建产品的代码独立地变换,而不会影响到调用方。

有的童鞋会问:一个简单的parse()需要写这么复杂的工厂吗?实际上大多数情况下我们并不需要抽象工厂,而是通过静态方法直接返回产品,即:

public class NumberFactory {
    public static Number parse(String s) {
        return new BigDecimal(s);
    }
}

这种简化的使用静态方法创建产品的方式称为静态工厂方法(Static Factory Method)。静态工厂方法广泛地应用在Java标准库中。例如:

Integer n = Integer.valueOf(100);

Integer既是产品又是静态工厂。它提供了静态方法valueOf()来创建Integer。那么这种方式和直接写new Integer(100)有何区别呢?我们观察valueOf()方法:

public final class Integer {
    public static Integer valueOf(int i) {
        if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
        return new Integer(i);
    }
    ...
}

它的好处在于,valueOf()内部可能会使用new创建一个新的Integer实例,但也可能直接返回一个缓存的Integer实例。对于调用方来说,没必要知道Integer创建的细节。

工厂方法可以隐藏创建产品的细节,且不一定每次都会真正创建产品,完全可以返回缓存的产品,从而提升速度并减少内存消耗。

如果调用方直接使用Integer n = new Integer(100),那么就失去了使用缓存优化的可能性。

我们经常使用的另一个静态工厂方法是List.of()

List<String> list = List.of("A", "B", "C");

这个静态工厂方法接收可变参数,然后返回List接口。需要注意的是,调用方获取的产品总是List接口,而且并不关心它的实际类型。即使调用方知道List产品的实际类型是java.util.ImmutableCollections$ListN,也不要去强制转型为子类,因为静态工厂方法List.of()保证返回List,但也完全可以修改为返回java.util.ArrayList。这就是里氏替换原则:返回实现接口的任意子类都可以满足该方法的要求,且不影响调用方。

总是引用接口而非实现类,能允许变换子类而不影响调用方,即尽可能面向抽象编程。

List.of()类似,我们使用MessageDigest时,为了创建某个摘要算法,总是使用静态工厂方法getInstance(String)

MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
MessageDigest sha1 = MessageDigest.getInstance("SHA-1");

调用方通过产品名称获得产品实例,不但调用简单,而且获得的引用仍然是MessageDigest这个抽象类。

练习

使用静态工厂方法实现一个类似20200202的整数转换为LocalDate

public class LocalDateFactory {
    public static LocalDate fromInt(int yyyyMMdd) {
        ...
    }
}

静态工厂方法练习

小结

工厂方法是指定义工厂接口和产品接口,但如何创建实际工厂和实际产品被推迟到子类实现,从而使调用方只和抽象工厂与抽象产品打交道。

实际更常用的是更简单的静态工厂方法,它允许工厂内部对创建产品进行优化。

调用方尽量持有接口或抽象类,避免持有具体类型的子类,以便工厂方法能随时切换不同的子类返回,却不影响调用方代码。


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