Java對(duì)象的生產(chǎn)模式研究

王雅軒，頊 聰

（大連外國(guó)語(yǔ)學(xué)院 軟件學(xué)院，大連 116044）

1 Java對(duì)象的一般生產(chǎn)方法

Java對(duì)象的一般生產(chǎn)方法是用new來(lái)創(chuàng)建的，以類Sample為例，如果要?jiǎng)?chuàng)建類Sample的實(shí)例對(duì)象，只要使用下面的語(yǔ)句即可：

Sample sample=new Sample()；

但是，通常在創(chuàng)建類sample的實(shí)例時(shí)，要做些初始化的工作，比如賦值、查詢數(shù)據(jù)庫(kù)等。這好比工廠中的產(chǎn)品在真正出廠交付客戶之前，要做一些出廠設(shè)置或配置之類的工作。這時(shí)可以使用類Sample的有參構(gòu)造函數(shù)，這樣生成實(shí)例就要寫(xiě)成：

Sample sample=new Sample(參數(shù))；

2 存在的問(wèn)題

2.1 初始化工作較多時(shí)

如果創(chuàng)建sample實(shí)例時(shí)所做的初始化工作不是像賦值這樣簡(jiǎn)單的事，可能是很長(zhǎng)一段代碼，如果也寫(xiě)入構(gòu)造函數(shù)中，這有背于Java的面向?qū)ο蟮姆庋b和分割的思想，即盡量將長(zhǎng)的代碼“切割”成每個(gè)小段，再將每個(gè)小段“封裝”起來(lái)。這樣，可以減少段與段之間的偶合性。以后如果需要修改，只要更改每個(gè)局部段即可，而不會(huì)對(duì)整體中的其他部分產(chǎn)生影響，即不會(huì)發(fā)生牽一發(fā)，而動(dòng)全身的事情。

2.2 編碼時(shí)不能預(yù)見(jiàn)需要?jiǎng)?chuàng)建哪一個(gè)類的實(shí)例時(shí)

如果一個(gè)系統(tǒng)中存在的類較多，而且在編碼時(shí)不能預(yù)見(jiàn)需要?jiǎng)?chuàng)建哪一個(gè)類的實(shí)例，即需要根據(jù)一定的條件，來(lái)進(jìn)行選擇性地創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，用一般的生產(chǎn)方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較困難。

2.3 實(shí)例的創(chuàng)建信息需要隱藏時(shí)

開(kāi)發(fā)人員不希望創(chuàng)建了哪個(gè)類的實(shí)例以及如何創(chuàng)建實(shí)例的信息暴露給外部程序。

3 工廠模式的提出

由于上述問(wèn)題，我們需要將創(chuàng)建實(shí)例的工作與使用實(shí)例的工作分開(kāi)， 也就是說(shuō)，使創(chuàng)建實(shí)例所需要的大量初始化工作從類的構(gòu)造函數(shù)中分離出去，因此我們提出了工廠模式，在工廠模式中，我們就可以把這些復(fù)雜的初始化工作，或選擇性地生產(chǎn)產(chǎn)品的方法，或產(chǎn)品族的選擇都可以寫(xiě)進(jìn)工廠中。

3.1 工廠模式的分類：

1）簡(jiǎn)單工廠模式（Simple Factory）

簡(jiǎn)單工廠模式又稱靜態(tài)工廠方法模式[1]，它把大量具有共同接口的類的實(shí)例化的過(guò)程都封裝到了一個(gè)簡(jiǎn)單工廠類里了。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)象的創(chuàng)建的過(guò)程與客戶端的相互分離（即將創(chuàng)建對(duì)象的具體過(guò)程屏蔽隔離起來(lái)了），從而避免了客戶端與產(chǎn)品類的直接耦合關(guān)系。

2）多型工廠模式（Factory Method）

Factory Method是一種創(chuàng)建性模式，它定義了一個(gè)創(chuàng)建對(duì)象的接口，但是卻讓子類來(lái)決定具體實(shí)例化哪一個(gè)類.當(dāng)一個(gè)類無(wú)法預(yù)料要?jiǎng)?chuàng)建哪種類的對(duì)象或是一個(gè)類需要由子類來(lái)指定創(chuàng)建的對(duì)象時(shí)我們就需要用到Factory Method 模式了。簡(jiǎn)單地說(shuō)，F(xiàn)actory Method可以根據(jù)不同的條件產(chǎn)生不同的實(shí)例，當(dāng)然這些不同的實(shí)例通常是屬于相同的類型，具有共同的父類。Factory Method把創(chuàng)建這些實(shí)例的具體過(guò)程封裝起來(lái)了，簡(jiǎn)化了客戶端的應(yīng)用，也改善了程序的擴(kuò)展性，使得將來(lái)可以做最小的改動(dòng)就可以加入新的待創(chuàng)建的類。

3）工具箱工廠模式（Abstract Factory）

抽象工廠模式是所有形態(tài)的工廠模式中最為抽象和最具一般性的一種形態(tài)。 抽象工廠模式是指當(dāng)有多個(gè)抽象角色時(shí)，使用的一種工廠模式。抽象工廠模式可以向客戶端提供一個(gè)接口，使客戶端在不必指定產(chǎn)品的具體的情況下，創(chuàng)建多個(gè)產(chǎn)品族中的產(chǎn)品對(duì)象。

3.2 簡(jiǎn)單工廠模式

在簡(jiǎn)單工廠模式中，一個(gè)工廠類處于對(duì)產(chǎn)品類實(shí)例化調(diào)用的中心位置上，它決定那一個(gè)產(chǎn)品類應(yīng)當(dāng)被實(shí)例化， 如同一個(gè)交通警察站在來(lái)往的車(chē)輛流中，決定放行那一個(gè)方向的車(chē)輛向那一個(gè)方向流動(dòng)一樣。

圖1 簡(jiǎn)單工廠模式角色示意圖

從圖1我們可以看出簡(jiǎn)單工廠模式涉及到工廠類角色、抽象產(chǎn)品角色、具體產(chǎn)品角色三個(gè)參與者。

1) 工廠類角色Creator：工廠類在客戶端的直接控制下（Create方法）創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象

2)抽象產(chǎn)品角色Product：定義簡(jiǎn)單工廠創(chuàng)建的對(duì)象的父類或它們共同擁有的接口。可以是一個(gè)類、抽象類或接口。

3) 具體產(chǎn)品角色ConcreteProduct：定義工廠具體加工出的對(duì)象。

3.3 多型工廠模式

工廠方法模式是簡(jiǎn)單工廠模式的進(jìn)一步抽象化和推廣，工廠方法模式里不再只由一個(gè)工廠類決定那一個(gè)產(chǎn)品類應(yīng)當(dāng)被實(shí)例化，這個(gè)決定被交給子類去作[2,3]。

圖2 多型工廠模式角色示意圖

從圖2可以看出工廠方法模式涉及到抽象工廠角色、具體工廠角色、抽象產(chǎn)品角色和具體產(chǎn)品角色四個(gè)參與者。

1）抽象工廠角色：是工廠方法模式的核心，它負(fù)責(zé)定義創(chuàng)建抽象產(chǎn)品對(duì)象的工廠方法。抽象工廠不能被外界直接調(diào)用，但任何在模式中用于創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象的工廠類都必須實(shí)現(xiàn)由它所定義的工廠方法。

2）具體工廠角色：是工廠方法模式的對(duì)外接口，它負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建具體產(chǎn)品對(duì)象的內(nèi)部邏輯。具體工廠與應(yīng)用密切相關(guān)，可以被外界直接調(diào)用，創(chuàng)建所需要的產(chǎn)品。

3）抽象產(chǎn)品角色：是工廠方法模式所創(chuàng)建的所有對(duì)象的父類，它負(fù)責(zé)描述所有具體產(chǎn)品共有的公共接口。

4）具體產(chǎn)品角色：是工廠方法模式的創(chuàng)建目標(biāo)，所有創(chuàng)建的對(duì)象都是充當(dāng)這一角色的某個(gè)具體類的實(shí)例。

3.4 工具箱工廠模式

抽象工廠模式是所有形態(tài)的工廠模式中最為抽象和最具廣泛性的一種形態(tài)，抽象工廠模式是工廠方法模式的進(jìn)一步擴(kuò)廣化和抽象化。

圖3 工具箱工廠模式角色示意圖

如圖3所示：當(dāng)有多個(gè)抽象產(chǎn)品角色時(shí)，工廠方法模式已經(jīng)不能滿足要求。根據(jù)LSP里氏替換原則，任何接受父類型的地方，都應(yīng)當(dāng)能夠接受子類型[4]。因此，實(shí)際上系統(tǒng)所需要的，僅僅是類型與這些抽象產(chǎn)品角色相同的一些實(shí)例，而不是這些抽象產(chǎn)品的實(shí)例。換言之，也就是這些抽象產(chǎn)品的具體子類的實(shí)例。工廠類負(fù)責(zé)創(chuàng)建抽象產(chǎn)品的具體子類的實(shí)例。當(dāng)每個(gè)抽象產(chǎn)品都有多于一個(gè)的具體子類的時(shí)候，工廠角色怎么知道實(shí)例化哪一個(gè)子類呢？比如每個(gè)抽象產(chǎn)品角色都有兩個(gè)具體產(chǎn)品。抽象工廠模式提供兩個(gè)具體工廠角色，分別對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)具體產(chǎn)品角色，每一個(gè)具體工廠角色只負(fù)責(zé)某一個(gè)產(chǎn)品角色的實(shí)例化。每一個(gè)具體工廠類只負(fù)責(zé)創(chuàng)建抽象產(chǎn)品的某一個(gè)具體子類的實(shí)例。

3.5 三種工廠模式之間的聯(lián)系和區(qū)別

工廠方法模式和簡(jiǎn)單工廠模式在定義上的不同是很明顯的。工廠方法模式的核心是一個(gè)抽象工廠類，而不像簡(jiǎn)單工廠模式， 把核心放在一個(gè)實(shí)類上。工廠方法模式可以允許很多實(shí)的工廠類從抽象工廠類繼承下來(lái)， 從而可以在實(shí)際上成為多個(gè)簡(jiǎn)單工廠模式的綜合，從而推廣了簡(jiǎn)單工廠模式。

反過(guò)來(lái)講，簡(jiǎn)單工廠模式是由工廠方法模式退化而來(lái)。設(shè)想如果我們非常確定一個(gè)系統(tǒng)只需要一個(gè)實(shí)際工廠類， 那么就不妨把抽象工廠類合并到實(shí)的工廠類中去。而這樣一來(lái)，我們就退化到簡(jiǎn)單工廠模式了。

而在抽象工廠模式中，抽象產(chǎn)品可能是一個(gè)或多個(gè)，從而構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品族。 在只有一個(gè)產(chǎn)品族的情況下，抽象工廠模式實(shí)際上退化到工廠方法模式。

4 結(jié)論

工廠方法為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了非常靈活強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展機(jī)制，在需要的時(shí)候，只要更換一下具體的工廠方法，系統(tǒng)其他地方無(wú)需任何變換，就有可能將系統(tǒng)功能進(jìn)行改頭換面的變化。

簡(jiǎn)單工廠模式是由一個(gè)具體的類去創(chuàng)建其他類的實(shí)例，父類是相同的，父類是具體的。

工廠方法模式是有一個(gè)抽象的父類定義公共接口，子類負(fù)責(zé)生成具體的對(duì)象，這樣做的目的是將類的實(shí)例化操作延遲到子類中完成。

抽象工廠模式提供一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對(duì)象的接口，而無(wú)須指定他們具體的類。它針對(duì)的是有多個(gè)產(chǎn)品的等級(jí)結(jié)構(gòu)。而工廠方法模式針對(duì)的是一個(gè)產(chǎn)品的等級(jí)結(jié)構(gòu)。

[1] Steven Metsker, William C.Wake 著,龔波,趙彩琳,陳蓓譯.Java設(shè)計(jì)模式[M].北京:人民郵電出版社.2007.

[2] 閻宏.Java與模式[M]. 北京:電子工業(yè)出版社.2002.

[3] 結(jié)城浩.博碩文化譯.設(shè)計(jì)模式- Java語(yǔ)言中的應(yīng)用[M].北京: 中國(guó)鐵道出版社, 2005.

[4] James W.Cooper 著.王宇,杜琪,杜志秀,譯.Java與設(shè)計(jì)模式[M].北京:中國(guó)電力出版社.2003.