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《Head First设计模式》读书笔记 —— 工厂

澹台忆然 前天 20:36
《Head First设计模式》读书笔记
相关代码：Vks-Feng/HeadFirstDesignPatternNotes: Head First设计模式读书笔记及相关代码

  • 除了new操作符外，还有更多制造对象的方法
  • “实例化”这个活动不应该总是公开地进行
  • 初始化经常造成“耦合”问题
实例化的问题

当看到“new”就会想到“具体”

  • 使用new时，就是在针对实现编程，而非针对接口编程
代码绑着具体类会导致代码更脆弱
  1. Duck duck = new MallardDuck();
复制代码
根据运行时条件决定实例化的具体类，有变化或扩展时需要对原有代码进行检查和修改，导致该部分更难维护和更新
  1. Duck duck;
  3. if (picnic) {
  4.         duck = new MallardDuck();
  5. } else if (hunting) {
  6.         duck = new DecoyDuck();
  7. } else if (inBathTub) {
  8.         duck = new RubberDuck();
  9. }
复制代码
“new”没有错，错在“改变”

  • 如何将实例化具体类的代码从应用中抽离，或者封装起来，使它们不会干扰应用的其他部分
  • “找出变化的方面，把它们从不变的部分分离出来”
本节用例

你是一个披萨店主人
你的初始代码如下：
  1. Pizza orderPizza() {
  2.         //为了让系统有弹性，我们希望这是一个抽象类或接口，但如果这样，无法直接实例化
  3.         Pizza pizza = new Pizza();
  4.        
  5.         pizza.prepare();
  6.         pizza.bake();
  7.         pizza.cut();
  8.         pizza.box();
  9.         return pizza;
  10. }
复制代码
但你需要更多的披萨类型
  1. Pizza orderPizza(String type) {
  2.         Pizza pizza = new Pizza();
  4.         // 根据披萨类型实例化正确的具体类
  5.         if (type.equals("cheese")) {
  6.                 pizza = new CheesePizza();
  7.         } else if (type.equals("greek")) {
  8.                 pizza = new GreekPizza();
  9.         } else if (type.equals("pepperoni")) {
  10.                 pizza = new PepperoniPizza();
  11.         }
  13.         pizza.prepare();
  14.         pizza.bake();
  15.         pizza.cut();
  16.         pizza.box();
  17.         return pizza;
  18. }
复制代码
由于实例化具体类的缘故，当你新增或删除某些种类的披萨时，你需要修改上述的orderPizza()，这违背了“对修改关闭”的原则。
简单工厂模式

识别变化的部分

上例中不难看出，披萨的准备过程是不变的
  1.         pizza.prepare();
  2.         pizza.bake();
  3.         pizza.cut();
  4.         pizza.box();
  5.         return pizza;
复制代码
而变化的部分是披萨的具体类型，即实例化特定披萨种类的部分
  1.         // 根据披萨类型实例化正确的具体类
  2.         if (type.equals("cheese")) {
  3.                 pizza = new CheesePizza();
  4.         } else if (type.equals("greek")) {
  5.                 pizza = new GreekPizza();
  6.         } else if (type.equals("pepperoni")) {
  7.                 pizza = new PepperoniPizza();
  8.         }
复制代码
所以我们需要考虑将这部分封装起来
封装创建对象的代码

将创建对象的部分移到orderPizza()之外

  • 创建披萨的代码移到另一个对象中，由它负责专职创建披萨。
我们称这个新对象为“工厂(factory)”

  • 工厂处理创建对象的细节
  • 有了工厂后，在需要披萨时，orderPizza只需要关心从工厂得到了一个披萨，而且其实现了Pizza接口，可以完成后续任务(prepare、bake、cut、box)
建立一个简单披萨工厂
  1. /**  
  2. * 只做一件事：为客户创建披萨  
  3. */  
  4. public class SimplePizzaFactory {  
  5.   
  6.     /**  
  7.      * 客户用此方法实例化新对象  
  8.      * @param type 披萨类型  
  9.      * @return 相应类型的披萨  
  10.      */  
  11.     public Pizza createPizza(String type) {  
  12.         Pizza pizza = null;  
  13.   
  14.         if (type.equals("cheese")) {  
  15.             pizza = new CheesePizza();  
  16.         } else if (type.equals("pepperoni")) {  
  17.             pizza = new PepperoniPizza();  
  18.         } else if (type.equals("clam")) {  
  19.             pizza = new ClamPizza();  
  20.         } else if (type.equals(veggie)) {  
  21.             pizza = new VeggiePizza();  
  22.         }  
  23.         return pizza;  
  24.     }  
  25. }
复制代码
Q：这么做的好处是什么？这似乎只是把问题从一个对象搬到另一个对象，但问题仍然存在。
A：SimplePizzaFactory可以有很多用户。把创建披萨的代码包装进一个类，当以后实现改变时，只需要修改这个类即可（而不用再找所有有这段代码的地方再去修改）。
Q：把工厂定义成静态的方法，与上述方法有何区别？
A：利用静态方法定义一个简单的工厂是很常见的技巧，被称为静态工厂。之所以使用静态方法，是因为不需要使用创建对象的方法来实例化对象（即不需要实例化工厂对象，就能获得产品）。这种方法也存在缺点，不能通过继承来改变创建方法的行为。
定义简单工厂

简单工厂其实不是一个设计模式，反而是比较像一种编程习惯。
1.png

工厂方法模式

工厂行为的动态改变

当披萨店做大做强，出现了加盟店，而不同地区的加盟店又希望能提供不同风味的披萨……
创建多个工厂

我们可以利用SimplePizzaFactory写出多个种类的工厂，从而通过不同的工厂获得不同风味的披萨
质量控制

推广SimplePizza时，你发现加盟店的确是采用了你的工厂创建披萨，但是其他部分却开始采用他们自创的流程。

  • 你希望建立一个框架，把加盟店和创建披萨捆绑在一起的同时又保持一定的弹性
  • 而最早的设计中，创建披萨的代码绑在PizzaStore中，却又没有弹性
    能不能找一个保持弹性而遵循框架的方法呢
给披萨店使用的框架

解决方法时，将createPizza()方法放回PizzaStore中，但将其设置为“抽象方法”，然后为每个区域风味创建一个PizzaStore的子类
PizzaStore代码如下：
  1. public abstract class PizzaStore {  
  2.   
  3.     public Pizza orderPizza(String type) {  
  4.         Pizza pizza;  
  5.         pizza = createPizza(type);  
  6.   
  7.         pizza.prepare();  
  8.         pizza.bake();  
  9.         pizza.cut();  
  10.         pizza.box();  
  11.         return pizza;  
  12.     }  
  13.   
  14.     public abstract Pizza createPizza(String type);  
  15. }
复制代码
允许子类自己做决定

上面的PizzaStore相当于为子类提供了一套框架，各个店铺以PizzaStore为基类，实现自己的createPizza()方法
2.png

所谓“子类自己做决定”

  • orderPizza()在抽象的PizzaStore中定义，但是只在子类中实现具体类型，所以store并不知道是哪个子类将实际制作披萨
  • 更进一步，orderPizza()对Pizza对象做了很多事情，但由于Pizza对象是抽象的，orderPizza()并不知道哪些实际的具体类参与进来了。即实现了解耦(decouple)
  • 当orderPizza()调用createPizza()时，某个披萨店子类将负责创建披萨，具体的披萨类型也由披萨店来决定。
声明一个工厂方法
  1. abstract Product factoryMethod(String type)
复制代码
工厂方法用来处理对象的创建，并将这样的行为封装在子类中。这样，客户程序中关于超类的代码和子类对象创建代码解耦了

  • 工厂方法是抽象的，所以依赖子类来处理对象的创建
  • 工厂方法必须返回一个产品，超类中定义的方法，通常使用到工厂方法的返回值
  • 工厂方法将客户（也就是超类中的代码，例如orderPizza()，和实际创建具体产品的代码分割开来
认识工厂方法模式


  • 所有工厂模式都用来封装对象的创建。
  • 工厂方法模式(Factory Method Pattern)通过让子类决定该创建的对象是什么，来达到将对象创建的过程封装的目的。
其组成元素：

  • 创建者类


    • 抽象创建者类定义了一个抽象的工厂方法，让子类实现此方法制造产品
    • 创建者通常会包含依赖于抽象产品的代码，而这些抽象产品由子类制造，创建者不需要真的知道在制造哪种具体产品

  • 产品类
    4.png

另一观点：平行的类层级
5.png

定义工厂方法模式

HeadFirst设计模式4-工厂方法模式

工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类把实例化推迟到子类。
6.png


  • 工厂方法模式能够封装具体类型的实例化。
  • “工厂方法”：抽象的Creator提供了一个创建对象的方法的接口，称为工厂方法
理解“工厂方法让子类决定要实例化的类”

  • 此处的“决定”并不是指模式允许子类本身在运行时决定
  • 而是指在编写创建者类时，不需要知道实际创建的产品是哪一个，选择了使用哪个子类，自然就决定了实际创建的产品是什么
Q：当只有一个ConcreteCreator时，工厂方法模式有什么优点？
A：尽管只有一个具体创建者，工厂方法模式仍然很有用。因为它帮助我们将产品的“实现”从“使用”中解耦，如果增加产品或者改变产品的实现，Creator并不会受到影响。（因为Creator与任何其他ConcreteProduct之间都不是紧耦合）
Q：工厂方法和创建者是否总是抽象的？
A：不，可以定义一个默认的工厂方法来产生某些具体的产品，这么一来。即使创建者没有任何子类，依然可以创建产品
Q：简单工厂与工厂方法之间的差异
A：简单工厂把全部的事情在一个地方都处理完了，然而工厂方法却是创建一个框架，让子类决定要如何实现
封装变化


  • 可以将创建对象的代码封装起来。

    • 实例化具体类的代码，很可能在以后经常需要变化
    • 通过“工厂”技巧，封装实例化的行为

  • 工厂的好处

    • 将创建对象的代码集中在一个对象或方法中，避免代码中的重复，并且以后更方便维护。
    • 实例化对象时，只依赖接口而不是具体类。让我们针对接口编程而非针对实现编程
    • 让代码更有弹性，更好地应对扩展

  • 虽然在工厂代码中仍然不可避免使用具体类来实例化真正的对象，但这并不能理解为只是“自欺欺人”。对象的创建是现实的，如果不创建任何对象，就无法创建Java程序。然而，利用这个现实的知识，可将这些创建代码的对象用栅栏围起来，就像你把所有的羊毛堆到眼前一样，一旦围起来，就可以保护这些创建对象的代码。如果让创建对象的代码乱报，就无法收集到这些“羊毛”。
依赖倒置原则

对象依赖

反例：一个很依赖的披萨店。store需要依赖很多披萨对象
7.png

当你直接实例化一个对象时，就是在依赖他的具体类
依赖倒置原则

HeadFirst设计原则5

依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle)：要依赖抽象，不要依赖具体类

  • 类似“针对接口编程，不针对实现编程”，但更强调抽象
  • 该原则说明：不能让高层组件依赖底层组件（同时两者都应该依赖于抽象）

    • “高层”组件：由其他低层组件定义其行为的类

原则的应用

通过工厂方法对上述的非常依赖的披萨店进行改进

  • 主要问题：披萨店依赖所有披萨类型，因为它是在自己的方法中实例化这些具体类型的
  • 已经创建了一个抽象——Pizza
    8.png

工厂方法并非是唯一的技巧，但却是最有威力的技巧之一
“倒置”

依赖倒置原则中的“倒置”指的是和一般OO设计的思考方式完全相反
从上图中可以看到

  • 底层组件会依赖高层的抽象
  • 高层组件也依赖相同的抽象
倒置思考方式：

  • 设计产品时，从顶端开始，然后往下到具体类

    • 例如：实现披萨时，先抽象化一个Pizza，再去让各种具体类型的披萨实现该接口

  • 再去设计工厂，工厂会依赖我们抽象上述的产品的抽象
    这样我们就倒置了一个工厂的设计
遵循此原则的指导方针


  • 变量不可以持有具体类的引用

    • 使用“new”就会持有具体类的引用
    • 可通过改进这点

  • 不要让类派生自具体类

    • 派生自具体类，就会依赖该具体类
    • 派生自抽象（接口或抽象类）

  • 不要覆盖类中已实现的方法

    • 如果覆盖类已实现的方法，那么你的基类就不是一个真正适合被继承的抽象
    • 基类已实现的方法应该由所有子类共享

正如同许多其他原则一样，我们要做的时尽量到达此原则，而非随时都要遵循

  • 完全遵循实战中很难打出来寸步难行
    当你深入体验这些方针，并且内化成思考的一部分，设计时就会知道何时有足够的理由违法这样的原则。
  • 例如，不会改变的类直接实例化也无大碍，比如字符串对象
抽象工厂模式

背景

我们已经通过工厂方法模式导入了新的框架，让加盟店严格遵循我们的流程，现在我们需要考虑确保原料的一致，从而保证品控。
打算建造一家生产原料的工厂，将原料运送到各家加盟店。但是对于不同地区的店铺，需要准备多组原料。
在店铺扩增时，原料也会相应改变，所以需要考虑如何处理原料家族
如何处理原料家族

9.png

原料工厂

建立原料工厂

建造一个工厂来生产原料，即创建原料工厂的每一种原料
开始先为工厂定义一个接口，这个接口负责创建所有的原料。
  1. public interface PizzaIngredientFactory {  
  2.   
  3.     public Dough createDough();  
  4.   
  5.     public Sauce createSauce();  
  6.   
  7.     public Cheese createCheese();  
  8.   
  9.     public Veggies[] createVeggies();  
  10.   
  11.     public Clams createClam();  
  12. }
复制代码

  • 为每个区域建造一个工厂。

    • 创建继承自PizzaIngredientFactory的子类来实现每一个创建方法

  • 实现一组原料类供工厂使用

    • 例如ReggianoCheesse、RedPeppers、ThickCrust-Dough。这些类可以在合适的区域间共享

  • 将这些组织起来

    • 新的原料工厂整合进旧的PizzaStore代码

重写Pizza类

重写Pizza类，将其中的prepare()方法改为抽象方法，由子类实现，从而使用特定的原料工厂去获取原料
  1. public class CheesePizza extends Pizza{  
  2.     PizzaIngredientFactory ingredientFactory;  
  3.   
  4.     public CheesePizza(PizzaIngredientFactory ingredientFactory) {  
  5.         this.ingredientFactory = ingredientFactory;  
  6.     }  
  7.   
  8.     @Override  
  9.     public void prepare() {  
  10.         System.out.println("Preparing " + name);  
  11.         dough = ingredientFactory.createDough();  
  12.         sauce = ingredientFactory.createSauce();  
  13.         cheese = ingredientFactory.createCheese();  
  14.     }  
  15. }
复制代码

  • Pizza的代码利用相关的工厂生产原料
  • 生产原料依赖使用的工厂，Pizza类不关心原料，只知道如何制作披萨
  • 实现了披萨和原料的解耦
披萨店的实现
  1. public class NYPizzaStore extends PizzaStore{  
  2.     public Pizza createPizza(String item) {  
  3.         Pizza pizza = null;  
  4.         PizzaIngredientFactory ingredientFactory = new NYPizzaIngredientFactory();  
  5.   
  6.         if (item.equals("cheese")) {  
  7.             pizza = new CheesePizza(ingredientFactory);  
  8.             pizza.setName("New York Style Cheese Pizza");  
  9.         } else if (item.equals("pepperoni")) {  
  10.             pizza = new PepperoniPizza(ingredientFactory);  
  11.             pizza.setName("New York Style Pepperoni Pizza");  
  12.         } else if (item.equals("clam")) {  
  13.             pizza = new ClamPizza(ingredientFactory);  
  14.             pizza.setName("New York Style Clam Pizza");  
  15.         } else if (item.equals("veggie")) {  
  16.             pizza = new VeggiesPizza(ingredientFactory);  
  17.             pizza.setName("New York Style veggie Pizza");  
  18.         }   
  19.         return pizza;  
  20.     }  
  21. }
复制代码
回顾总结

10.png

一连串代码的变化，其本质是：我们引入新类型的工厂，即所谓的抽象工厂，来创建披萨原料家族
通过抽象工厂所提供的接口，可以创建产品的家族，利用这个接口书写代码，我们的代码将从实际工厂解耦，以便在不同上下文中实现各式各样的工厂，制造出各种不同的产品
因为代码从实际的产品中解耦，所以我们可以替换不同的工厂来取得不同的行为
定义抽象工厂方法

HeadFirst设计模式5-抽象工厂模式

抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类


  • 允许客户使用抽象的接口来创建一组相关的产品，而不需要知道实际产出的具体产品是什么，客户从具体产品中被解耦
    11.png

从PizzaStore的角度来看：
12.png

工厂方法是不是潜伏在抽象工厂里面

在上述代码中我们可以发现，抽象工厂的每个方法实际上看起来都像是工厂方法，每个方法被声明成抽象，子类的方法覆盖这些方法来创建某些对象。这不就是工厂方法吗

  • 的确如此，抽象工厂的方法经常以工厂方法的方式实现。
  • 抽象工厂的任务是定义一个负责创建一组产品的接口。这个接口内的每个方法都负责创建一个具体产品，同时我们利用实现抽象工厂的子类来提供这些具体的做法
  • 所以在抽象工厂中利用工厂方法实现生产方法时相当自然的做法
工厂方法 v.s. 抽象工厂

共同作用：将对象的创建封装起来，使应用程序解耦，并降低其对特定实现的依赖
对比内容工厂方法抽象方法使用的设计模式创建型模式创建型模式关注的对象类型专注于单个产品的创建专注于一组相关产品的创建目标提供一个接口，用来创建对象，子类决定具体的实现提供一个接口，来创建产品家族中的多个相关对象解耦的方式客户端与具体产品解耦，客户端只需要知道接口而不关心具体实现

- 通过子类来创建对象
- 子类决定具体类型，客户只需要知道所用的抽象类型客户端与整个产品族解耦，客户端只需知道工厂接口，具体产品族的变化由工厂子类处理

- 提供一个用来创建一个产品家族的抽象类型，该类型的子类定义产品被生产的方法。
- 想使用工厂，必须先实例化它，然后将它传入一些针对抽象类型所编写的代码中。是否有多个产品创建单一产品（通常是一个具体的类）创建多个相关产品，产品之间通常有依赖关系，属于同一产品族扩展性如果需要新产品，可以通过继承和重写工厂方法来实现新类型的创建扩展产品族时，可能需要修改抽象工厂的接口，增加或改变产品接口，但可以通过新子类来应对不同产品族的需求代码结构客户端通过工厂方法来创建产品，工厂方法通常在具体类中实现客户端通过抽象工厂来获得产品，工厂方法在不同的子工厂类中实现使用类 vs 使用对象使用具体的工厂类，通过继承来扩展产品创建方式，客户端依赖于工厂类的继承层次使用抽象工厂接口，通过组合多个相关产品对象来创建产品家族，客户端依赖于工厂接口而不是具体实现继承 vs 对象组合依赖于继承来实现产品的创建，不同的具体工厂类通过继承抽象工厂来实现不同的创建方法依赖于对象组合来实现产品的创建，不同的具体工厂类实现抽象工厂接口，并通过组合多个产品来实现产品创建使用时机当只需要创建单一产品，且可能需要在未来扩展或修改具体产品的创建方式时，使用工厂方法当需要创建多个相关的产品，且这些产品有共同的特性或属于同一产品家族时，使用抽象工厂模式采用工厂方法：
13.png

采用抽象工厂
14.png

总结

OO基础

  • 抽象
  • 封装
  • 多态
  • 继承
OO原则

  • 封装变化
  • 多用组合，少用继承
  • 针对接口编程，不针对实现编程
  • 为交互对象之间的松耦合设计而努力
  • 对扩展开放，对修改关闭
  • 依赖抽象，不要依赖具体类
OO模式

  • 抽象工厂模式——提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确具体类
  • 工厂方法模式——定义了一个创建对象的接口，但由于子类决定要实例化类是哪一个。工厂方法让类把实例化推迟到子类。
要点：

  • 所有的工厂都是用来封装对象的创建
  • 简单工厂，虽然不是真正的设计模式，但仍不失为一个简单的方法，可以将客户程序从具体类解耦
  • 工厂方法使用继承，把对象的创建委托给子类，子类实现工厂方法来创建对象
  • 抽象工厂使用对象组合，对象的创建被实现在工厂接口所暴露出来的方法中
  • 所有工厂模式都通过减少应用程序和具体类之间的依赖促进松耦合
  • 工厂方法允许类将实例化延迟到子类进行
  • 抽象工厂创建相关的对象家族，而不需要依赖它们的具体类
  • 依赖倒置原则，指导我们避免依赖具体类型，而要尽量依赖抽象
  • 工厂是很有威力的技巧，帮助我们针对抽象编程，而不要针对具体类编程

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澹台忆然
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