工厂方法

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：

  1. ┌─────────────┐      ┌─────────────┐
  2. │   Product   │      │   Factory   │
  3. └─────────────┘      └─────────────┘
  4.        ▲                    ▲
  5.        │                    │
  6. ┌─────────────┐      ┌─────────────┐
  7. │ ProductImpl │<─ ─ ─│ FactoryImpl │
  8. └─────────────┘      └─────────────┘

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Number的Factory，可以定义如下：

  1. public interface NumberFactory {
  2.     Number parse(String s);
  3. }

有了工厂接口，再编写一个工厂的实现类：

  1. public class NumberFactoryImpl implements NumberFactory {
  2.     public Number parse(String s) {
  3.         return new BigDecimal(s);
  4.     }
  5. }

而产品接口是Number，NumberFactoryImpl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：

  1. public interface NumberFactory {
  2.     // 创建方法:
  3.     Number parse(String s);
  5.     // 获取工厂实例:
  6.     static NumberFactory getFactory() {
  7.         return impl;
  8.     }
  10.     static NumberFactory impl = new NumberFactoryImpl();
  11. }

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：

  1. NumberFactory factory = NumberFactory.getFactory();
  2. 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：

  1. public class NumberFactory {
  2.     public static Number parse(String s) {
  3.         return new BigDecimal(s);
  4.     }
  5. }

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：

  1. 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：

  1. public final class Integer {
  2.     public static Integer valueOf(int i) {
  3.         if (i >= IntegerCache.low && i <= IntegerCache.high)
  4.             return IntegerCache.cache[i + (-IntegerCache.low)];
  5.         return new Integer(i);
  6.     }
  7.     ...
  8. }

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()：

  1. 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。

和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)：

  1. MessageDigest md5 = MessageDigest.getInstance("MD5");
  2. 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：

  1. public class LocalDateFactory {
  2.     public static LocalDate fromInt(int yyyyMMdd) {
  3.         ...
  4.     }
  5. }

从工厂方法 - 图1下载练习：静态工厂方法练习 （推荐使用IDE练习插件快速下载）

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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工厂方法 - 图2