1。实现接口编程，隔离实现，不再对外暴露接口的实现，接口的实现转交给工厂方法。

 

简单工厂

        简单工厂不是一个标准的设计模式，但是它实在是太常用了，简单而又神奇，所以还是需要好好掌握的，就当是对学习设计模式的热身运动吧。
        为了保持一致性，我们尽量按照学习其它模式的步骤来进行学习。

1  场景问题

        大家都知道，在Java应用开发中，要“面向接口编程”。
        那么什么是接口？接口有什么作用？接口如何使用？一起来回顾一下：

1.1  接口回顾

（1）Java中接口的概念
        在Java中接口是一种特殊的抽象类，跟一般的抽象类相比，接口里面的所有方法都是抽象方法，接口里面的所有属性都是常量。也就是说，接口里面是只有方法定义而不会有任何方法实现。
（2）接口用来干什么
        通常用接口来定义实现类的外观，也就是实现类的行为定义，用来约束实现类的行为。接口就相当于一份契约，根据外部应用需要的功能，约定了实现类应该要实现的功能，但是具体的实现类除了实现接口约定的功能外，还可以根据需要实现一些其它的功能，这是允许的，也就是说实现类的功能包含但不仅限于接口约束的功能。
        通过使用接口，可以实现不相关类的相同行为，而不需考虑这些类之间的层次关系，接口就是实现类对外的外观。
（3）接口的思想
        根据接口的作用和用途，浓缩下来，接口的思想就是“封装隔离”。
        通常提到封装是指对数据的封装，但是这里的封装是指“对被隔离体的行为的封装”，或者是“对被隔离体的职责的封装”；而隔离指的是外部调用和内部实现，外部调用只能通过接口进行调用，而外部调用是不知道内部具体实现的，也就是说外部调用和内部实现是被接口隔离开的。
（4）使用接口的好处
        由于外部调用和内部实现被接口隔离开了，那么只要接口不变，内部实现的变化就不会影响到外部应用，从而使得系统更灵活，具有更好的扩展性和可维护性，这也就是所谓“接口是系统可插拔性的保证”这句话的意思。
（5）接口和抽象类的选择
        既然接口是一种特殊的抽象类，那么在开发中，何时选用接口，何时选用抽象类呢？
        对于它们的选择，在开发中是一个很重要的问题，特别总结两句话给大家：

• 优先选用接口

• 在如下情况应选择抽象类：既要定义子类的行为，又要为子类提供公共的功能
  

1.2  面向接口编程

        面向接口编程是Java编程中的一个重要原则。
        在Java 程序设计里面，非常讲究层的划分和模块的划分。通常按照三层来划分Java程序，分别是表现层、逻辑层、数据层，它们之间都要通过接口来通讯。
        在每一个层里面，又有很多个小模块，一个小模块对外也应该是一个整体，那么一个模块对外也应该提供接口，其它地方需要使用到这个模块的功能，都应该通过此接口来进行调用。这也就是常说的“接口是被其隔离部分的外观”。基本的三层结构如图1所示：

 

 图1  基本的三层结构示意图

在一个层内部的各个模块交互也要通过接口，如图2所示：

 

 

 图2  一个层内部的各个模块交互示意图

        各个部分的接口具体应该如何去定义，具体的内容是什么，不去深究，那是需要具体问题具体分析的，这里只是来学习设计的方法。
        上面频频提到“组件”，那么什么是组件呢？先简单的名词解释一下：
        所谓组件：从设计上讲，组件就是能完成一定功能的封装体。小到一个类，大到一个系统，都可以称为组件，因为一个小系统放到更大的系统里面去，也就当个组件而已。事实上，从设计的角度看，系统、子系统、模块、组件等说的其实是同一回事情，都是完成一定功能的封装体，只不过功能多少不同而已。
        继续刚才的思路，大家会发现，不管是一层还是一个模块或者一个组件，都是一个被接口隔离的整体，那么下面我们就不去区分它们，统一认为都是接口隔离体即可，如图3所示：

 

图3  接口隔离体示意图

 既然在Java中需要面向接口编程，那么在程序中到底如何使用接口，来做到真正的面向接口编程呢？

 1.3  不用模式的解决方案

        回忆一下，以前是如何使用接口的呢，假设有一个接口叫Api，然后有一个实现类Impl实现了它，在客户端怎么用这个接口呢？
        通常都是在客户端创建一个Impl的实例，把它赋值给一个Api接口类型的变量，然后客户端就可以通过这个变量来操作接口的功能了，此时具体的结构图如图4：

 

 

 图4  基本的接口和实现

还是用代码来说明，会更清楚一些。

（1）先定义接口Api，示例代码如下：

/**
* 某个接口(通用的、抽象的、非具体的功能) 
*/
public interface Api {
	/**
	 * 某个具体的功能方法的定义，用test1来演示一下。
	 * 这里的功能很简单，把传入的s打印输出即可 
	 * @param s 任意想要打印输出的字符串
	 */
	public void test1(String s);
}

 
（2）既然有了接口，自然就要有实现，定义实现Impl，示例代码如下：

/**
* 对接口的实现 
*/
public class Impl implements Api{
	public void test1(String s) {
		System.out.println("Now In Impl. The input s=="+s);
	}
}

 

（3）那么此时的客户端怎么写呢？
按照Java的知识，接口不能直接使用，需要使用接口的实现类，示例代码如下：

/**
* 客户端：测试使用Api接口
*/
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		Api api = new Impl();
		api.test1("哈哈，不要紧张，只是个测试而已！");
	}
}

 

 

1.4  有何问题

        上面写得没错吧，在Java的基础知识里面就是这么学的，难道这有什么问题吗？
        请仔细看位于客户端的下面这句话：

	Api api = new Impl();

        然后再想想接口的功能和思想，发现什么了？仔细再想想？

 

        你会发现在客户端调用的时候，客户端不但知道了接口，同时还知道了具体的实现就是Impl。而接口的思想是“封装隔离”，而Impl这个实现类，应该是被接口Api封装并同客户端隔离开的，也就是说，客户端根本就不应该知道具体的实现类是Impl。
        有朋友说，那好，我就把Impl从客户端拿掉，让Api真正的对实现进行“封装隔离”，然后我们还是面向接口来编程。可是，新的问题出现了，当他把“new Impl()”去掉过后，发现他无法得到Api接口对象了，怎么办呢？
        把这个问题描述一下：在Java编程中，出现只知接口而不知实现，该怎么办？
        就像现在的Client，它知道要使用Api接口，但是不知由谁实现，也不知道如何实现，从而得不到接口对象，就无法使用接口，该怎么办呢？

2  解决方案

1  简单工厂来解决

        用来解决上述问题的一个合理的解决方案就是简单工厂，那么什么是简单工厂呢？
1：简单工厂定义


 

2：应用简单工厂来解决的思路
        分析上面的问题，虽然不能让模块外部知道模块内的具体实现，但是模块内部是可以知道实现类的，而且创建接口是需要具体实现类的。
        那么干脆在模块内部新建一个类，在这个类里面来创建接口，然后把创建好的接口返回给客户端，这样外部应用就只需要根据这个类来获取相应的接口对象，然后就可以操作接口定义的方法了。把这样的对象称为简单工厂，就叫Factory吧。
        这样一来，客户端就可以通过这个Factory来获取需要的接口对象，然后调用接口的方法来实现需要的功能，而且客户端也不用再关心具体实现了。

2.2  简单工厂结构和说明

        简单工厂的结构如图5所示：

 

 Api：
        定义客户所需要的功能接口
Impl：
       具体实现Api的实现类，可能会有多个
Factory：
       工厂，选择合适的实现类来创建Api接口对象
Client：
       客户端，通过Factory去获取Api接口对象，然后面向Api接口编程

2.3  简单工厂示例代码

（1）先看看Api的定义，示例代码如下：

/**
 * 接口的定义，该接口可以通过简单工厂来创建
 */
public interface Api {
	/**
	 * 示意，具体的功能方法的定义
	 * @param s 示意，需要的参数
	 */
	public void operation(String s);
}

 （2）定义了接口，该来实现它了，ImplA的示例代码如下：

/**
 * 接口的具体实现对象A 
 */
public class ImplA implements Api{
	public void operation(String s) {
		//实现功能的代码，示意一下
		System.out.println("ImplA s=="+s);
	}
}

 ImplB的示意实现和ImplA基本一样，示例代码如下：

/**
 * 接口的具体实现对象B 
 */
public class ImplB implements Api{
	public void operation(String s) {
		//实现功能的代码，示意一下
		System.out.println("ImplB s=="+s);
	}
}

 （3）该来看看简单工厂的实现，示例代码如下：

/**
 * 工厂类，用来创造Api对象
 */
public class Factory {
	/**
	 * 具体的创造Api对象的方法
	 * @param condition 示意，从外部传入的选择条件
	 * @return 创造好的Api对象
	 */
	public static Api createApi(int condition){
		//应该根据某些条件去选择究竟创建哪一个具体的实现对象，
		//这些条件可以从外部传入，也可以从其它途径获取。
		//如果只有一个实现，可以省略条件，因为没有选择的必要。

		//示意使用条件
		Api api = null;
		if(condition == 1){
			api = new ImplA();
		}else if(condition == 2){
			api = new ImplB();
		}
		return api;
	}
}

 （4）再来看看客户端的示意，示例代码如下：

/**
 * 客户端，使用Api接口
 */
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//通过简单工厂来获取接口对象
		Api api = Factory.createApi(1);
		api.operation("正在使用简单工厂");
	}
}

 

2.4  使用简单工厂重写示例 

        要使用简单工厂来重写前面的示例，主要就是要创建一个简单工厂对象，让简单工厂来负责创建接口对象。然后让客户端通过工厂来获取接口对象，而不再由客户端自己去创建接口的对象了。
        此时系统的结构如图6所示。

 

                      图6  使用简单工厂重写示例的结构示意图

 （1）接口Api和实现类Impl都和前面的示例一样，就不去赘述了。
（2）新创建一个简单工厂的对象，示例代码如下：

/**
 * 工厂类，用来创造Api对象
 */
public class Factory {
	/**
	 * 具体的创造Api对象的方法
	 * @return 创造好的Api对象
	 */
	public static Api createApi(){
		//由于只有一个实现，就不用条件判断了
		return new Impl();
	}
}

 

（3）使用简单工厂
         客户端如何使用简单工厂提供的功能呢？这个时候，客户端就不用再自己去创建接口的对象了，应该使用工厂来获取，经过改造，客户端代码如下：

/**
* 客户端：测试使用Api接口
*/
public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//重要改变，没有new Impl()了，取而代之Factory.createApi()
Api api = Factory.createApi();
		api.test1("哈哈，不要紧张，只是个测试而已！");
	}
}

 

         就如同上面的示例，客户端通过简单工厂创建了一个实现接口的对象，然后面向接口编程，从客户端来看，它根本就不知道具体的实现是什么，也不知道是如何实现的，它只知道通过工厂获得了一个接口对象，然后就能通过这个接口来获取想要的功能。
         事实上，简单工厂能帮助我们真正开始面向接口编程，像以前的做法，其实只是用到了接口的多态那部分的功能，最重要的“封装隔离性”并没有体现出来。

3.1  典型疑问

        首先来解决一个常见的疑问：可能有朋友会认为，上面示例中的简单工厂看起来不就是把客户端里面的“new Impl()”移动到简单工厂里面吗？不还是一样通过new一个实现类来得到接口吗？把“new Impl()”这句话放到客户端和放到简单工厂里面有什么不同吗？
        理解这个问题的重点就在于理解简单工厂所处的位置。
        根据前面的学习，我们知道接口是用来封装隔离具体的实现的，目标就是不要让客户端知道封装体内部的具体实现。简单工厂的位置是位于封装体内的，也就是简单工厂是跟接口和具体的实现在一起的，算是封装体内部的一个类，所以简单工厂知道具体的实现类是没有关系的。整理一下简单工厂的结构图，新的图如图7所示：


                                        图7  整理后的简单工厂结构
       

        图7中虚线框，就好比是一个组件的包装边界，表示接口、实现类和工厂类组合成了一个组件，在这个封装体里面，只有接口和工厂是对外的，也就是让外部知道并使用的，所以故意漏了一些在虚线框外，而具体的实现类是不对外的，被完全包含在虚线框内。
        对于客户端而言，只是知道了接口Api和简单工厂Factory，通过Factory就可以获得Api了，这样就达到了让Client在不知道具体实现类的情况下获取接口Api。
        所以看似简单的把“new Impl()”这句话从客户端里面移动到了简单工厂里面，其实是有了质的变化的。

3.2  认识简单工厂

（1）简单工厂的功能
        工厂嘛，就是用来造东西的。在Java里面，通常情况下是用来造接口的，但是也可以造抽象类，甚至是一个具体的类实例。
         一定要注意，虽然前面的示例是利用简单工厂来创建的接口，但是也是可以用简单工厂来创建抽象类或者是普通类的实例的。
（2）静态工厂
        使用简单工厂的时候，通常不用创建简单工厂类的类实例，没有创建实例的必要。因此可以把简单工厂类实现成一个工具类，直接使用静态方法就可以了，也就是说简单工厂的方法通常都是静态的，所以也被称为静态工厂。如果要防止客户端无谓的创造简单工厂实例，还可以把简单工厂的构造方法私有化了。
（3）万能工厂
        一个简单工厂可以包含很多用来构造东西的方法，这些方法可以创造不同的接口、抽象类或者是类实例，一个简单工厂理论上可以构造任何东西，所以又称之为“万能工厂”。
       虽然上面的实例中，在简单工厂里面只有一个方法，但事实上，是可以有很多这样创建方法的，这点要注意。
（4）简单工厂创建对象的范围
       虽然从理论上讲，简单工厂什么都能造，但对于简单工厂可创建对象的范围，通常不要太大，建议控制在一个独立的组件级别或者一个模块级别，也就是一个组件或模块一个简单工厂。否则这个简单工厂类会职责不明，有点大杂烩的感觉。
（5）简单工厂的调用顺序示意图
       简单工厂的调用顺序如图8所示：


 图8  简单工厂的调用顺序示意图

（6）简单工厂命名的建议

 

• 类名建议为“模块名称+Factory”，比如：用户模块的工厂就称为：UserFactory
• 方法名称通常为“get+接口名称”或者是“create+接口名称”，比如：有一个接口名称为UserEbi，那么方法名称通常为：getUserEbi 或者是 createUserEbi。
•  当然，也有一些朋友习惯于把方法名称命名为“new+接口名称”，比如：newUserEbi,我们不是很建议。因为new在Java中代表特定的含义，而且通过简单工厂的方法来获取对象实例，并不一定每次都是要new一个新的实例。如果使用newUserEbi，这会给人错觉，好像每次都是new一个新的实例一样。

 

3.3  简单工厂中方法的写法

 

        虽然说简单工厂的方法多是用来造接口的，但是仔细分析就会发现，真正能实现功能的是具体的实现类，这些实现类是已经做好的，并不是真的靠简单工厂来创造出来的，简单工厂的方法无外乎就是：实现了选择一个合适的实现类来使用。
        所以简单工厂方法的内部主要实现的功能是“选择合适的实现类”来创建实例对象。既然要实现选择，那么就需要选择的条件或者是选择的参数，选择条件或者是参数的来源通常又有几种：

• 来源于客户端，由Client来传入参数
• 来源于配置文件，从配置文件获取用于判断的值
• 来源于程序运行期的某个值，比如从缓存中获取某个运行期的值
  

         下面来看个示例，看看由客户端来传入参数，如何写简单工厂中的方法。
（1）在刚才的示例上再添加一个实现，称为Impl2，示例代码如下：

/**
 * 对接口的一种实现 
 */
public class Impl2 implements Api{
	public void test1(String s) {
		System.out.println("Now In Impl The input s=="+s);
	}
}

 （2）现在对Api这个接口，有了两种实现，那么工厂类该怎么办呢？到底如何选择呢？不可能两个同时使用吧，看看新的工厂类，示例代码如下：

/**
 * 工厂类，用来创造Api的
 */
public class Factory {
	/**
	 * 具体的创造Api的方法，根据客户端的参数来创建接口
	 * @param type 客户端传入的选择创造接口的条件
	 * @return 创造好的Api对象
	 */
	public static Api createApi(int type){
		//这里的type也可以不由外部传入，而是直接读取配置文件来获取
		//为了把注意力放在模式本身上，这里就不去写读取配置文件的代码了
	
		//根据type来进行选择，当然这里的1和2应该做成常量
		Api api = null;
		if(type==1){
			api = new Impl();
		}else if(type==2){
			api = new Impl2();
		}
		return api;
	}
}

 （3）客户端没有什么变化，只是在调用Factory的createApi方法的时候需要传入参数，示例代码如下：

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		//注意这里传递的参数，修改参数就可以修改行为，试试看吧
		Api api = Factory.createApi(2);
		api.test1("哈哈，不要紧张，只是个测试而已！");
	}
}

 （4）要注意这种方法有一个缺点
由于是从客户端在调用工厂的时候，传入选择的参数，这就说明客户端必须知道每个参数的含义，也需要理解每个参数对应的功能处理。这就要求必须在一定程度上，向客户暴露一定的内部实现细节。

3.4  可配置的简单工厂

        现在已经学会通过简单工厂来选择具体的实现类了，可是还有问题。比如：在现在的实现中，再新增加一种实现，会怎样呢？
        那就需要修改工厂类，才能把新的实现添加到现有系统中。比如现在新加了一个实现Impl3，那么需要类似下面这样来修改工厂类：

public class Factory {
	public static Api createApi(int type){
		Api api = null;
		if(type==1){
			api = new Impl();
		}else if(type==2){
			api = new Impl2();
		}

		else if(type==3){
			api = new Impl3();
		}
		return api;
	}
}

        每次新增加一个实现类都来修改工厂类的实现，肯定不是一个好的实现方式。那么现在希望新增加了实现类过后不修改工厂类，该怎么办呢？
         一个解决的方法就是使用配置文件，当有了新的实现类过后，只要在配置文件里面配置上新的实现类就好了，在简单工厂的方法里面可以使用反射，当然也可以使用IoC/DI（控制反转/依赖注入，这个不在这里讨论）来实现。
         看看如何使用反射加上配置文件，来实现添加新的实现类过后，无须修改代码，就能把这个新的实现类加入应用中。
（1）配置文件用最简单的properties文件，实际开发中多是xml配置。定义一个名称为“FactoryTest.properties”的配置文件，放置到Factory同一个包下面，内容如下：

ImplClass=cn.javass.dp.simplefactory.example5.Impl

 如果新添加了实现类，修改这里的配置就可以了，就不需要修改程序了。
（2）此时的工厂类实现如下：

/**
* 工厂类，用来创造Api对象
*/
public class Factory {
	/**
	 * 具体的创造Api的方法，根据配置文件的参数来创建接口
	 * @return 创造好的Api对象
	 */
	public static Api createApi(){
		//直接读取配置文件来获取需要创建实例的类
		//至于如何读取Properties，还有如何反射这里就不解释了
		Properties p = new Properties(); 
		InputStream in = null;
		try {
			in = Factory.class.getResourceAsStream(
"FactoryTest.properties");
			p.load(in);
		} catch (IOException e) {
			System.out.println(
"装载工厂配置文件出错了，具体的堆栈信息如下：");
			e.printStackTrace();
		}finally{
			try {
				in.close();
			} catch (IOException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		//用反射去创建，那些例外处理等完善的工作这里就不做了
		Api api = null;
		try {
			api = (Api)Class.forName(p.getProperty("ImplClass"))
.newInstance();
		} catch (InstantiationException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IllegalAccessException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ClassNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return api;
	}
}

 （3）此时的客户端就变得很简单了，不再需要传入参数，代码示例如下：

public class Client {
	public static void main(String[] args) {
		Api api = Factory.createApi();
		api.test1("哈哈，不要紧张，只是个测试而已！");
	}
}

 把上面的示例代码敲到电脑里面，测试一下，体会体会。

3.5  简单工厂的优缺点

• 帮助封装
      简单工厂虽然很简单，但是非常友好的帮助我们实现了组件的封装，然后让组件外部能真正面向接口编程。
• 解耦
      通过简单工厂，实现了客户端和具体实现类的解耦。
      如同上面的例子，客户端根本就不知道具体是由谁来实现，也不知道具体是如何实现的，客户端只是通过工厂获取它需要的接口对象。
• 可能增加客户端的复杂度
      如果通过客户端的参数来选择具体的实现类，那么就必须让客户端能理解各个参数所代表的具体功能和含义，这会增加客户端使用的难度，也部分暴露了内部实现，这种情况可以选用可配置的方式来实现。
• 不方便扩展子工厂
      私有化简单工厂的构造方法，使用静态方法来创建接口，也就不能通过写简单工厂类的子类来改变创建接口的方法的行为了。不过，通常情况下是不需要为简单工厂创建子类的。

 

3.6  思考简单工厂

1：简单工厂的本质
        简单工厂的本质是：选择实现。
        注意简单工厂的重点在选择，实现是已经做好了的。就算实现再简单，也要由具体的实现类来实现，而不是在简单工厂里面来实现。简单工厂的目的在