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【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

一般情况下,工厂模式分为三种更加细分的类型:简单工厂、工厂方法和抽象工厂。在这三种细分的工厂模式中,简单工厂、工厂方法原理比较简单,在实际的项目中也比较常用。而抽象工厂的原理稍微复杂点,在实际的项目中相对也不常用。所以,我们今天讲解的重点是前两种工厂模式。对于抽象工厂,稍微了解一下即可。

除此之外,这里重点也不是原理和实现,因为这些都很简单,重点还是搞清楚应用场景:什么时候该用工厂模式?相对于直接 new 来创建对象,用工厂模式来创建究竟有什么好处呢?

简单工厂模式 (Simple Factory)

首先,我们来看,什么是简单工厂模式。我们通过一个例子来解释一下。在下面这段代码中,我们根据配置文件的后缀(json、xml、yaml、properties),选择不同的解析器(JsonRuleConfigParser、XmlRuleConfigParser……),将存储在文件中的配置解析成内存对象 RuleConfig。

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

为了让代码逻辑更加清晰,可读性更好,我们要善于将功能独立的代码块封装成函数。按照这个设计思路,我们可以将代码中涉及 parser 创建的部分逻辑剥离出来,抽象成 createParser() 函数。重构之后的代码如下所示:

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

为了让类的职责更加单一、代码更加清晰,我们还可以进一步将 createParser() 函数剥离到一个独立的类中,让这个类只负责对象的创建。而这个类就是我们现在要讲的简单工厂模式类。具体的代码如下所示:

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

大部分工厂类都是以“Factory”这个单词结尾的,但也不是必须的,比如 Java 中的DateFormat、Calender。除此之外,工厂类中创建对象的方法一般都是 create 开头,比如代码中的 createParser(),但有的也命名为 getInstance()、createInstance()、newInstance(),有的甚至命名为 valueOf()(比如 Java String 类的 valueOf() 函数)等等,这个我们根据具体的场景和习惯来命名就好。

在上面的代码实现中,我们每次调用 RuleConfigParserFactory 的 createParser() 的时候,都要创建一个新的 parser。实际上,如果 parser 可以复用,为了节省内存和对象创建的时间,我们可以将 parser 事先创建好缓存起来。当调用 createParser() 函数的时候,我们从缓存中取出 parser 对象直接使用。

这有点类似单例模式和简单工厂模式的结合,具体的代码实现如下所示。接下来我们把上一种实现方法叫作简单工厂模式的第一种实现方法,把下面这种实现方法叫作简单工厂模式的第二种实现方法。

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

对于上面两种简单工厂模式的实现方法,如果我们要添加新的 parser,那势必要改动到RuleConfigParserFactory 的代码,那这是不是违反开闭原则呢?实际上,如果不是需要频繁地添加新的 parser,只是偶尔修改一下 RuleConfigParserFactory 代码,稍微不符合开闭原则,也是完全可以接受的。

除此之外,在 RuleConfigParserFactory 的第一种代码实现中,有一组 if 分支判断逻辑,是不是应该用多态或其他设计模式来替代呢?实际上,如果 if 分支并不是很多,代码中有 if 分支也是完全可以接受的。应用多态或设计模式来替代 if 分支判断逻辑,也并不是没有任何缺点的,它虽然提高了代码的扩展性,更加符合开闭原则,但也增加了类的个数,牺牲了代码的可读性。关于这一点,我们在后面章节中会详细讲到。

总结一下,尽管简单工厂模式的代码实现中,有多处 if 分支判断逻辑,违背开闭原则,但权衡扩展性和可读性,这样的代码实现在大多数情况下(比如,不需要频繁地添加 parser,也没有太多的 parser)是没有问题的。

工厂方法 (Factory Method)

如果我们非得要将 if 分支逻辑去掉,那该怎么办呢?比较经典处理方法就是利用多态。按照多态的实现思路,对上面的代码进行重构。重构之后的代码如下所示:

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

实际上,这就是工厂方法模式的典型代码实现。这样当我们新增一种 parser 的时候,只需要新增一个实现了 IRuleConfigParserFactory 接口的 Factory 类即可。所以,工厂方法模式比起简单工厂模式更加符合开闭原则。

从上面的工厂方法的实现来看,一切都很完美,但是实际上存在挺大的问题。问题存在于这些工厂类的使用上。接下来,我们看一下,如何用这些工厂类来实现RuleConfigSource 的 load() 函数。具体的代码如下所示:

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

从上面的代码实现来看,工厂类对象的创建逻辑又耦合进了 load() 函数中,跟我们最初的代码版本非常相似,引入工厂方法非但没有解决问题,反倒让设计变得更加复杂了。那怎么来解决这个问题呢?

我们可以为工厂类再创建一个简单工厂,也就是工厂的工厂,用来创建工厂类对象。这段话听起来有点绕,我把代码实现出来了,你一看就能明白了。其中,RuleConfigParserFactoryMap 类是创建工厂对象的工厂类,getParserFactory() 返回的是缓存好的单例工厂对象。

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

当我们需要添加新的规则配置解析器的时候,我们只需要创建新的 parser 类和 parser factory 类,并且在 RuleConfigParserFactoryMap 类中,将新的 parser factory 对象添加到 cachedFactories 中即可。代码的改动非常少,基本上符合开闭原则。

实际上,对于规则配置文件解析这个应用场景来说,工厂模式需要额外创建诸多 Factory类,也会增加代码的复杂性,而且,每个 Factory 类只是做简单的 new 操作,功能非常单薄(只有一行代码),也没必要设计成独立的类,所以,在这个应用场景下,简单工厂模式简单好用,比工方法厂模式更加合适。

我们什么时候该用工厂模式,而非简单模式?

我们前面提到,之所以将某个代码块剥离出来,独立为函数或者类,原因是这个代码块的逻辑过于复杂,剥离之后能让代码更加清晰,更加可读、可维护。但是,如果代码块本身并不复杂,就几行代码而已,我们完全没必要将它拆分成单独的函数或者类。

基于这个设计思想,当对象的创建逻辑比较复杂,不只是简单的 new 一下就可以,而是要组合其他类对象,做各种初始化操作的时候,我们推荐使用工厂方法模式,将复杂的创建逻辑拆分到多个工厂类中,让每个工厂类都不至于过于复杂。而使用简单工厂模式,将所有的创建逻辑都放到一个工厂类中,会导致这个工厂类变得很复杂。

除此之外,在某些场景下,如果对象不可复用,那工厂类每次都要返回不同的对象。如果我们使用简单工厂模式来实现,就只能选择第一种包含 if 分支逻辑的实现方式。如果我们还想避免烦人的 if-else 分支逻辑,这个时候,我们就推荐使用工厂方法模式。

抽象工厂模式 (Abstract Factory)

讲完了简单工厂、工厂方法,我们再来看抽象工厂模式。抽象工厂模式的应用场景比较特殊,没有前两种常用,所以不是我们本节课学习的重点,你简单了解一下就可以了。

在简单工厂和工厂方法中,类只有一种分类方式。比如,在规则配置解析那个例子中,解析器类只会根据配置文件格式(Json、Xml、Yaml……)来分类。但是,如果类有两种分类方式,比如,我们既可以按照配置文件格式来分类,也可以按照解析的对象(Rule 规则配置还是 System 系统配置)来分类,那就会对应下面这 8 个 parser 类。

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

针对这种特殊的场景,如果还是继续用工厂方法来实现的话,我们要针对每个 parser 都编写一个工厂类,也就是要编写 8 个工厂类。如果我们未来还需要增加针对业务配置的解析器(比如 IBizConfigParser),那就要再对应地增加 4 个工厂类。而我们知道,过多的类也会让系统难维护。这个问题该怎么解决呢?

抽象工厂就是针对这种非常特殊的场景而诞生的。我们可以让一个工厂负责创建多个不同类型的对象(IRuleConfigParser、ISystemConfigParser 等),而不是只创建一种 parser 对象。这样就可以有效地减少工厂类的个数。具体的代码实现如下所示:

【Java】为什么建议没事不要随便用工厂模式创建对象?

总结

三种工厂模式中,简单工厂和工厂方法比较常用,抽象工厂的应用场景比较特殊,所以很少用到,不是我们讨论的重点。所以,下面我重点对前两种工厂模式的应用场景进行总结。

当创建逻辑比较复杂,是一个“大工程”的时候,我们就考虑使用工厂模式,封装对象的创建过程,将对象的创建和使用相分离。何为创建逻辑比较复杂呢?我总结了下面两种情况。

对于第一种情况,当每个对象的创建逻辑都比较简单的时候,我推荐使用简单工厂模式,将多个对象的创建逻辑放到一个工厂类中。当每个对象的创建逻辑都比较复杂的时候,为了避免设计一个过于庞大的简单工厂类,我推荐使用工厂方法模式,将创建逻辑拆分得更细,每个对象的创建逻辑独立到各自的工厂类中。同理,对于第二种情况,因为单个对象本身的创建逻辑就比较复杂,所以,我建议使用工厂方法模式。

除了刚刚提到的这几种情况之外,如果创建对象的逻辑并不复杂,那我们就直接通过 new 来创建对象就可以了,不需要使用工厂模式。

现在,我们上升一个思维层面来看工厂模式,它的作用无外乎下面这四个。这也是判断要不要使用工厂模式的最本质的参考标准。

  • 封装变化:创建逻辑有可能变化,封装成工厂类之后,创建逻辑的变更对调用者透明。
  • 代码复用:创建代码抽离到独立的工厂类之后可以复用。
  • 隔离复杂性:封装复杂的创建逻辑,调用者无需了解如何创建对象。
  • 控制复杂度:将创建代码抽离出来,让原本的函数或类职责更单一,代码更简洁。

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