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Java工厂模式用法之如何动态选择对象详解

2023-03-10 14:14:44 作者：JAVA旭阳

工厂设计模式可能是最常用的设计模式之一，我想大家在自己的项目中都用到过。本文不仅仅是关于工厂模式的基本知识，更是讨论如何在运行时动态选择不同的方法进行执行，你们可以看看是不是和你们项目中用的一样

前言

工厂设计模式可能是最常用的设计模式之一，我想大家在自己的项目中都用到过。可能你会不屑一顾，但这篇文章不仅仅是关于工厂模式的基本知识，更是讨论如何在运行时动态选择不同的方法进行执行，你们可以看看是不是和你们项目中用的一样？

小菜鸟的问题

直接上例子说明，设计一个日志记录的功能，但是支持记录到不同的地方，例如：

内存中
磁盘上的文件
数据库
百度网盘等远程存储服务

面对这么一个需求，你会怎么做呢？我们先来看看小菜鸟的做法吧。

小菜鸟创建了一个Logger类

class Logger {
    public void log(String message, String loggerMedium) {}
}

小菜鸟想都不想，直接一通if else。

class Logger {
    public void log(String message, String loggerMedium) {
        if (loggerMedium.equals("MEMORY")) {
            logInMemory(message);
        } else if (loggerMedium.equals("FILE")) {
            logOnFile(message);
        } else if (loggerMedium.equals("DB")) {
            logToDB(message);
        } else if (loggerMedium.equals("REMOTE_SERVICE")) {
            logToRemote(message);
        }
    }

    private void logInMemory(String message) {
        // Implementation
    }

    private void logOnFile(String message) {
        // Implementation
    }

    private void logToDB(String message) {
        // Implementation
    }

    private void logToRemote(String message) {
        // Implementation
    }
}

现在突然说要增加一种存储介质FLASH_DRIVE，就要改了这个类？不拍改错吗？也不符合“开闭原则”，而且随着存储介质变多，类也会变的很大，小菜鸟懵逼了，不知道怎么办？

有没有更好的方法呢

这时候小菜鸟去找你帮忙，你一顿操作，改成了下面这样：

class InMemoryLog {
    public void logToMemory(String message) {
        // Implementation
    }
}

class FileLog {
    public void logToFile(String message) {
        //Implementation
    }
}

class DBLog {
    public void logToDB(String message) {
        // Implementation
    }
}

class RemoteServiceLog {
    public void logToService(String message) {
        // Implementation
    }
}

class Logger {
    private InMemoryLog mLog;
    private FileLog fLog;
    private DBLog dbLog;
    private RemoteServiceLog sLog;
    
    public Logger() {
        mLog = new InMemoryLog();
        fLog = new FileLog();
        dbLog = new DBLog();
        sLog = new RemoteServiceLog();
    }

    public void log(String message, String loggerMedium) {
        if (loggerMedium.equals("MEMORY")) {
            mLog.logToMemory(message);
        } else if (loggerMedium.equals("FILE")) {
            fLog.logToFile(message);
        } else if (loggerMedium.equals("DB")) {
            dbLog.logToDB(message);
        } else if (loggerMedium.equals("REMOTE_SERVICE")) {
            sLog.logToService(message);
        }
    }
}

在这个实现中，你已经将单独的代码分离到它们对应的文件中，但是Logger类与存储介质的具体实现紧密耦合，如FileLog、DBLog等。随着存储介质的增加，类中将引入更多的实例Logger。

还有什么更好的办法吗

你想了想，上面的实现都是直接写具体的实现类，是面向实现编程，更合理的做法是面向接口编程，接口意味着协议，契约，是一种更加稳定的方式。

定义一个日志操作的接口

public interface LoggingOperation {
    void log(String message);
}

实现这个接口

class InMemoryLog implements LoggingOperation {
    public void log(String message) {
        // Implementation
    }
}

class FileLog implements LoggingOperation {
    public void log(String message) {
        //Implementation
    }
}

class DBLog implements LoggingOperation {
    public void log(String message) {
        // Implementation
    }
}

class RemoteServiceLog implements LoggingOperation {
    public void log(String message) {
        // Implementation
    }
}

你定义了一个类，据传递的参数，在运行时动态选择具体实现，这就是所谓的工厂类，不过是基础版。

class LoggerFactory {
    public static LoggingOperation getInstance(String loggerMedium) {
        LoggingOperation op = null;
        switch (loggerMedium) {
            case "MEMORY":
                op = new InMemoryLog();
                break;
            case "FILE":
                op = new FileLog();
                break;
            case "DB":
                op = new DBLog();
                break;
            case "REMOTE_SERVICE":
                op = new RemoteServiceLog();
                break;
        }

        return op;
    }
}

现在你的 Logger类的实现就是下面这个样子了。

class Logger {
    public void log(String message, String loggerMedium) {
        LoggingOperation instance = LoggerFactory.getInstance(loggerMedium);
        instance.log(message);
    }
}

这里的代码变得非常统一，创建实际存储实例的责任已经转移到LoggerFactory，各个存储类只实现它们如何将消息记录到它们的特定介质，最后该类Logger只关心通过LoggerFactory将实际的日志记录委托给具体的实现。这样，代码就很松耦合了。你想要添加一个新的存储介质，例如FLASH_DRIVE，只需创建一个实现LoggingOperation接口的新类并将其注册到LoggerFactory中就好了。这就是工厂模式可以帮助您动态选择实现的方式。

还能做得更好吗

你已经完成了一个松耦合的设计，但是想象一下假如有数百个存储介质的场景，所以我们最终会在工厂类LoggerFactory中的switch case部分case数百个。这看起来还是很糟糕，如果管理不当，它有可能成为技术债务，这该怎么办呢？

摆脱不断增长的if else或者 switch case的一种方法是维护类中所有实现类的列表，LoggerFactory代码如下所示：

class LoggerFactory {
    private static final List<LoggingOperation> instances = new ArrayList<>();

    static {
        instances.addAll(Arrays.asList(
                new InMemoryLog(),
                new FileLog(),
                new DBLog(),
                new RemoteServiceLog()
        ));
    }

    public static LoggingOperation getInstance(ApplicationContext context, String loggerMedium) {
        for(LoggingOperation op : instances) {
            // 比如判断StrUtil.equals(loggerMedium, op.getType()) op本身添加一个type
        }

        return null;
    }
}

但是请注意，还不够，在所有上述实现中，无论if else、switch case 还是上面的做法，都是让存储实现与LoggerFactory紧密耦合的。你添加一种实现，就要修改LoggerFactory,有什么更好的做法吗？

逆向思维一下，我们是不是让具体的实现主动注册上来呢？通过这种方式，工厂不需要知道系统中有哪些实例可用，而是实例本身会注册并且如果它们在系统中可用，工厂就会为它们提供服务。具体代码如下：

class LoggerFactory {
    private static final Map<String, LoggingOperation> instances = new HashMap<>();

    public static void register(String loggerMedium, LoggingOperation instance) {
        if (loggerMedium != null && instance != null) {
            instances.put(loggerMedium, instance);
        }
    }

    public static LoggingOperation getInstance(String loggerMedium) {
        if (instances.containsKey(loggerMedium)) {
            return instances.get(loggerMedium);
        }
        return null;
    }
}

在这里，LoggerFactory提供了一个register注册的方法，具体的存储实现可以调用该方法注册上来，保存在工厂的instancesmap对象中。

我们来看看具体的存储实现注册的代码如下：

class RemoteServiceLog implements LoggingOperation {
    static {
        LoggerFactory.register("REMOTE", new RemoteServiceLog());
    }

    public void log(String message) {
        // Implementation
    }
}

由于注册应该只发生一次，所以它发生在static类加载器加载存储类时的块中。

但是又有一个问题，默认情况下JVM不加载类RemoteServiceLog，除非它由应用程序在外部实例化或调用。因此，尽管存储类有注册的代码，但实际上注册并不会发生，因为没有被JVM加载，不会调用static代码块中的代码，你又犯难了。

你灵机一动，LoggerFactory是获取存储实例的入口点，能否在这个类上做点文章，就写下了下面的代码：

class LoggerFactory {
    private static final Map<String, LoggingOperation> instances = new HashMap<>();

    static {
        try {
            loadClasses(LoggerFactory.class.getClassLoader(), "com.alvin.storage.impl");
        } catch (Exception e) {
            // log or throw exception.
        }
    }

    public static void register(String loggerMedium, LoggingOperation instance) {
        if (loggerMedium != null && instance != null) {
            instances.put(loggerMedium, instance);
        }
    }

    public static LoggingOperation getInstance(String loggerMedium) {
        if (instances.containsKey(loggerMedium)) {
            return instances.get(loggerMedium);
        }
        return null;
    }

    private static void loadClasses(ClassLoader cl, String packagePath) throws Exception {

        String dottedPackage = packagePath.replaceAll("[/]", ".");

        URL upackage = cl.getResource(packagePath);
        URLConnection conn = upackage.openConnection();

        String rr = IOUtils.toString(conn.getInputStream(), "UTF-8");

        if (rr != null) {
            String[] paths = rr.split("\n");

            for (String p : paths) {
                if (p.endsWith(".class")) {
                    Class.forName(dottedPackage + "." + p.substring(0, p.lastIndexOf('.')));
                }

            }
        }
    }
}

在上面的实现中，你使用了一个名为loadClasses的方法，该方法扫描提供的包名称com.alvin.storage.impl并将驻留在该目录中的所有类加载到类加载器。以这种方式，当类加载时，它们的static块被初始化并且它们将自己注册到LoggerFactory中。

如何在 SpringBoot 中实现此技术

你突然发现你的应用是springboot应用，突然想到有更方便的解决方案。

因为你的存储实现类都被标记上注解@Component，这样 Spring 会在应用程序启动时自动加载类，它们会自行注册，在这种情况下你不需要使用loadClasses功能，Spring 会负责加载类。具体的代码实现如下：

class LoggerFactory {
    private static final Map<String, Class<? extends LoggingOperation>> instances = new HashMap<>();

    public static void register(String loggerMedium, Class<? extends LoggingOperation> instance) {
        if (loggerMedium != null && instance != null) {
            instances.put(loggerMedium, instance);
        }
    }

    public static LoggingOperation getInstance(ApplicationContext context, String loggerMedium) {
        if (instances.containsKey(loggerMedium)) {
            return context.getBean(instances.get(loggerMedium));
        }
        return null;
    }
}

getInstance需要传入ApplicationContext对象，这样就可以根据类型获取具体的实现了。

修改所有存储实现类，如下所示：

import org.springframework.stereotype.Component;

@Component
class RemoteServiceLog implements LoggingOperation {
    static {
        LoggerFactory.register("REMOTE", RemoteServiceLog.class);
    }

    public void log(String message) {
        // Implementation
    }
}

总结

我们通过一个例子，不断迭代带大家理解了工厂模式，工厂模式是一种创建型设计模式，用于创建同一类型的不同实现对象。我们来总结下这种动态选择对象工厂模式的优缺点。

优点：

容易管理。在添加新的存储类时，只需将该类放入特定包中，在static代码块中注册它自己到工厂中。
松耦合，当您添加新的存储实现时，您不需要在工厂类中进行任何更改。
遵循SOLID编程原则。

缺点：

如果是用原生通过类加载的方式，代价比较大，因为它涉及 I/O 操作。但是如果使用的是SpringBoot，则无需担心，因为框架本身会调用组件。
需要额外编写一个static块，注册自己到工厂中，一不小心就遗漏了。

到此这篇关于Java工厂模式用法之如何动态选择对象详解的文章就介绍到这了,更多相关Java工厂模式动态选择对象内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！