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Java工厂模式用法之如何动态选择对象详解

时间：2023-03-11来源：系统城装机大师作者：佚名

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

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

小菜鸟想都不想，直接一通if else。

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29 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：

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49 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

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

实现这个接口

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23 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。

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21 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。

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6 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：

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20 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：

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16 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：

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9 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：

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45 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：

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16 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：

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12 import org.springframework.stereotype.Component;

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

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