二、架构师内功心法之设计模式

2.架构师内功心法之设计模式

2.1.课程目标

1、通过对本章内容的学习，了解设计模式的由来。

2、介绍设计模式能帮我们解决哪些问题。

3、剖析工厂模式的历史由来及应用场景。

2.2.内容定位

不用设计模式并非不可以，但是用好设计模式能帮助我们更好地解决实际问题，设计模式最重要的
是解耦。设计模式天天都在用，但自己却无感知。我们把设计模式作为一个专题，主要是学习设计模式
是如何总结经验的，把经验为自己所用。学设计模式也是锻炼将业务需求转换技术实现的一种非常有效
的方式。

2.3.回顾软件设计原则

2.4.设计模式总览

写出优雅的代码

更好地重构项目

经典框架都在用设计模式解决问题

Spring就是一个把设计模式用得淋漓尽致的经典框架，其实从类的命名就能看出来，我来一一列举：

我们的课程中，会围绕 Spring 的 IOC、AOP、MVC、JDBC
这样的思路展开，根据其设计类型来设计讲解顺序：

3.工厂模式详解

3.1.工厂模式的历史由来

原始社会自给自足（没有工厂）、农耕社会小作坊（简单工厂，民间酒
坊）、工业革命流水线(工厂方法，自产自销)、现代产业链代工厂(抽象工厂，富士康)

3.2.简单工厂模式

3.2.1.定义

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）是指由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例，
但它不属于GOF 23种设计模式。简单工厂适用于工厂类负责创建的对象较少的场景，且客户端只需要
传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不需要关心。

3.2.2.demo

public class SimpleFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        CourseFactory factory = new CourseFactory();
        ICourse course = factory.create(JavaCourse.class);
        course.record();
    }
}

public class JavaCourse implements ICourse {
    public void record() {
        System.out.println("录制Java课程");
    }
}

public class CourseFactory {
    public ICourse create(Class<? extends ICourse> clazz){
        // 反射
        try {
            if (null != clazz) {
                return clazz.newInstance();
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/SimpleFactory.png" style="zoom: 50%;" />

3.2.3.源码

• Calendar.getInstance()

• LoggerFactory.getLogger()

简单工厂模式在 JDK 源码也是无处不在，现在我们来举个例子，例如 Calendar 类，看
Calendar.getInstance()方法，下面打开的是Calendar的具体创建类：

    private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
                                           Locale aLocale)
    {
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }

        Calendar cal = null;

        if (aLocale.hasExtensions()) {
            String caltype = aLocale.getUnicodeLocaleType("ca");
            if (caltype != null) {
                switch (caltype) {
                case "buddhist":
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "japanese":
                    cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                case "gregory":
                    cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
                    break;
                }
            }
        }
        if (cal == null) {
            // If no known calendar type is explicitly specified,
            // perform the traditional way to create a Calendar:
            // create a BuddhistCalendar for th_TH locale,
            // a JapaneseImperialCalendar for ja_JP_JP locale, or
            // a GregorianCalendar for any other locales.
            // NOTE: The language, country and variant strings are interned.
            if (aLocale.getLanguage() == "th" && aLocale.getCountry() == "TH") {
                cal = new BuddhistCalendar(zone, aLocale);
            } else if (aLocale.getVariant() == "JP" && aLocale.getLanguage() == "ja"
                       && aLocale.getCountry() == "JP") {
                cal = new JapaneseImperialCalendar(zone, aLocale);
            } else {
                cal = new GregorianCalendar(zone, aLocale);
            }
        }
        return cal;
    }

还有一个大家经常使用的 logback，我们可以看到 LoggerFactory 中有多个重载的方法
getLogger()：

    public static Logger getLogger(String name) {
        ILoggerFactory iLoggerFactory = getILoggerFactory();
        return iLoggerFactory.getLogger(name);
    }

    public static Logger getLogger(Class clazz) {
        return getLogger(clazz.getName());
    }

3.2.4.优缺点

• 优点
  • 简单
• 缺点
  • 工厂类的职责相对过重，不易于扩展过于复杂的产品结构。

3.3.工厂方法模式

3.3.1.定义

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是指定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类
来决定实例化哪个类，工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。在工厂方法模式中用户只需要关心所
需产品对应的工厂，无须关心创建细节，而且加入新的产品符合开闭原则。

3.3.2.demo

public class FactoryMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        // Python课程工厂
        ICourseFactory factory = new PythonCourseFactory();
        ICourse course = factory.create();
        course.record();

        // Java课程工厂
        factory = new JavaCourseFactory();
        course = factory.create();
        course.record();
    }
}

public class JavaCourseFactory implements ICourseFactory {
    public ICourse create() {
        return new JavaCourse();
    }
}

public interface ICourseFactory {
    ICourse create();
}

public class JavaCourse implements ICourse {
    public void record() {
        System.out.println("录制Java课程");
    }
}

public interface ICourse {
    void record();
}

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/FactoryMethod.png" style="zoom: 50%;" />

3.3.3.源码

ApplicationContext就是工厂方法模式

再来看看logback中工厂方法模式的应用，看看类图就OK了：

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/FactoryMethod2.png" style="zoom: 50%;" />

3.3.4.优缺点

• 工厂方法适用于以下场景：
  1. 创建对象需要大量重复的代码。
  2. 客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节。
  3. 一个类通过其子类来指定创建哪个对象。
• 工厂方法也有缺点：
  1. 类的个数容易过多，增加复杂度。
  2. 增加了系统的抽象性和理解难度。

3.4.抽象工厂模式

3.4.1.定义

抽象工厂模式（AbastractFactory Pattern）是指提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，无须指定他们具体的类。客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节，强调的是一
系列相关的产品对象（属于同一产品族）一起使用创建对象需要大量重复的代码。需要提供一个产品类
的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于具体实现。

讲解抽象工厂之前，我们要了解两个概念产品等级结构和产品族，看下面的图：

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/image-20200225191403439.png" alt="image-20200225191403439" style="zoom:50%;" />

从上图中看出有正方形，圆形和菱形三种图形，相同颜色深浅的就代表同一个产品族，相同形状的代表
同一个产品等级结构。同样可以从生活中来举例，比如，美的电器生产多种家用电器。那么上图中，颜
色最深的正方形就代表美的洗衣机、颜色最深的圆形代表美的空调、颜色最深的菱形代表美的热水器，
颜色最深的一排都属于美的品牌，都是美的电器这个产品族。再看最右侧的菱形，颜色最深的我们指定
了代表美的热水器，那么第二排颜色稍微浅一点的菱形，代表海信的热水器。同理，同一产品结构下还
有格力热水器，格力空调，格力洗衣机。

再看下面的这张图，最左侧的小房子我们就认为具体的工厂，有美的工厂，有海信工厂，有格力工厂。
每个品牌的工厂都生产洗衣机、热水器和空调。

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/image-20200225191741688.png" alt="image-20200225191741688" style="zoom:50%;" />

3.4.2.demo

public class AbstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        JavaCourseFactory factory = new JavaCourseFactory();
        factory.createNote().edit();
        factory.createVideo().record();
    }
}

/**
 * 抽象工厂CourseFactory类：
 * 抽象工厂是用户的主入口
 * 在Spring中应用得最为广泛的一种设计模式
 * 易于扩展
 */
public abstract class CourseFactory {
    public void init(){
        System.out.println("初始化基础数据");
    }
    protected abstract INote createNote();
    protected abstract IVideo createVideo();
}

/**
 * 创建Java产品族的具体工厂JavaCourseFactory
 */
public class JavaCourseFactory extends CourseFactory {
    public INote createNote() {
        super.init();
        return new JavaNote();
    }
    public IVideo createVideo() {
        super.init();
        return new JavaVideo();
    }
}

/**
 * 创建Java产品族，Java视频JavaVideo类：Java视频
 */
public class JavaVideo implements IVideo {
    public void record() {
        System.out.println("录制Java视频");
    }
}

/**
 * 录播视频：IVideo接口
 */
public interface IVideo {
    void record();
}

/**
 * 扩展产品等级Java课堂笔记JavaNote类：Java笔记
 */
public class JavaNote implements INote {
    public void edit() {
        System.out.println("编写Java笔记");
    }
}

/**
 * 课堂笔记：INote接口
 */
public interface INote {
    void edit();
}

// 创建Python产品族的具体工厂PythonCourseFactory省略。。。

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/AbstractFactory.png" style="zoom: 33%;" />

上面的代码完整地描述了两个产品族Java课程和Python课程，也描述了两个产品等级视频和手记。抽象工厂非常完美清晰地描述这样一层复杂的关系。但是，不知道大家有没有发现，如果我们再继续扩展
产品等级，将源码 Source也加入到课程中，那么我们的代码从抽象工厂，到具体工厂要全部调整，很显然不符合开闭原则。

3.4.3.源码

AbstractFactory

AnnotationApplicationContext

Xml

适合长时间不变动的场景

3.4.3.优缺点

抽象工厂缺点

1. 规定了所有可能被创建的产品集合，产品族中扩展新的产品困难，需要修改抽象工厂的接口。
2. 增加了系统的抽象性和理解难度。

3.5.简单工厂 vs 工厂方法 vs 抽象工厂

简单工厂：产品的工厂

工厂方法：工厂的工厂

抽象工厂：复杂产品的工厂

简单工厂：工厂是一个实体类，内部直接根据逻辑创建对应的产品。

工厂方法：工厂首先有个接口定义规范。不同的产品使用不同的实体类工厂根据规范和需求创建对应的产品。这就是它们的区别。

工厂方法是生产一类产品，抽象工厂是生产一个产品族

3.6.作业

1、工厂类一定需要将构造方法私有化吗，为什么？

不一定。抽象工厂类就不能，否则父类的私有构造方法就不能被子类调用。

2、用工厂模式设计支付业务场景，包含跨境支付，支付宝、微信、银联支付，并画出类图。

/**
 * description: 支付接口
 */
public interface IPay {
    /**
     * 支付方法
     */
    void pay();
}

/**
 * description: 支付宝支付
 */
public class AliPay implements IPay {
    public void pay() {
        System.out.println("支付宝支付");
    }
}

/**
 * description: 微信支付
 */
public class WxPay implements IPay {
    public void pay() {
        System.out.println("微信支付");
    }
}

/**
 * description: 银联支付
 */
public class UniPay implements IPay {
    public void pay() {
        System.out.println("银联支付");
    }
}

/**
 * description: 苹果支付
 */
public class ApplePay implements IPay {
    public void pay() {
        System.out.println("苹果支付");
    }
}

/**
 * description: 支付抽象工厂
 */
public abstract class AbstractPayFactory {
    public void init() {
        System.out.println("初始化基础数据");
    }
}

/**
 * description: 国内支付
 */
public class ChinaPayFactory extends AbstractPayFactory {
    protected IPay createAliPay() {
        super.init();
        return new AliPay();
    }

    protected IPay createWxPay() {
        super.init();
        return new WxPay();
    }

    protected IPay createUniPay() {
        super.init();
        return new UniPay();
    }
}

/**
 * description: 国外支付
 */
public class ForeignPayFactory extends AbstractPayFactory {
    protected IPay createApplePay() {
        super.init();
        return new ApplePay();
    }
}

/**
 * description: 抽象工厂方法测试
 */
public class AbstractPayFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        ChinaPayFactory chinaPayFactory = new ChinaPayFactory();
        chinaPayFactory.createAliPay().pay();
        chinaPayFactory.createWxPay().pay();
        chinaPayFactory.createUniPay().pay();

        ForeignPayFactory foreignPayFactory = new ForeignPayFactory();
        foreignPayFactory.createApplePay().pay();
    }
}

<img src="http://woshiamiaojiang.gitee.io/image-hosting/FactoryPatternHomework.png" style="zoom:50%;" />