详解Java从工厂方法模式到 IOC/DI思想

前言

简单工厂的本质是选择实现，说白了是由一个专门的类去负责生产我们所需要的对象，从而将对象的创建从代码中剥离出来，实现松耦合。我们来看一个例子：

我们要创建一个文件导出工具

public interface FileOper{

  public Boolean exceptFile（String data）;
}
public class XMLFileOp implment FileOper{

   public Boolean exceptFile(String data){
      System.out.println("导出一个xml文件");
      return true;
   }
}
public class Factory{

    public static FileOper createFileOp(){

        return new XMLFileOp();
    } 

}
public Class Test{

 public static void main(String args[]){

    FileOper op = Factory.createFileOp();
    op.exceptFile("测试");

}

}

这样看起来没什么问题，那么我们既然做出来了这个结构，就是为了后续的扩展它，例子中只是为了实现XML文件的导出，后续，我们可以自己实现一个txt文件的导出类，只需要实现FileOper接口就好：

public Class TxtFileOp implment FileOper{
    public Boolean ExceptFile（String data）{
        System.out.println("导出txt文件")；
        return true；
    }
}

这时候我们还是通过工厂来获取这个对象，只需将Factory中追加一个else if 即可通过传参来获取想要的对象了。

工厂方法模式

仔细分析上面的场景，事实上在实现导出文件的业务逻辑中，它根本不知道要使用哪一种导出文件的格式，因此这个对象根本就不应该和具体导出文件的对象耦合在一起，它只需要面向导出文件接口（FileOper）就好，这是工厂的思想，我们上面用简单工厂没错啊，但是后面又加入了新的扩展

这样一来，又有新的问题，面对新的类，简单工厂便不能提供动态的扩展，必须要去修改内部的代码，破坏了开闭原则。我们上一篇也提到了，简单工厂也有它自身的缺陷，其中最严重的就是，它虽然对依赖对象的主体实现了解耦，可是它本身内部却耦合较为严重。这时候我们可以看看工厂方法模式了，工厂方法模式的思路很有意思：老子不管了！采取无为而治的方式。不是需要接口对象么，那就定义一个方法来创建，可是事实上它自己是不知道如何创建这个接口对象的，不过这不重要，定义成抽象方法就行了，交给子类去实现，老子欠债，儿子你来还。

工厂方法的结构

Product：工厂方法所创建的具体对象的统一接口。

Factory：为该类产品的抽象工厂，其内部有声明的工厂方法，工厂方法多为抽象方法，且返回一个Product对象

ProductOne:为具体的产品，也就是Product的具体实现类，真正的工厂产物。

SpecificFactory：具体的工厂，用于生产指定类型的Product,例如图中它只负责生产 ProductOne这个对象。

工厂方法模式的样例代码

public class AbstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Product a;
            AbstractFactory af;
            af = (AbstractFactory) ReadXML1.getObject();
            a = af.newProduct();
            a.show();
        } catch (Exception e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}
//抽象产品：提供了产品的接口
interface Product {
    public void show();
}
//具体产品1：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct1 implements Product {
    public void show() {
        System.out.println("具体产品1显示...");
    }
}
//具体产品2：实现抽象产品中的抽象方法
class ConcreteProduct2 implements Product {
    public void show() {
        System.out.println("具体产品2显示...");
    }
}
//抽象工厂：提供了厂品的生成方法
interface AbstractFactory {
    public Product newProduct();
}
//具体工厂1：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂1生成-->具体产品1...");
        return new ConcreteProduct1();
    }
}
//具体工厂2：实现了厂品的生成方法
class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
    public Product newProduct() {
        System.out.println("具体工厂2生成-->具体产品2...");
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

基于XML解析的外部配置文件

class ReadXML1 {
    //该方法用于从XML配置文件中提取具体类类名，并返回一个实例对象
    public static Object getObject() {
        try {
            //创建文档对象
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
            Document doc;
            doc = builder.parse(new File("src/FactoryMethod/config1.xml"));
            //获取包含类名的文本节点
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("className");
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();
            String cName = "FactoryMethod." + classNode.getNodeValue();
            //System.out.println("新类名："+cName);
            //通过类名生成实例对象并将其返回
            Class<?> c = Class.forName(cName);
            Object obj = c.newInstance();
            return obj;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }
}

上面是一个较为初级也较为经典的工厂方法模板，工厂方法还有另一种用法，即抽象的工厂父类除了创建对象的方法之外，还包含其他的一些方法，而工厂父类通常使用这些方法来完成某些任务，下面我们来看看这第二种表现方式。

工厂方法模式实现文件导出

根据上面工厂方法模式提供的思路，我们重新来思考并实现一下一开始那个文件导出的功能。

/**
 * 文件导出接口
 * 实现将指定数据的导出
 * 扩展：实现该接口，可指定生产具体文件类型
 * @author GCC
 */
public interface ExportFileApi {

    /**
     * 导出文件
     * @param data 待导出数据
     * @return boolean
     */
    boolean exportFile(String data);

}
/**
 * 生产Excel文件导出器
 * @author GCC
 */
public class ExportExcelFile implements ExportFileApi {
    @Override
    public boolean exportFile(String data) {
        //todo 处理数据
        return false;
    }
}
/**
 * 导出功能口，工厂
 * @author GCC
 */
public abstract class ExportFileOperate {

    public Logger logger = Logger.getLogger(ExportFileOperate.class);
    //使用产品对象来实现一定功能的方法，这里是实现数据导出
    public void export(String data){
        ExportFileApi exportoper = methodFactory();
        if(exportoper.exportFile(data)){
            logger.info("文件导出成功");
            return;
        }
        logger.error("文件导出失败");

    }

    //工厂方法
    protected abstract ExportFileApi;

}
/**
 * 将指定数据导出为Excel文件
 * @author GCC
 */
public class ExportExcelFileFactory extends ExportFileOperate {

    @Override
    protected ExportFileApi methodFactory() {
        return new ExportExcelFile();
    }
}
/**
 * 客户用例
 */
public class App
{
    static Logger logger = Logger.getLogger(App.class);

    public static void main( String[] args )
    {
        ExportFileOperate ex = new ExportExcelFileFactory();
        ex.export("测试数据");
    }
}

这里大家可能会 有疑惑，你这个实现方式怎么和前面提到的工厂方法模式的标准样例不一样？ 其实这是工厂方法模式的另一种结构，确切地说这才是真正意义上的工厂方法模式（上面的模板只是工厂方法的正常形态）。

这一种的实现方式是 ：父类会是一个抽象类，里面包含创建所需对象的抽象方法（代码样例中ExportFileOperat类的methodFactory()方法，这里ExportFileOperat类就是所谓的工厂类，需要补充的是设计模型的使用，不要拘泥于命名名称，可以根据实际需求来进行相应的变化），这些抽象方法就是工厂方法模式中的工厂方法。父类里面，通常会有使用这些产品对象来实现一定的功能的方法（代码样例中ExportFileOperat类的export()方法）。而这些方法所实现的功能通常都是公共功能，不管子类选择了何种具体的产品实现，这些方法总能正常运行。

之所以会有上面两种方式，主要原因在于工厂方法对于客户端的支持，这里需要弄清楚一个问题，谁在使用工厂方法所创建的对象？

事实上，在工厂方法模式里，应该是工厂中的其他方法来使用工厂所创建的对象，为了方便，工厂方法创建的对象也可直接提供给外部的客户端来调用，但工厂方法的本意是由Factory抽象父类内部的方法来使用工厂方法创建的对象。

以下这幅时序图，即说明了客户端调用factory的两种方式。

其实客户端应该使用Factory对象，或者是由Factory所创建出来的产品对象，对于客户端使用Factory对象，这个时候工厂方法创建的对象，是Factory中的某些方法在用，对于使用那些由Factory创建出来的对象，这个时候工厂方法创建的对象，是构成客户端所需对象的一部分。

工厂方法与简单工厂的区别

下面我们看一个例子，这里我打算做个计算器，如果用简单工厂模式来做，它的结构是这样的：

public class SimpleFactory {
    public Calculator create(String type){

        switch (type){
            case "+":
                //返回一个具有加法功能的计算器对象
                return new AddCalculator();
            case "-":
                //返回一个具有减法功能的计算器对象
                return new DeCalculator();
            default:return null;
        }
    }
}

为了工厂更完整，采用传参的静态工厂方式来实现，这样我简单工厂里将通过Switch语句来管控生产哪一种计算类，这时候，突然来了新的需求，我需要一个乘法的功能，这时候我就得实现计算器接口，完成一个乘法类，同时去简单工厂的代码里，追加一个case。

同理，我使用工厂方法的模式来做这个功能，这块的类图则如上图一样，我的工厂代码里不需要Switch了，只需要一个具有生产计算器对象的抽象方法的抽象工厂类即可，当我需要一个乘法能力的计算器时，实现计算器接口，完成乘法类，然后继承抽象工厂，完成一个乘法的工厂子类，然后再用乘法的工厂子类来创建乘法类。然后再去修改客户端。

上面一对比，嘿，这升级版的工厂方法怎么比简单工厂还复杂了！？肯定很多同学在看工厂设计模式的时候很困惑，简单工厂和工厂方法的区别在哪，明明感觉用简单工厂更方便呢？

其实回头好好看看设计原则，就会发现，这是一个解耦的过程，简单工厂模式最大的优点在于工厂类中包含了必要的逻辑判断，根据客户的选择动态的实例化相关的产品类，对于客户端来说，除去了与具体产品对象的依赖。但问题就是随着你的新需求，如果使用简单工厂，那么你就不得不去破坏开闭原则，而看起来改动更为复杂的工厂方法模式，你并不需要对以前的代码进行改动，只需要继承，扩展即可。仔细观察一下，简单工厂是让客户端与依赖对象进行解耦，而工厂方式模式又是对工厂的一层解耦，原本内部耦合性较强的if else，变成了由客户端或者配置文件来控制，工厂方法将简单工厂内部的逻辑判断移到了使用它的外部（客户端或者配置文件）来控制。本来扩展是需要修改工厂类源代码的，现在变成了客户端修改调用或者配置文件中的一个参数。

工厂方法模式的意义

工厂方法模式的主要思想是让父类在不知情的情况下，完成自身功能的调用，而具体的实现则延迟到子类来做；或者说是在静态工厂中，将其原本耦合的if else抽离出来，配合配置文档使用，将写死的if else灵活实现（配置文件并不是默认必须要有的）。这样在设计的时候，不用去考虑具体的实现，需要某个对象，把它通过工厂方法返回就好，在使用这些对象实现功能的时候还是通过接口来操作，这里就有一点IOC的韵味了。

工厂方法模式与IOC、DI

什么是IOC/DI？

想想之前没有学习设计模式，刚学会使用Java就被Spring的bean配置文件支配的恐惧。

那时候你说自己学Java，对方一定会问你Spring，说到Spring，肯定避不开“什么是IOC，什么是DI？”这个让人头痛的问题，那么，到底什么是IOC，DI？

看完工厂的设计思想，对这个问题才开始了真正的思考。

IOC——控制反转

DI——依赖注入

除了上面脱口而出的回答，我想我们这些面向对象的程序猿们，应该有个更深入的理解，到底什么是控制反转，什么是依赖注入。要想理解上面两个概念，必须把问题拆开来看，先搞清楚基本的问题几个问题：

主客体是谁，或者说参与这个概念的都有谁？

什么叫依赖？为什么会有依赖？

什么叫注入？注入的是什么？谁注入谁？

控制反转，谁控制谁，控制的是什么，既然叫反转，正转是啥？

下面我们一个个来解决问题：

1、参与者，说起参与者，一般我们在这个概念中是有三个参与者，具体某个类，容器，某个对象所依赖的外部资源（另一个对象），就好比我有三个类，A，B，C，A对象我们把它想象成一个客户端，B是它需要的一个外部的资源，C是一个叫容器的第三方。

2、什么叫依赖，这个就比较好说了，你有一个A类，但是你A类的成员变量有一个是B类的实例声明，那么A就依赖于B，也就是说，A如果想正常运转（或者说功能正常），必须得依赖于它的成员变量B，至于为什么会有依赖，那也好理解了，面向对象就是将功能封装，每个对象都功能单一，这样有些复杂的对象需要实现复杂的功能，就必须需要其他类的协同。

3、注入，就是说，A你的成员变量B只是声明了一个变量，它对于对象A来说，只是一个引用，一个字符，本身并没有实体，你可以new 一下这个变量的构造函数，才能使这个变量真正有灵魂，又或者用它来承接外部传进来的同类实体，这里外部传进来B的方式就叫注入，注入的是这个变量类型 具体的实例化对象。谁来注入，当然是容器C来注入给A，将B注入给A

4、简单来说就是容器来控制A，控制的就是A所依赖的对象B实例的创建，反转是与正转对应来说的，什么是正转呢，A类中有个对象B的成员变量，正常情况下，A类中功能用到B对象的时候，A要主动去获取一个B对象，例如new一下，这种情况被称为正向的。这样就比较好理解反转了，A不再去主动获取B对象了，而是被动的等待B的到来（注入），等待容器C获取一个B的实例，然后反向的注入进A。

所以，综上来看，控制反转和依赖注入其实说的是同一件事，说白了就是对象创建这个责任归谁的问题，依赖注入是从应用程序的角度去描述，应用程序依赖外部容器去创建并注入它所需要的外部资源对象。控制反转是从容器的角度出发，容器控制应用程序，由容器反向地向应用程序注入其所需要的外部对象。

其实IOC/DI并不是一种代码实现，更多的它是一种思想，它从思想上完成了 “主从换位” 的变化，应用程序本来是主体，占绝对地位，它需要什么都会主动出击去获取，过强的控制欲导致了它耦合过重，而在IOC/DI思想中，应用程序变成被动的等待容器的注入，需要啥只能提出来，什么时候给，给什么样子的，主动权完全交给了容器，较强的实现了解耦，程序的灵活性也就高了

工厂方法与IOC/DI思想

从某个角度来看，工厂方法模式跟IOC/DI的思想很贴近。

上面也说过了，IOC/DI就是让应用程序不再主动获取外部资源，而是被动等待第三方的注入，那么在编写程序的时候，一旦遇到需要外部资源的地方，就会开一个窗口，提供给容器一个注入的途径，让容器注入进来，细节这里就不过多赘述了，自己去找Spring聊吧。 下面用IOC/DI和工厂方法来实现一个样例对比一下。

用IOC/DI来实现一个类Person:

public class Person {

    private String name;
    //依赖文件操作对象
    private FileUtil fileUtil;

    private int age;

    //提供set方法，供外部注入
    public void setFileUtil(FileUtil fileUtil){
        this.fileUtil = fileUtil;
    }

    public void opFile(String fileurl){
        fileUtil.createFile(fileurl);
    }

}

这就是IOC/DI思想来实现的一个类，我依赖FileUtil，没事，我不管，我提供给你一个set的注入途径，剩下的我不管了，我就默认我用FileUtil的时候，它是真真切切存在在堆中的对象。（本质是当外部的容器，创建Person对象的时候，会发现它依赖FileUtil，然后容器去获取一个FileUtil，通过Person提供的Set方法，将获取的FileUtil对象注入进去，然后一个完整的Person对象就被制造出来了，这个过程Person角度来看，Person是无感的）

下面用工厂方法来搞上面的例子：

public abstract class Person {

    private String name;

    private int age;

    //交给子类去实现我的依赖
    public abstract FileUtil getFileutil();

    public void opFile(String fileurl){
        getFileutil().createFile(fileurl);
    }

}

这里，Person类也是需要用到FileUtil，但是它也不需要主动的去new一下FileUtil，而是通过抽象方法的形式，将FileUtil的实例化延申到子类去实现，其实就是变相地提供了一种注入渠道（标准bean中是通过set方法，容器调用Set方法注入需要的对象，而工厂方法则是通过实现子类，即让子类来完成依赖对象的注入）

仔细体会这两种写法，对比他们的实现，在思想层面来看，会发现，工厂方法模式和IOC/DI的思想是相似的，都是“主动变被动”，“主位换从位”，从而获得了更加灵活的程序结构。

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