设计模式2.0——工厂模式三剑客——抽象工厂模式

抽象工厂模式（Abastract Factory 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：

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。

通过上面两张图的对比理解，相信大家对抽象工厂有了非常形象的理解。接下来我们来看一个具体的业务场景而且用代码来实现。

/**
 * 公共汽车
 */
public interface IBus {
    void ride();
}

/**
 * 公共工厂接口
 */
public interface CommonFactory {
    /**
     * 汽车
     * @return
     */
    ICar createCar();

    /**
     * 公共汽车
     * @return
     */
    IBus createBus();

}

public class CadillacIBus implements  IBus {
    @Override
    public void ride() {
        System.out.println("乘坐凯迪拉克公交");
    }
}

public class AudiIBus implements IBus {
    @Override
    public void ride() {
        System.out.println("乘坐奥迪公交");
    }
}

/**
 * 生产奥迪牌汽车公交车
 */
public class AudiFactory implements CommonFactory {
    @Override
    public ICar createCar() {
        return new AudiCar();
    }

    @Override
    public IBus createBus() {
        return new AudiIBus();
    }
}

/**
 * 生产凯迪拉克牌的汽车和公交车
 */
public class CadillacFactory implements CommonFactory {
    @Override
    public ICar createCar() {
        return new CadillacCar();
    }

    @Override
    public IBus createBus() {
        return new CadillacIBus();
    }
}

客户端调用

/**
 * 抽象工厂测试类
 * 优点：易于扩展
 * 缺点：添加新产品，需要修改抽象工厂的接口，不符合开闭原则
 */
public class abstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
         CommonFactory commonFactory=new AudiFactory();
         commonFactory.createCar().run();
         commonFactory.createBus().ride();
    }
}

通过上面的代码，我们得知。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，将其它品牌的汽车加入，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。因此抽象工厂也是有缺点的： 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。但在实际应用中，我们千万不能犯强迫症甚至有洁癖。在实际需求中产品等级结构升级是非常正常的一件事情。我们可以根据实际情况，只要不是频繁升级，可以不遵循开闭原则。代码每半年升级一次或者每年升级一次又有何不可呢？

下面是利用工厂模式重构的实践案例

演示 JDBC 操作案例，我们每次操作是不是都需要重新创建数据库连接，每次创建其实都非常耗费性能，消耗业务调用时间。我们利用工厂模式，将数据库连接预先创建好放到容器中缓存着，在业务调用时就只需现取现用。接下来我们来看这段代码：

Pool 抽象类：

package org.jdbc.sqlhelper;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.sql.*;
import java.util.Properties;
/**
* 自定义连接池 getInstance()返回 POOL 唯一实例,第一次调用时将执行构造函数
* 构造函数 Pool()调用驱动装载 loadDrivers()函数;连接池创建 createPool()函数 loadDrivers()装载驱动
* createPool()建连接池 getConnection()返回一个连接实例 getConnection(long time)添加时间限制
* freeConnection(Connection con)将 con 连接实例返回到连接池 getnum()返回空闲连接数
* getnumActive()返回当前使用的连接数
*
* @author Tom
*
*/
public abstract class Pool {
public String propertiesName = "connection-INF.properties";
private static Pool instance = null; // 定义唯一实例
/**
* 最大连接数
*/
protected int maxConnect = 100; // 最大连接数

/**
* 保持连接数
*/
protected int normalConnect = 10; // 保持连接数
/**
* 驱动字符串
*/
protected String driverName = null; // 驱动字符串
/**
* 驱动类
*/
protected Driver driver = null; // 驱动变量
/**
* 私有构造函数,不允许外界访问
*/
protected Pool() {
try
{
init();
loadDrivers(driverName);
}catch(Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 初始化所有从配置文件中读取的成员变量成员变量
*/
private void init() throws IOException {
InputStream is = Pool.class.getResourceAsStream(propertiesName);
Properties p = new Properties();
p.load(is);
this.driverName = p.getProperty("driverName");
this.maxConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("maxConnect"));
this.normalConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("normalConnect"));
}
/**
* 装载和注册所有 JDBC 驱动程序

* @param dri 接受驱动字符串
*/
protected void loadDrivers(String dri) {
String driverClassName = dri;
try {
driver = (Driver) Class.forName(driverClassName).newInstance();
DriverManager.registerDriver(driver);
System.out.println("成功注册 JDBC 驱动程序" + driverClassName);
} catch (Exception e) {
System.out.println("无法注册 JDBC 驱动程序:" + driverClassName + ",错误:" + e);
}
}
/**
* 创建连接池
*/
public abstract void createPool();
/**
*
* (单例模式)返回数据库连接池 Pool 的实例
*
* @param driverName 数据库驱动字符串
* @return
* @throws IOException
* @throws ClassNotFoundException
* @throws IllegalAccessException
* @throws InstantiationException
*/
public static synchronized Pool getInstance() throws IOException,
InstantiationException, IllegalAccessException,
ClassNotFoundException {
if (instance == null) {
instance.init();
instance = (Pool) Class.forName("org.e_book.sqlhelp.Pool")
.newInstance();
}
return instance;
}
/**
* 获得一个可用的连接,如果没有则创建一个连接,且小于最大连接限制
* @return

*/
public abstract Connection getConnection();
/**
* 获得一个连接,有时间限制
* @param time 设置该连接的持续时间(以毫秒为单位)
* @return
*/
public abstract Connection getConnection(long time);
/**
* 将连接对象返回给连接池
* @param con 获得连接对象
*/
public abstract void freeConnection(Connection con);
/**
* 返回当前空闲连接数
* @return
*/
public abstract int getnum();
/**
* 返回当前工作的连接数
* @return
*/
public abstract int getnumActive();
/**
* 关闭所有连接,撤销驱动注册(此方法为单例方法)
*/
protected synchronized void release() {
// /撤销驱动
try {
DriverManager.deregisterDriver(driver);
System.out.println("撤销 JDBC 驱动程序 " + driver.getClass().getName());
} catch (SQLException e) {
System.out
.println("无法撤销 JDBC 驱动程序的注册:" + driver.getClass().getName());
}
}
}

DBConnectionPool 数据库连接池：

package org.jdbc.sqlhelper;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.sql.*;
import java.util.*;
import java.util.Date;
/**
* 数据库链接池管理类
* @author Tom
*
*/
public final class DBConnectionPool extends Pool {
private int checkedOut; //正在使用的连接数
/**
* 存放产生的连接对象容器
*/
private Vector<Connection> freeConnections = new Vector<Connection>(); //存放产生的连接对象容器
private String passWord = null; // 密码
private String url = null; // 连接字符串
private String userName = null; // 用户名
private static int num = 0;// 空闲连接数
private static int numActive = 0;// 当前可用的连接数
private static DBConnectionPool pool = null;// 连接池实例变量
/**
* 产生数据连接池
* @return
*/
public static synchronized DBConnectionPool getInstance()
{
if(pool == null)
{
pool = new DBConnectionPool();
}
return pool;
}

/**
* 获得一个 数据库连接池的实例
*/
private DBConnectionPool() {
try
{
init();
for (int i = 0; i < normalConnect; i++) { // 初始 normalConn 个连接
Connection c = newConnection();
if (c != null) {
freeConnections.addElement(c); //往容器中添加一个连接对象
num++; //记录总连接数
}
}
}catch(Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 初始化
* @throws IOException
*/
private void init() throws IOException
{
InputStream is = DBConnectionPool.class.getResourceAsStream(propertiesName);
Properties p = new Properties();
p.load(is);
this.userName = p.getProperty("userName");
this.passWord = p.getProperty("passWord");
this.driverName = p.getProperty("driverName");
this.url = p.getProperty("url");
this.driverName = p.getProperty("driverName");
this.maxConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("maxConnect"));
this.normalConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("normalConnect"));
}
/**
* 如果不再使用某个连接对象时,可调此方法将该对象释放到连接池
* @param con
*/
public synchronized void freeConnection(Connection con) {
freeConnections.addElement(con);
num++;

checkedOut- ;
numActive- ;
notifyAll(); //解锁
}
/**
* 创建一个新连接
* @return
*/
private Connection newConnection() {
Connection con = null;
try {
if (userName == null) { // 用户,密码都为空
con = DriverManager.getConnection(url);
} else {
con = DriverManager.getConnection(url, userName, passWord);
}
System.out.println("连接池创建一个新的连接");
} catch (SQLException e) {
System.out.println("无法创建这个 URL 的连接" + url);
return null;
}
return con;
}
/**
* 返回当前空闲连接数
* @return
*/
public int getnum() {
return num;
}
/**
* 返回当前连接数
* @return
*/
public int getnumActive() {
return numActive;
}
/**
* (单例模式)获取一个可用连接
* @return
*/
public synchronized Connection getConnection() {
Connection con = null;
if (freeConnections.size() > 0) { // 还有空闲的连接
num- ;
con = (Connection) freeConnections.firstElement();
freeConnections.removeElementAt(0);
try {
if (con.isClosed()) {
System.out.println("从连接池删除一个无效连接");
con = getConnection();
}
} catch (SQLException e) {
System.out.println("从连接池删除一个无效连接");
con = getConnection();
}
} else if (maxConnect == 0 || checkedOut < maxConnect) { // 没有空闲连接且当前连接小于最大允许
值,最大值为 0 则不限制
con = newConnection();
}
if (con != null) { // 当前连接数加 1
checkedOut++;
}
numActive++;
return con;
}
/**
* 获取一个连接,并加上等待时间限制,时间为毫秒
* @param timeout 接受等待时间(以毫秒为单位)
* @return
*/
public synchronized Connection getConnection(long timeout) {
long startTime = new Date().getTime();
Connection con;
while ((con = getConnection()) == null) {
try {
wait(timeout); //线程等待
} catch (InterruptedException e) {
}
if ((new Date().getTime() - startTime) >= timeout) {
return null; // 如果超时,则返回
}
}
return con;
}
/**
* 关闭所有连接
*/
public synchronized void release() {
try {
//将当前连接赋值到 枚举中
Enumeration allConnections = freeConnections.elements();
//使用循环关闭所用连接
while (allConnections.hasMoreElements()) {
//如果此枚举对象至少还有一个可提供的元素，则返回此枚举的下一个元素
Connection con = (Connection) allConnections.nextElement();
try {
con.close();
num- ;
} catch (SQLException e) {
System.out.println("无法关闭连接池中的连接");
}
}
freeConnections.removeAllElements();
numActive = 0;
} finally {
super.release();
}
}
/**
* 建立连接池
*/
public void createPool() {
pool = new DBConnectionPool();
if (pool != null) {
System.out.println("创建连接池成功");
} else {
System.out.println("创建连接池失败");
}
}
}

设计模式2.0——工厂模式三剑客——抽象工厂模式

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