——探索設計模式系列之五
Terrylee，2004年1月2日
概述
在軟件系統中，經(jīng)常面臨著(zhù)“某個(gè)對象”的創(chuàng )建工作，由于需求的變化，這個(gè)對象的具體實(shí)現經(jīng)常面臨著(zhù)劇烈的變化，但是它卻擁有比較穩定的接口。如何應對這種變化？提供一種封裝機制來(lái)隔離出“這個(gè)易變對象”的變化，從而保持系統中“其它依賴(lài)該對象的對象”不隨著(zhù)需求的改變而改變？這就是要說(shuō)的Factory Method模式了。
意圖
定義一個(gè)用戶(hù)創(chuàng )建對象的接口，讓子類(lèi)決定實(shí)例化哪一個(gè)類(lèi)。Factory Method使一個(gè)類(lèi)的實(shí)例化延遲到其子類(lèi)。
結構圖
生活中的例子
工廠(chǎng)方法定義一個(gè)用于創(chuàng )建對象的接口，但是讓子類(lèi)決定實(shí)例化哪個(gè)類(lèi)。壓注成型演示了這種模式。塑料玩具制造商加工塑料粉，將塑料注入到希望形狀的模具中。玩具的類(lèi)別（車(chē)，人物等等）是由模具決定的。
工廠(chǎng)方法解說(shuō)
在工廠(chǎng)方法模式中，核心的工廠(chǎng)類(lèi)不再負責所有產(chǎn)品的創(chuàng )建，而是將具體創(chuàng )建工作交給子類(lèi)去做。這個(gè)核心類(lèi)僅僅負責給出具體工廠(chǎng)必須實(shí)現的接口，而不接觸哪一個(gè)產(chǎn)品類(lèi)被實(shí)例化這種細節。這使得工廠(chǎng)方法模式可以允許系統在不修改工廠(chǎng)角色的情況下引進(jìn)新產(chǎn)品。在Factory Method模式中，工廠(chǎng)類(lèi)與產(chǎn)品類(lèi)往往具有平行的等級結構，它們之間一一對應。
現在我們考慮一個(gè)日志記錄的例子（這里我們只是為了說(shuō)明Factory Method模式，實(shí)際項目中的日志記錄不會(huì )這么去做，也要比這復雜一些）。假定我們要設計日志記錄的類(lèi)，支持記錄的方法有FileLog和EventLog兩種方式。在這里我們先不談設計模式，那么這個(gè)日志記錄的類(lèi)就很好實(shí)現了：
1
/**//// <summary>
2/// 日志記錄類(lèi)
3/// </summary>
4public class Log
5{
6
7 public void WriteEvent()
8{
9 Console.WriteLine("EventLog Success!");
10 }
11
12 public void WriteFile()
13{
14 Console.WriteLine("FileLog Success!");
15 }
16
17 public void Write(string LogType)
18{
19 switch(LogType.ToLower())
20{
21 case "event":
22 WriteEvent();
23 break;
24
25 case "file":
26 WriteFile();
27 break;
28
29 default:
30 break;
31 }
32 }
33 }
34
進(jìn)一步抽象，為它們抽象出一個(gè)共同的父類(lèi)，結構圖如下： 1/**//// <summary>
2/// EventLog類(lèi)
3/// </summary>
4public class EventLog
5{
6 public void Write()
7{
8 Console.WriteLine("EventLog Write Success!");
9 }
10}
11
12/**//// <summary>
13/// FileLog類(lèi)
14/// </summary>
15public class FileLog
16{
17 public void Write()
18{
19 Console.WriteLine("FileLog Write Success!");
20 }
21}
22
實(shí)現代碼： 此時(shí)EventLog1/**//// <summary>
2/// Log類(lèi)
3/// </summary>
4public abstract class Log
5{
6 public abstract void Write();
7}
8
此時(shí)我們再看增加新的記錄日志方式 當日志記錄的方式從 1/**//// <summary>
2/// EventLog類(lèi)
3/// </summary>
4public class EventLog:Log
5{
6 public override void Write()
7{
8 Console.WriteLine("EventLog Write Success!");
9 }
10}
11/**//// <summary>
12/// FileLog類(lèi)
13/// </summary>
14public class FileLog:Log
15{
16 public override void Write()
17{
18 Console.WriteLine("FileLog Write Success!");
19 }
20}
21EventLog eventlog = new EventLog();eventlog.Write();
這兩個(gè)工廠(chǎng)和具體的產(chǎn)品之間是平行的結構，并一一對應，并在它們的基礎上抽象出一個(gè)公用的接口，結構圖如下： 1/**//// <summary>
2/// EventFactory類(lèi)
3/// </summary>
4public class EventFactory
5{
6 public EventLog Create()
7{
8 return new EventLog();
9 }
10}
11/**//// <summary>
12/// FileFactory類(lèi)
13/// </summary>
14public class FileFactory
15{
16 public FileLog Create()
17{
18 return new FileLog();
19 }
20}
21
實(shí)現代碼如下：
此時(shí)兩個(gè)具體工廠(chǎng)的代碼應該如下：
這樣通過(guò)工廠(chǎng)方法模式我們把上面那對象創(chuàng )建工作封裝在了工廠(chǎng)中，此時(shí)我們似乎完成了整個(gè) 1/**//// <summary>
2/// EventFactory類(lèi)
3/// </summary>
4public class EventFactory:LogFactory
5{
6 public override EventLog Create()
7{
8 return new EventLog();
9 }
10}
11/**//// <summary>
12/// FileFactory類(lèi)
13/// </summary>
14public class FileFactory:LogFactory
15{
16 public override FileLog Create()
17{
18 return new FileLog();
19 }
20}
21
在客戶(hù)程序中，我們有效地避免了具體產(chǎn)品對象和應用程序之間的耦合，可是我們也看到，增加了具體工廠(chǎng)對象和應用程序之間的耦合。那這樣究竟帶來(lái)什么好處呢？我們知道，在應用程序中， 1/**//// <summary>
2/// App類(lèi)
3/// </summary>
4public class App
5{
6 public static void Main(string[] args)
7{
8 LogFactory factory = new EventFactory();
9
10 Log log = factory.Create();
11
12 log.Write();
13 }
14}
15
LogFactory factory = new EventFactory();
這句話(huà)放在一個(gè)類(lèi)模塊中，任何需要用到Log對象的地方仍然不變。要是換一種日志記錄方式，只要修改一處為：
LogFactory factory = new FileFactory();
其余的任何地方我們都不需要去修改。有人會(huì )說(shuō)那還是修改代碼，其實(shí)在開(kāi)發(fā)中我們很難避免修改，但是我們可以盡量做到只修改一處。
其實(shí)利用.NET的特性，我們可以避免這種不必要的修改。下面我們利用.NET中的反射機制來(lái)進(jìn)一步修改我們的程序，這時(shí)就要用到配置文件了，如果我們想使用哪一種日志記錄方式，則在相應的配置文件中設置如下： 此時(shí)客戶(hù)端代碼如下：1<appSettings>
2 <add key="factoryName" value="EventFactory"></add>
3</appSettings>
4
現在我們看到，在引進(jìn)新產(chǎn)品（日志記錄方式）的情況下，我們并不需要去修改工廠(chǎng)類(lèi)，而只是增加新的產(chǎn)品類(lèi)和新的工廠(chǎng)類(lèi)（注意：這是任何時(shí)候都不能避免的），這樣很好的符合了開(kāi)放封閉原則。 1/**//// <summary>
2/// App類(lèi)
3/// </summary>
4public class App
5{
6 public static void Main(string[] args)
7{
8 string strfactoryName = ConfigurationSettings.AppSettings["factoryName"];
9
10 LogFactory factory;
11 factory = (LogFactory)Assembly.Load("FactoryMethod").CreateInstance("FactoryMethod." + strfactoryName);
12
13 Log log = factory.Create();
14 log.Write();
15 }
16}
17
ASP.NET HTTP通道中的應用
Factory Method模式在ASP.NET HTTP通道中我們可以找到很多的例子。ASP.NET HTTP通道是System.Web命名空間下的一個(gè)類(lèi)，WEB Server使用該類(lèi)處理接收到的HTTP請求，并給客戶(hù)端發(fā)送響應。HTTP通道主要的工作有Session管理，應用程序池管理，緩存管理，安全等。
System.Web.HttpApplicationFactory
HttpRuntime是HTTP通道的入口點(diǎn)，它根據每一個(gè)具體的請求創(chuàng )建一個(gè)HttpContext實(shí)例， HttpRuntime并沒(méi)有確定它將要處理請求的HttpApplication對象的類(lèi)型，它調用了一個(gè)靜態(tài)的工廠(chǎng)方法HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance，通過(guò)它來(lái)創(chuàng )建HttpContext實(shí)例。GetApplicationInstance使用HttpContext實(shí)例來(lái)確定針對這個(gè)請求該響應哪個(gè)虛擬路徑，如果這個(gè)虛擬路徑以前請求過(guò)，HttpApplication（或者一個(gè)繼承于ASP.Global_asax的類(lèi)的實(shí)例）將直接從應用程序池中返回，否則針對該虛擬路徑將創(chuàng )建一個(gè)新的HttpApplication對象并返回。如下圖所示：
HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance帶有一個(gè)類(lèi)型為HttpContext的參數，創(chuàng )建的所有對象（產(chǎn)品）都是HttpApplication的類(lèi)型，通過(guò)反編譯，來(lái)看一下GetApplicationInstance的實(shí)現： 1System.Web.IHttpHandlerFactoryinternal static IHttpHandler GetApplicationInstance(HttpContext context)
2{
3 if (HttpApplicationFactory._customApplication != null)
4{
5 return HttpApplicationFactory._customApplication;
6 }
7 if (HttpDebugHandler.IsDebuggingRequest(context))
8{
9 return new HttpDebugHandler();
10 }
11 if (!HttpApplicationFactory._theApplicationFactory._inited)
12{
13 lock (HttpApplicationFactory._theApplicationFactory)
14{
15 if (!HttpApplicationFactory._theApplicationFactory._inited)
16{
17 HttpApplicationFactory._theApplicationFactory.Init(context);
18 HttpApplicationFactory._theApplicationFactory._inited = true;
19 }
20 }
21 }
22 return HttpApplicationFactory._theApplicationFactory.GetNormalApplicationInstance(context);
23}
24
我們來(lái)做進(jìn)一步的探索，HttpApplication實(shí)例需要一個(gè)Handler對象來(lái)處理資源請求， HttpApplication的主要任務(wù)就是找到真正處理請求的類(lèi)。HttpApplication首先確定了一個(gè)創(chuàng )建Handler對象的工廠(chǎng)，來(lái)看一下在Machine.config文件中的配置區<httphandlers>，在配置文件注冊了應用程序的具體處理類(lèi)。例如在Machine.config中對*.aspx的處理將映射到System.Web.UI.PageHandlerFactory 類(lèi)，而對*.ashx的處理將映射到System.Web.UI.SimpleHandlerFactory 類(lèi)，這兩個(gè)類(lèi)都是繼承于IhttpHandlerFactory接口的具體類(lèi)： 這個(gè)配置區建立了資源請求的類(lèi)型和處理請求的類(lèi)之間的一個(gè)映射集。如果一個(gè)<httpHandlers><add verb="*" path="*.aspx" type="System.Web.UI.PageHandlerFactory" /><add verb="*" path="*.ashx" type="System.Web.UI.SimpleHandlerFactory" /></httpHandlers>
IHttpHandlerFactory工廠(chǎng)：1IHttpHandlerFactory.GetHandler是一個(gè)工廠(chǎng)方法模式的典型例子，在這個(gè)應用中，各個(gè)角色的設置如下：public interface IHttpHandlerFactory
2{
3 // Methods
4 IHttpHandler GetHandler(HttpContext context, string requestType, string url, string pathTranslated);
5 void ReleaseHandler(IHttpHandler handler);
6}
7
抽象工廠(chǎng)角色：IHttpHandlerFactory
具體工廠(chǎng)角色：PageHandlerFactory
抽象產(chǎn)品角色：IHttpHandler
具體產(chǎn)品角色：ASP.SamplePage_aspx
進(jìn)一步去理解
理解上面所說(shuō)的之后，我們就可以去自定義工廠(chǎng)類(lèi)來(lái)對特定的資源類(lèi)型進(jìn)行處理。第一步我們需要創(chuàng )建兩個(gè)類(lèi)去分別實(shí)現IHttpHandlerFactory 和IHttpHandler這兩個(gè)接口。
第二步需要在配置文件中建立資源請求類(lèi)型和處理程序之間的映射。我們希望當請求的類(lèi)型為 最后一步我們需要把文件擴展 1public class HttpHandlerFactoryImpl:IHttpHandlerFactory {
2
3 IHttpHandler IHttpHandlerFactory.GetHandler(
4 HttpContext context, String requestType,
5 String url, String pathTranslated ) {
6
7 return new HttpHandlerImpl();
8
9 }//IHttpHandlerFactory.GetHandler
10
11 void IHttpHandlerFactory.ReleaseHandler(
12 IHttpHandler handler) { /**//*no-op*/ }
13
14}//HttpHandlerFactoryImpl
15
16public class HttpHandlerImpl:IHttpHandler {
17
18 void IHttpHandler.ProcessRequest(HttpContext context) {
19
20 context.Response.Write("sample handler invoked");
21
22 }//ProcessRequest
23
24 bool IHttpHandler.IsReusable { get { return false; } }
25
26}//HttpHandlerImpl
27<httpHandlers> <add verb="*" path="*.sample" type="HttpHandlerFactoryImpl,SampleHandler" /></httpHandlers>
運行Internet服務(wù)管理器，右鍵點(diǎn)擊默認Web站點(diǎn)，選擇屬性，移動(dòng)到主目錄選項頁(yè)，并點(diǎn)擊配置按鈕。應用程序配置對話(huà)框彈出來(lái)了。點(diǎn)擊添加按鈕并在可執行字段輸入aspnet_isapi.dll文件路徑，在擴展字段輸入.sample。其它字段不用處理；該對話(huà)框如下所示：
在.NET Framework中，關(guān)于工廠(chǎng)模式的使用有很多的例子，例如IEnumerable和IEnumerator就是一個(gè)Creator和一個(gè)Product；System.Security.Cryptography中關(guān)于加密算法的選擇，SymmetricAlgorithm, AsymmetricAlgorithm, 和HashAlgorithm分別是三個(gè)工廠(chǎng)，他們各有一個(gè)靜態(tài)的工廠(chǎng)方法Create；System.Net.WebRequest是 .NET Framework 的用于訪(fǎng)問(wèn) Internet 數據的請求/響應模型的抽象基類(lèi)。使用該請求/響應模型的應用程序可以用協(xié)議不可知的方式從 Internet 請求數據。在這種方式下，應用程序處理 WebRequest 類(lèi)的實(shí)例，而協(xié)議特定的子類(lèi)則執行請求的具體細節。請求從應用程序發(fā)送到某個(gè)特定的 URI，如服務(wù)器上的 Web 頁(yè)。URI 從一個(gè)為應用程序注冊的 WebRequest 子代列表中確定要創(chuàng )建的適當子類(lèi)。注冊 WebRequest 子代通常是為了處理某個(gè)特定的協(xié)議（如 HTTP 或 FTP），但是也可以注冊它以處理對特定服務(wù)器或服務(wù)器上的路徑的請求。有時(shí)間我會(huì )就.NET Framework中工廠(chǎng)模式的使用作一個(gè)專(zhuān)題總結。
實(shí)現要點(diǎn)
1． Factory Method模式的兩種情況：一是Creator類(lèi)是一個(gè)抽象類(lèi)且它不提供它所聲明的工廠(chǎng)方法的實(shí)現；二是Creator是一個(gè)具體的類(lèi)且它提供一個(gè)工廠(chǎng)方法的缺省實(shí)現。
2． 工廠(chǎng)方法是可以帶參數的。
3． 工廠(chǎng)的作用并不僅僅只是創(chuàng )建一個(gè)對象，它還可以做對象的初始化，參數的設置等。
效果
1． 用工廠(chǎng)方法在一個(gè)類(lèi)的內部創(chuàng )建對象通常比直接創(chuàng )建對象更靈活。
2． Factory Method模式通過(guò)面向對象的手法，將所要創(chuàng )建的具體對象的創(chuàng )建工作延遲到了子類(lèi)，從而提供了一種擴展的策略，較好的解決了這種緊耦合的關(guān)系。
適用性
在以下情況下，適用于工廠(chǎng)方法模式：
1. 當一個(gè)類(lèi)不知道它所必須創(chuàng )建的對象的類(lèi)的時(shí)候。
2. 當一個(gè)類(lèi)希望由它的子類(lèi)來(lái)指定它所創(chuàng )建的對象的時(shí)候。
3. 當類(lèi)將創(chuàng )建對象的職責委托給多個(gè)幫助子類(lèi)中的某一個(gè)，并且你希望將哪一個(gè)幫助子類(lèi)是代理者這一信息局部化的時(shí)候。
總結
Factory Method模式是設計模式中應用最為廣泛的模式，通過(guò)本文，相信讀者已經(jīng)對它有了一定的認識。然而我們要明確的是：在面向對象的編程中，對象的創(chuàng )建工作非常簡(jiǎn)單，對象的創(chuàng )建時(shí)機卻很重要。Factory Method要解決的就是對象的創(chuàng )建時(shí)機問(wèn)題，它提供了一種擴展的策略，很好地符合了開(kāi)放封閉原則。__________________________________________________________________________________
參考文獻：
《設計模式》（中文版）
MSDN：《Exploring the Factory Design Pattern》
《DesignPatternsExplained》
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