重學 Java 設計模式：實戰工廠方法模式

作者：小傅哥
部落格：https://bugstack.cn

沉澱、分享、成長，讓自己和他人都能有所收穫！?

一、前言

好看的程式碼千篇一律，噁心的程式升職加薪。

該說不說幾乎是程式設計師就都知道或者瞭解設計模式，但大部分小夥伴寫程式碼總是習慣於一把梭。無論多少業務邏輯就一個類幾千行，這樣的開發也可以歸納為三步；定義屬性、建立方法、呼叫展示，Done！只不過開發一時爽，重構火葬場。

好的程式碼不只為了完成現有功能，也會考慮後續擴充套件。在結構設計上鬆耦合易讀易擴充套件，在領域實現上高內聚不對外暴漏實現細節不被外部干擾。而這就有點像家裡三居(MVC)室、四居(DDD)室的裝修，你不會允許幾十萬的房子把走線水管裸漏在外面，也不會允許把馬桶放到廚房，爐灶安裝到衛生間。

誰發明了設計模式？ 設計模式的概念最早是由 克里斯托佛·亞歷山大 在其著作 《建築模式語言》 中首次提出的。本書介紹了城市設計的 “語言”，提供了253個描述城鎮、鄰里、住宅、花園、房間及西部構造的模式，而此類 “語言” 的基本單元就是模式。後來，埃裡希·伽瑪、 約翰·弗利賽德斯、 拉爾夫·約翰遜 和 理查德·赫爾姆 這四位作者接受了模式的概念。 1994 年，他們出版了 《設計模式：可複用物件導向軟體的基礎》 一書，將設計模式的概念應用到程式開發領域中。

其實有一部分人並沒有仔細閱讀過設計模式的相關書籍和資料，但依舊可以編寫出優秀的程式碼。這主要是由於在經過眾多專案的錘鍊和對程式設計的不斷追求，從而在多年程式設計歷程上提煉出來的心得體會。而這份經驗最終會與設計模式提到的內容幾乎一致，同樣會要求高內聚、低耦合、可擴充套件、可複用。你可能也遇到類似的經歷，在學習一些框架的原始碼時，發現它裡的某些設計和你在做開發時一樣。

我怎麼學不會設計模式？ 錢也花了，書也買了。程式碼還是一坨一坨的！設計模式是由多年的經驗提煉出來開發指導思想。就像我告訴你自行車怎麼騎、汽車怎麼開，但只要你沒跑過幾千公里，你能記住的只是理論，想上道依舊很慌！

所以，本設計模式專題系列開始，會帶著你使用設計模式的思想去優化程式碼。從而學習設計模式的心得並融入給自己。當然這裡還需要多加練習，一定是人車合一，才能站在設計模式的基礎上構建出更加合理的程式碼。

二、開發環境

JDK 1.8
Idea + Maven

涉及工程三個，可以通過關注公眾號：bugstack蟲洞棧，回覆原始碼下載獲取。你會獲得一個連線開啟後的列表中編號18：itstack-demo-design

工程	描述
itstack-demo-design-1-00	場景模擬工程，用於提供三組不同獎品的發放介面
itstack-demo-design-1-01	使用一坨程式碼實現業務需求，也是對ifelse的使用
itstack-demo-design-1-02	通過設計模式優化改造程式碼，產生對比性從而學習

1-00，1 代表著第一個設計模式，工廠方法模式
1-00，00 代表模擬的場景
1-01，01 代表第一種實現方案，後續 02 03 以此類推

二、工廠方法模式介紹

工廠方法模式，圖片來自 refactoringguru.cn

工廠方法模式，圖片來自 refactoringguru.cn

工廠模式又稱工廠方法模式，是一種建立型設計模式，其在父類中提供一個建立物件的方法，允許子類決定例項化物件的型別。

這種設計模式也是 Java 開發中最常見的一種模式，它的主要意圖是定義一個建立物件的介面，讓其子類自己決定例項化哪一個工廠類，工廠模式使其建立過程延遲到子類進行。

簡單說就是為了提供程式碼結構的擴充套件性，遮蔽每一個功能類中的具體實現邏輯。讓外部可以更加簡單的只是知道呼叫即可，同時，這也是去掉眾多ifeslse的方式。當然這可能也有一些缺點，比如需要實現的類非常多，如何去維護，怎樣減低開發成本。但這些問題都可以在後續的設計模式結合使用中，逐步降低。

三、模擬發獎多種商品

模擬發獎多種商品，bugstack蟲洞棧

為了可以讓整個學習的案例更加貼近實際開發，這裡模擬網際網路中在營銷場景下的業務。由於營銷場景的複雜、多變、臨時的特性，它所需要的設計需要更加深入，否則會經常面臨各種緊急CRUD操作，從而讓程式碼結構混亂不堪，難以維護。

在營銷場景中經常會有某個使用者做了一些操作；打卡、分享、留言、邀請註冊等等，進行返利積分，最後通過積分在兌換商品，從而促活和拉新。

那麼在這裡我們模擬積分兌換中的發放多種型別商品，假如現在我們有如下三種型別的商品介面；

序號	型別	介面
1	優惠券	`CouponResult sendCoupon(String uId, String couponNumber, String uuid)`
2	實物商品	`Boolean deliverGoods(DeliverReq req)`
3	第三方愛奇藝兌換卡	`void grantToken(String bindMobileNumber, String cardId)`

從以上介面來看有如下資訊：

三個介面返回型別不同，有物件型別、布林型別、還有一個空型別。
入參不同，發放優惠券需要仿重、兌換卡需要卡ID、實物商品需要發貨位置(物件中含有)。
另外可能會隨著後續的業務的發展，會新增其他種商品型別。因為你所有的開發需求都是隨著業務對市場的擴充而帶來的。

四、用一坨坨程式碼實現

如果不考慮任何擴充套件性，只為了儘快滿足需求，那麼對這麼幾種獎勵發放只需使用ifelse語句判斷，呼叫不同的介面即可滿足需求。可能這也是一些剛入門程式設計的小夥伴，常用的方式。接下來我們就先按照這樣的方式來實現業務的需求。

1. 工程結構

itstack-demo-design-1-01
└── src
    ├── main
    │   └── java
    │       └── org.itstack.demo.design
    │           ├── AwardReq.java
    │           ├── AwardRes.java
    │           └── PrizeController.java 
    └── test
         └── java
             └── org.itstack.demo.design.test
                 └── ApiTest.java

工程結構上非常簡單，一個入參物件 AwardReq 、一個出參物件 AwardRes，以及一個介面類 PrizeController

2. ifelse實現需求

public class PrizeController {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(PrizeController.class);

    public AwardRes awardToUser(AwardReq req) {
        String reqJson = JSON.toJSONString(req);
        AwardRes awardRes = null;
        try {
            logger.info("獎品發放開始{}。req:{}", req.getuId(), reqJson);
            // 按照不同型別方法商品[1優惠券、2實物商品、3第三方兌換卡(愛奇藝)]
            if (req.getAwardType() == 1) {
                CouponService couponService = new CouponService();
                CouponResult couponResult = couponService.sendCoupon(req.getuId(), req.getAwardNumber(), req.getBizId());
                if ("0000".equals(couponResult.getCode())) {
                    awardRes = new AwardRes("0000", "發放成功");
                } else {
                    awardRes = new AwardRes("0001", couponResult.getInfo());
                }
            } else if (req.getAwardType() == 2) {
                GoodsService goodsService = new GoodsService();
                DeliverReq deliverReq = new DeliverReq();
                deliverReq.setUserName(queryUserName(req.getuId()));
                deliverReq.setUserPhone(queryUserPhoneNumber(req.getuId()));
                deliverReq.setSku(req.getAwardNumber());
                deliverReq.setOrderId(req.getBizId());
                deliverReq.setConsigneeUserName(req.getExtMap().get("consigneeUserName"));
                deliverReq.setConsigneeUserPhone(req.getExtMap().get("consigneeUserPhone"));
                deliverReq.setConsigneeUserAddress(req.getExtMap().get("consigneeUserAddress"));
                Boolean isSuccess = goodsService.deliverGoods(deliverReq);
                if (isSuccess) {
                    awardRes = new AwardRes("0000", "發放成功");
                } else {
                    awardRes = new AwardRes("0001", "發放失敗");
                }
            } else if (req.getAwardType() == 3) {
                String bindMobileNumber = queryUserPhoneNumber(req.getuId());
                IQiYiCardService iQiYiCardService = new IQiYiCardService();
                iQiYiCardService.grantToken(bindMobileNumber, req.getAwardNumber());
                awardRes = new AwardRes("0000", "發放成功");
            }
            logger.info("獎品發放完成{}。", req.getuId());
        } catch (Exception e) {
            logger.error("獎品發放失敗{}。req:{}", req.getuId(), reqJson, e);
            awardRes = new AwardRes("0001", e.getMessage());
        }

        return awardRes;
    }

    private String queryUserName(String uId) {
        return "花花";
    }

    private String queryUserPhoneNumber(String uId) {
        return "15200101232";
    }

}

如上就是使用 ifelse 非常直接的實現出來業務需求的一坨程式碼，如果僅從業務角度看，研發如期甚至提前實現了功能。
那這樣的程式碼目前來看並不會有什麼問題，但如果在經過幾次的迭代和擴充，接手這段程式碼的研發將十分痛苦。重構成本高需要理清之前每一個介面的使用，測試迴歸驗證時間長，需要全部驗證一次。這也就是很多人並不願意接手別人的程式碼，如果接手了又被壓榨開發時間。那麼可想而知這樣的 ifelse 還會繼續增加。

3. 測試驗證

寫一個單元測試來驗證上面編寫的介面方式，養成單元測試的好習慣會為你增強程式碼質量。

編寫測試類：

@Test
public void test_awardToUser() {
    PrizeController prizeController = new PrizeController();
    System.out.println("\r\n模擬發放優惠券測試\r\n");
    // 模擬發放優惠券測試
    AwardReq req01 = new AwardReq();
    req01.setuId("10001");
    req01.setAwardType(1);
    req01.setAwardNumber("EGM1023938910232121323432");
    req01.setBizId("791098764902132");
    AwardRes awardRes01 = prizeController.awardToUser(req01);
    logger.info("請求引數：{}", JSON.toJSON(req01));
    logger.info("測試結果：{}", JSON.toJSON(awardRes01));
    System.out.println("\r\n模擬方法實物商品\r\n");
    // 模擬方法實物商品
    AwardReq req02 = new AwardReq();
    req02.setuId("10001");
    req02.setAwardType(2);
    req02.setAwardNumber("9820198721311");
    req02.setBizId("1023000020112221113");
    Map<String,String> extMap = new HashMap<String,String>();
    extMap.put("consigneeUserName", "謝飛機");
    extMap.put("consigneeUserPhone", "15200292123");
    extMap.put("consigneeUserAddress", "吉林省.長春市.雙陽區.XX街道.檀溪苑小區.#18-2109");
    req02.setExtMap(extMap);

    commodityService_2.sendCommodity("10001","9820198721311","1023000020112221113", extMap);

    AwardRes awardRes02 = prizeController.awardToUser(req02);
    logger.info("請求引數：{}", JSON.toJSON(req02));
    logger.info("測試結果：{}", JSON.toJSON(awardRes02));
    System.out.println("\r\n第三方兌換卡(愛奇藝)\r\n");
    AwardReq req03 = new AwardReq();
    req03.setuId("10001");
    req03.setAwardType(3);
    req03.setAwardNumber("AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio");
    AwardRes awardRes03 = prizeController.awardToUser(req03);
    logger.info("請求引數：{}", JSON.toJSON(req03));
    logger.info("測試結果：{}", JSON.toJSON(awardRes03));
}

結果：

模擬發放優惠券測試

22:17:55.668 [main] INFO  o.i.demo.design.PrizeController - 獎品發放開始10001。req:{"awardNumber":"EGM1023938910232121323432","awardType":1,"bizId":"791098764902132","uId":"10001"}
模擬發放優惠券一張：10001,EGM1023938910232121323432,791098764902132
22:17:55.671 [main] INFO  o.i.demo.design.PrizeController - 獎品發放完成10001。
22:17:55.673 [main] INFO  org.itstack.demo.test.ApiTest - 請求引數：{"uId":"10001","bizId":"791098764902132","awardNumber":"EGM1023938910232121323432","awardType":1}
22:17:55.674 [main] INFO  org.itstack.demo.test.ApiTest - 測試結果：{"code":"0000","info":"發放成功"}

模擬方法實物商品

22:17:55.675 [main] INFO  o.i.demo.design.PrizeController - 獎品發放開始10001。req:{"awardNumber":"9820198721311","awardType":2,"bizId":"1023000020112221113","extMap":{"consigneeUserName":"謝飛機","consigneeUserPhone":"15200292123","consigneeUserAddress":"吉林省.長春市.雙陽區.XX街道.檀溪苑小區.#18-2109"},"uId":"10001"}
模擬發貨實物商品一個：{"consigneeUserAddress":"吉林省.長春市.雙陽區.XX街道.檀溪苑小區.#18-2109","consigneeUserName":"謝飛機","consigneeUserPhone":"15200292123","orderId":"1023000020112221113","sku":"9820198721311","userName":"花花","userPhone":"15200101232"}
22:17:55.677 [main] INFO  o.i.demo.design.PrizeController - 獎品發放完成10001。
22:17:55.677 [main] INFO  org.itstack.demo.test.ApiTest - 請求引數：{"extMap":{"consigneeUserName":"謝飛機","consigneeUserAddress":"吉林省.長春市.雙陽區.XX街道.檀溪苑小區.#18-2109","consigneeUserPhone":"15200292123"},"uId":"10001","bizId":"1023000020112221113","awardNumber":"9820198721311","awardType":2}
22:17:55.677 [main] INFO  org.itstack.demo.test.ApiTest - 測試結果：{"code":"0000","info":"發放成功"}

第三方兌換卡(愛奇藝)

22:17:55.678 [main] INFO  o.i.demo.design.PrizeController - 獎品發放開始10001。req:{"awardNumber":"AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio","awardType":3,"uId":"10001"}
模擬發放愛奇藝會員卡一張：15200101232，AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio
22:17:55.678 [main] INFO  o.i.demo.design.PrizeController - 獎品發放完成10001。
22:17:55.678 [main] INFO  org.itstack.demo.test.ApiTest - 請求引數：{"uId":"10001","awardNumber":"AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio","awardType":3}
22:17:55.678 [main] INFO  org.itstack.demo.test.ApiTest - 測試結果：{"code":"0000","info":"發放成功"}

Process finished with exit code 0

執行結果正常，滿足當前所有業務產品需求，寫的還很快。但！實在難以為維護！

五、工廠模式優化程式碼

接下來使用工廠方法模式來進行程式碼優化，也算是一次很小的重構。整理重構會你會發現程式碼結構清晰了、也具備了下次新增業務需求的擴充套件性。但在實際使用中還會對此進行完善，目前的只是抽離出最核心的部分體現到你面前，方便學習。

1. 工程結構

itstack-demo-design-1-02
└── src
    ├── main
    │   └── java
    │       └── org.itstack.demo.design
    │           ├── store    
    │           │   ├── impl
    │           │   │   ├── CardCommodityService.java
    │           │   │   ├── CouponCommodityService.java 
    │           │   │   └── GoodsCommodityService.java  
    │           │   └── ICommodity.java
    │           └── StoreFactory.java 
    └── test
         └── java
             └── org.itstack.demo.design.test
                 └── ApiTest.java

首先，從上面的工程結構中你是否一些感覺，比如；它看上去清晰了、這樣分層可以更好擴充套件了、似乎可以想象到每一個類做了什麼。
如果還不能理解為什麼這樣修改，也沒有關係。因為你是在通過這樣的文章，來學習設計模式的魅力。並且再獲取原始碼後，進行實際操作幾次也就慢慢掌握了工廠模式的技巧。

2. 程式碼實現

2.1 定義發獎介面

public interface ICommodity {

    void sendCommodity(String uId, String commodityId, String bizId, Map<String, String> extMap) throws Exception;

}

所有的獎品無論是實物、虛擬還是第三方，都需要通過我們的程式實現此介面進行處理，以保證最終入參出參的統一性。
介面的入參包括；使用者ID、獎品ID、業務ID以及擴充套件欄位用於處理髮放實物商品時的收穫地址。

2.2 實現獎品發放介面

優惠券

public class CouponCommodityService implements ICommodity {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CouponCommodityService.class);

    private CouponService couponService = new CouponService();

    public void sendCommodity(String uId, String commodityId, String bizId, Map<String, String> extMap) throws Exception {
        CouponResult couponResult = couponService.sendCoupon(uId, commodityId, bizId);
        logger.info("請求引數[優惠券] => uId：{} commodityId：{} bizId：{} extMap：{}", uId, commodityId, bizId, JSON.toJSON(extMap));
        logger.info("測試結果[優惠券]：{}", JSON.toJSON(couponResult));
        if (!"0000".equals(couponResult.getCode())) throw new RuntimeException(couponResult.getInfo());
    }

}

實物商品

public class GoodsCommodityService implements ICommodity {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(GoodsCommodityService.class);

    private GoodsService goodsService = new GoodsService();

    public void sendCommodity(String uId, String commodityId, String bizId, Map<String, String> extMap) throws Exception {
        DeliverReq deliverReq = new DeliverReq();
        deliverReq.setUserName(queryUserName(uId));
        deliverReq.setUserPhone(queryUserPhoneNumber(uId));
        deliverReq.setSku(commodityId);
        deliverReq.setOrderId(bizId);
        deliverReq.setConsigneeUserName(extMap.get("consigneeUserName"));
        deliverReq.setConsigneeUserPhone(extMap.get("consigneeUserPhone"));
        deliverReq.setConsigneeUserAddress(extMap.get("consigneeUserAddress"));

        Boolean isSuccess = goodsService.deliverGoods(deliverReq);

        logger.info("請求引數[優惠券] => uId：{} commodityId：{} bizId：{} extMap：{}", uId, commodityId, bizId, JSON.toJSON(extMap));
        logger.info("測試結果[優惠券]：{}", isSuccess);

        if (!isSuccess) throw new RuntimeException("實物商品發放失敗");
    }

    private String queryUserName(String uId) {
        return "花花";
    }

    private String queryUserPhoneNumber(String uId) {
        return "15200101232";
    }

}

第三方兌換卡

public class CardCommodityService implements ICommodity {

    private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CardCommodityService.class);

    // 模擬注入
    private IQiYiCardService iQiYiCardService = new IQiYiCardService();

    public void sendCommodity(String uId, String commodityId, String bizId, Map<String, String> extMap) throws Exception {
        String mobile = queryUserMobile(uId);
        iQiYiCardService.grantToken(mobile, bizId);
        logger.info("請求引數[愛奇藝兌換卡] => uId：{} commodityId：{} bizId：{} extMap：{}", uId, commodityId, bizId, JSON.toJSON(extMap));
        logger.info("測試結果[愛奇藝兌換卡]：success");
    }

    private String queryUserMobile(String uId) {
        return "15200101232";
    }

}

從上面可以看到每一種獎品的實現都包括在自己的類中，新增、修改或者刪除都不會影響其他獎品功能的測試，降低迴歸測試的可能。
後續在新增的獎品只需要按照此結構進行填充即可，非常易於維護和擴充套件。
在統一了入參以及出參後，呼叫方不在需要關心獎品發放的內部邏輯，按照統一的方式即可處理。

2.3 建立商店工廠

public class StoreFactory {

    public ICommodity getCommodityService(Integer commodityType) {
        if (null == commodityType) return null;
        if (1 == commodityType) return new CouponCommodityService();
        if (2 == commodityType) return new GoodsCommodityService();
        if (3 == commodityType) return new CardCommodityService();
        throw new RuntimeException("不存在的商品服務型別");
    }

}

這裡我們定義了一個商店的工廠類，在裡面按照型別實現各種商品的服務。可以非常乾淨整潔的處理你的程式碼，後續新增的商品在這裡擴充套件即可。如果你不喜歡if判斷，也可以使用switch或者map配置結構，會讓程式碼更加乾淨。
另外很多程式碼檢查軟體和編碼要求，不喜歡if語句後面不寫擴充套件，這裡是為了更加乾淨的向你體現邏輯。在實際的業務編碼中可以新增括號。

3. 測試驗證

編寫測試類：

@Test
public void test_commodity() throws Exception {
    StoreFactory storeFactory = new StoreFactory();
    // 1. 優惠券
    ICommodity commodityService_1 = storeFactory.getCommodityService(1);
    commodityService_1.sendCommodity("10001", "EGM1023938910232121323432", "791098764902132", null);
    // 2. 實物商品
    ICommodity commodityService_2 = storeFactory.getCommodityService(2);
    
    Map<String,String> extMap = new HashMap<String,String>();
    extMap.put("consigneeUserName", "謝飛機");
    extMap.put("consigneeUserPhone", "15200292123");
    extMap.put("consigneeUserAddress", "吉林省.長春市.雙陽區.XX街道.檀溪苑小區.#18-2109");

    commodityService_2.sendCommodity("10001","9820198721311","1023000020112221113", extMap);
    // 3. 第三方兌換卡(愛奇藝)
    ICommodity commodityService_3 = storeFactory.getCommodityService(3);
    commodityService_3.sendCommodity("10001","AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio",null,null);
}

結果：

模擬發放優惠券一張：10001,EGM1023938910232121323432,791098764902132
22:48:10.922 [main] INFO  o.i.d.d.s.i.CouponCommodityService - 請求引數[優惠券] => uId：10001 commodityId：EGM1023938910232121323432 bizId：791098764902132 extMap：null
22:48:10.957 [main] INFO  o.i.d.d.s.i.CouponCommodityService - 測試結果[優惠券]：{"code":"0000","info":"發放成功"}
模擬發貨實物商品一個：{"consigneeUserAddress":"吉林省.長春市.雙陽區.XX街道.檀溪苑小區.#18-2109","consigneeUserName":"謝飛機","consigneeUserPhone":"15200292123","orderId":"1023000020112221113","sku":"9820198721311","userName":"花花","userPhone":"15200101232"}
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Process finished with exit code 0

執行結果正常，既滿足了業務產品需求，也滿足了自己對程式碼的追求。這樣的程式碼部署上線執行，內心不會恐慌，不會覺得半夜會有電話。
另外從執行測試結果上也可以看出來，在進行封裝後可以非常清晰的看到一整套發放獎品服務的完整性，統一了入參、統一了結果。

六、總結

從上到下的優化來看，工廠方法模式並不複雜，甚至這樣的開發結構在你有所理解後，會發現更加簡單了。
那麼這樣的開發的好處知道後，也可以總結出來它的優點；避免建立者與具體的產品邏輯耦合、滿足單一職責，每一個業務邏輯實現都在所屬自己的類中完成、滿足開閉原則，無需更改使用呼叫方就可以在程式中引入新的產品型別。但這樣也會帶來一些問題，比如有非常多的獎品型別，那麼實現的子類會極速擴張。因此也需要使用其他的模式進行優化，這些在後續的設計模式中會逐步涉及到。
從案例入手看設計模式往往要比看理論學的更加容易，因為案例是縮短理論到上手的最佳方式，如果你已經有所收穫，一定要去嘗試實操。

七、往期推薦

八、彩蛋

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<br/>本程式碼庫是作者小傅哥多年從事一線網際網路 Java 開發的學習歷程技術彙總，旨在為大家提供一個清晰詳細的學習教程，側重點更傾向編寫Java核心內容。如果本倉庫能為您提供幫助，請給予支援(關注、點贊、分享)！

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重學 Java 設計模式：實戰工廠方法模式

一、前言

二、開發環境

二、工廠方法模式介紹

三、模擬發獎多種商品

四、用一坨坨程式碼實現

1. 工程結構

2. ifelse實現需求

3. 測試驗證

五、工廠模式優化程式碼

1. 工程結構

2. 程式碼實現

2.1 定義發獎介面

2.2 實現獎品發放介面

2.3 建立商店工廠

3. 測試驗證

六、總結

七、往期推薦

八、彩蛋

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