重学 Java 设计模式：实战工厂方法模式
作者：小傅哥
博客： https://bugstack.cn
沉淀、分享、成长，让自己和他人都能有所收获！:smile:
一、前言
好看的代码千篇一律，恶心的程序升职加薪。
该说不说几乎是程序员就都知道或者了解设计模式，但大部分小伙伴写代码总是习惯于一把梭。无论多少业务逻辑就一个类几千行，这样的开发也可以归纳为三步；定义属性、创建方法、调用展示，Done！只不过开发一时爽，重构火葬场。
好的代码不只为了完成现有功能，也会考虑后续扩展。在结构设计上松耦合易读易扩展，在领域实现上高内聚不对外暴漏实现细节不被外部干扰。而这就有点像家里三居(MVC)室、四居(DDD)室的装修，你不会允许几十万的房子把走线水管裸漏在外面，也不会允许把马桶放到厨房，炉灶安装到卫生间。
谁发明了设计模式？设计模式的概念最早是由 克里斯托佛·亚历山大 在其著作 《建筑模式语言》 中首次提出的。 本书介绍了城市设计的 “语言”，提供了253个描述城镇、邻里、住宅、花园、房间及西部构造的模式， 而此类 “语言” 的基本单元就是模式。后来， 埃里希·伽玛 、 约翰·弗利赛德斯 、 拉尔夫·约翰逊 和 理查德·赫尔姆 这四位作者接受了模式的概念。 1994 年， 他们出版了 《设计模式： 可复用面向对象软件的基础》 一书， 将设计模式的概念应用到程序开发领域中。
其实有一部分人并没有仔细阅读过设计模式的相关书籍和资料，但依旧可以编写出优秀的代码。这主要是由于在经过众多项目的锤炼和对程序设计的不断追求，从而在多年编程历程上提炼出来的心得体会。而这份经验最终会与设计模式提到的内容几乎一致，同样会要求高内聚、低耦合、可扩展、可复用。你可能也遇到类似的经历，在学习一些框架的源码时，发现它里的某些设计和你在做开发时一样。
我怎么学不会设计模式？钱也花了，书也买了。代码还是一坨一坨的！设计模式是由多年的经验提炼出来开发指导思想。就像我告诉你自行车怎么骑、汽车怎么开，但只要你没跑过几千公里，你能记住的只是理论，想上道依旧很慌！
所以，本设计模式专题系列开始，会带着你使用设计模式的思想去优化代码。从而学习设计模式的心得并融入给自己。当然这里还需要多加练习，一定是 人车合一 ，才能站在设计模式的基础上构建出更加合理的代码。
二、开发环境
- JDK 1.8
- Idea + Maven
-
涉及工程三个，可以通过关注 公众号 ：
bugstack虫洞栈，回复源码下载获取。 你会获得一个连接打开后的列表中编号18：itstack-demo-design工程 描述 itstack-demo-design-1-00 场景模拟工程，用于提供三组不同奖品的发放接口 itstack-demo-design-1-01 使用一坨代码实现业务需求，也是对ifelse的使用 itstack-demo-design-1-02 通过设计模式优化改造代码，产生对比性从而学习 - 1-00，1 代表着第一个设计模式，工厂方法模式
- 1-00，00 代表模拟的场景
- 1-01，01 代表第一种实现方案，后续 02 03 以此类推
二、工厂方法模式介绍
- 工厂方法模式，图片来自 refactoringguru.cn
工厂模式又称工厂方法模式，是一种创建型设计模式，其在父类中提供一个创建对象的方法， 允许子类决定实例化对象的类型。
这种设计模式也是 Java 开发中最常见的一种模式，它的主要意图是定义一个创建对象的接口，让其子类自己决定实例化哪一个工厂类，工厂模式使其创建过程延迟到子类进行。
简单说就是为了提供代码结构的扩展性，屏蔽每一个功能类中的具体实现逻辑。让外部可以更加简单的只是知道调用即可，同时，这也是去掉众多 ifeslse 的方式。当然这可能也有一些缺点，比如需要实现的类非常多，如何去维护，怎样减低开发成本。但这些问题都可以在后续的设计模式结合使用中，逐步降低。
三、模拟发奖多种商品
为了可以让整个学习的案例更加贴近实际开发，这里模拟互联网中在营销场景下的业务。由于营销场景的复杂、多变、临时的特性，它所需要的设计需要更加深入，否则会经常面临各种紧急CRUD操作，从而让代码结构混乱不堪，难以维护。
在营销场景中经常会有某个用户做了一些操作；打卡、分享、留言、邀请注册等等，进行返利积分，最后通过积分在兑换商品，从而促活和拉新。
那么在这里我们模拟积分兑换中的发放多种类型商品，假如现在我们有如下三种类型的商品接口；
| 序号 | 类型 | 接口 |
|---|---|---|
| 1 | 优惠券 | CouponResult sendCoupon(String uId, String couponNumber, String uuid) |
| 2 | 实物商品 | Boolean deliverGoods(DeliverReq req) |
| 3 | 第三方爱奇艺兑换卡 | void grantToken(String bindMobileNumber, String cardId) |
从以上接口来看有如下信息：
- 三个接口返回类型不同，有对象类型、布尔类型、还有一个空类型。
- 入参不同，发放优惠券需要仿重、兑换卡需要卡ID、实物商品需要发货位置(对象中含有)。
- 另外可能会随着后续的业务的发展，会新增其他种商品类型。因为你所有的开发需求都是随着业务对市场的拓展而带来的。
四、用一坨坨代码实现
如果不考虑任何扩展性，只为了尽快满足需求，那么对这么几种奖励发放只需使用ifelse语句判断，调用不同的接口即可满足需求。可能这也是一些刚入门编程的小伙伴，常用的方式。接下来我们就先按照这样的方式来实现业务的需求。
1. 工程结构
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
- 工程结构上非常简单，一个入参对象
AwardReq、一个出参对象AwardRes，以及一个接口类PrizeController
2. ifelse实现需求
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("奖品发放开始{}。req:{}", req.getuId(), reqJson);
// 按照不同类型方法商品[1优惠券、2实物商品、3第三方兑换卡(爱奇艺)]
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", "发放成功");
} 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", "发放成功");
} else {
awardRes = new AwardRes("0001", "发放失败");
}
} else if (req.getAwardType() == 3) {
String bindMobileNumber = queryUserPhoneNumber(req.getuId());
IQiYiCardService iQiYiCardService = new IQiYiCardService();
iQiYiCardService.grantToken(bindMobileNumber, req.getAwardNumber());
awardRes = new AwardRes("0000", "发放成功");
}
logger.info("奖品发放完成{}。", req.getuId());
} catch (Exception e) {
logger.error("奖品发放失败{}。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";
}
}
ifelse ifelse
3. 测试验证
写一个单元测试来验证上面编写的接口方式，养成单元测试的好习惯会为你增强代码质量。
编写测试类：
@Test
public void test_awardToUser() {
PrizeController prizeController = new PrizeController();
System.out.println("/r/n模拟发放优惠券测试/r/n");
// 模拟发放优惠券测试
AwardReq req01 = new AwardReq();
req01.setuId("10001");
req01.setAwardType(1);
req01.setAwardNumber("EGM1023938910232121323432");
req01.setBizId("791098764902132");
AwardRes awardRes01 = prizeController.awardToUser(req01);
logger.info("请求参数：{}", JSON.toJSON(req01));
logger.info("测试结果：{}", JSON.toJSON(awardRes01));
System.out.println("/r/n模拟方法实物商品/r/n");
// 模拟方法实物商品
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", "谢飞机");
extMap.put("consigneeUserPhone", "15200292123");
extMap.put("consigneeUserAddress", "吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109");
req02.setExtMap(extMap);
commodityService_2.sendCommodity("10001","9820198721311","1023000020112221113", extMap);
AwardRes awardRes02 = prizeController.awardToUser(req02);
logger.info("请求参数：{}", JSON.toJSON(req02));
logger.info("测试结果：{}", JSON.toJSON(awardRes02));
System.out.println("/r/n第三方兑换卡(爱奇艺)/r/n");
AwardReq req03 = new AwardReq();
req03.setuId("10001");
req03.setAwardType(3);
req03.setAwardNumber("AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio");
AwardRes awardRes03 = prizeController.awardToUser(req03);
logger.info("请求参数：{}", JSON.toJSON(req03));
logger.info("测试结果：{}", JSON.toJSON(awardRes03));
}
结果：
模拟发放优惠券测试
22:17:55.668 [main] INFO o.i.demo.design.PrizeController - 奖品发放开始10001。req:{"awardNumber":"EGM1023938910232121323432","awardType":1,"bizId":"791098764902132","uId":"10001"}
模拟发放优惠券一张：10001,EGM1023938910232121323432,791098764902132
22:17:55.671 [main] INFO o.i.demo.design.PrizeController - 奖品发放完成10001。
22:17:55.673 [main] INFO org.itstack.demo.test.ApiTest - 请求参数：{"uId":"10001","bizId":"791098764902132","awardNumber":"EGM1023938910232121323432","awardType":1}
22:17:55.674 [main] INFO org.itstack.demo.test.ApiTest - 测试结果：{"code":"0000","info":"发放成功"}
模拟方法实物商品
22:17:55.675 [main] INFO o.i.demo.design.PrizeController - 奖品发放开始10001。req:{"awardNumber":"9820198721311","awardType":2,"bizId":"1023000020112221113","extMap":{"consigneeUserName":"谢飞机","consigneeUserPhone":"15200292123","consigneeUserAddress":"吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109"},"uId":"10001"}
模拟发货实物商品一个：{"consigneeUserAddress":"吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109","consigneeUserName":"谢飞机","consigneeUserPhone":"15200292123","orderId":"1023000020112221113","sku":"9820198721311","userName":"花花","userPhone":"15200101232"}
22:17:55.677 [main] INFO o.i.demo.design.PrizeController - 奖品发放完成10001。
22:17:55.677 [main] INFO org.itstack.demo.test.ApiTest - 请求参数：{"extMap":{"consigneeUserName":"谢飞机","consigneeUserAddress":"吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109","consigneeUserPhone":"15200292123"},"uId":"10001","bizId":"1023000020112221113","awardNumber":"9820198721311","awardType":2}
22:17:55.677 [main] INFO org.itstack.demo.test.ApiTest - 测试结果：{"code":"0000","info":"发放成功"}
第三方兑换卡(爱奇艺)
22:17:55.678 [main] INFO o.i.demo.design.PrizeController - 奖品发放开始10001。req:{"awardNumber":"AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio","awardType":3,"uId":"10001"}
模拟发放爱奇艺会员卡一张：15200101232，AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio
22:17:55.678 [main] INFO o.i.demo.design.PrizeController - 奖品发放完成10001。
22:17:55.678 [main] INFO org.itstack.demo.test.ApiTest - 请求参数：{"uId":"10001","awardNumber":"AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio","awardType":3}
22:17:55.678 [main] INFO org.itstack.demo.test.ApiTest - 测试结果：{"code":"0000","info":"发放成功"}
Process finished with exit code 0
- 运行结果正常，满足当前所有业务产品需求，写的还很快。但！实在难以为维护！
五、工厂模式优化代码
接下来使用工厂方法模式来进行代码优化，也算是一次很小的 重构 。整理重构会你会发现代码结构清晰了、也具备了下次新增业务需求的扩展性。但在实际使用中还会对此进行完善，目前的只是抽离出最核心的部分体现到你面前，方便学习。
1. 工程结构
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
工厂模式
2. 代码实现
2.1 定义发奖接口
public interface ICommodity {
void sendCommodity(String uId, String commodityId, String bizId, Map<String, String> extMap) throws Exception;
}
- 所有的奖品无论是实物、虚拟还是第三方，都需要通过我们的程序实现此接口进行处理，以保证最终入参出参的统一性。
- 接口的入参包括；
用户ID、奖品ID、业务ID以及扩展字段用于处理发放实物商品时的收获地址。
2.2 实现奖品发放接口
优惠券
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("请求参数[优惠券] => uId：{} commodityId：{} bizId：{} extMap：{}", uId, commodityId, bizId, JSON.toJSON(extMap));
logger.info("测试结果[优惠券]：{}", JSON.toJSON(couponResult));
if (!"0000".equals(couponResult.getCode())) throw new RuntimeException(couponResult.getInfo());
}
}
实物商品
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("请求参数[优惠券] => uId：{} commodityId：{} bizId：{} extMap：{}", uId, commodityId, bizId, JSON.toJSON(extMap));
logger.info("测试结果[优惠券]：{}", isSuccess);
if (!isSuccess) throw new RuntimeException("实物商品发放失败");
}
private String queryUserName(String uId) {
return "花花";
}
private String queryUserPhoneNumber(String uId) {
return "15200101232";
}
}
第三方兑换卡
public class CardCommodityService implements ICommodity {
private Logger logger = LoggerFactory.getLogger(CardCommodityService.class);
// 模拟注入
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("请求参数[爱奇艺兑换卡] => uId：{} commodityId：{} bizId：{} extMap：{}", uId, commodityId, bizId, JSON.toJSON(extMap));
logger.info("测试结果[爱奇艺兑换卡]：success");
}
private String queryUserMobile(String uId) {
return "15200101232";
}
}
- 从上面可以看到每一种奖品的实现都包括在自己的类中，新增、修改或者删除都不会影响其他奖品功能的测试，降低回归测试的可能。
- 后续在新增的奖品只需要按照此结构进行填充即可，非常易于维护和扩展。
- 在统一了入参以及出参后，调用方不在需要关心奖品发放的内部逻辑，按照统一的方式即可处理。
2.3 创建商店工厂
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("不存在的商品服务类型");
}
}
- 这里我们定义了一个商店的工厂类，在里面按照类型实现各种商品的服务。可以非常干净整洁的处理你的代码，后续新增的商品在这里扩展即可。如果你不喜欢
if判断，也可以使用switch或者map配置结构，会让代码更加干净。 - 另外很多代码检查软件和编码要求，不喜欢if语句后面不写扩展，这里是为了更加干净的向你体现逻辑。在实际的业务编码中可以添加括号。
3. 测试验证
编写测试类：
@Test
public void test_commodity() throws Exception {
StoreFactory storeFactory = new StoreFactory();
// 1. 优惠券
ICommodity commodityService_1 = storeFactory.getCommodityService(1);
commodityService_1.sendCommodity("10001", "EGM1023938910232121323432", "791098764902132", null);
// 2. 实物商品
ICommodity commodityService_2 = storeFactory.getCommodityService(2);
Map<String,String> extMap = new HashMap<String,String>();
extMap.put("consigneeUserName", "谢飞机");
extMap.put("consigneeUserPhone", "15200292123");
extMap.put("consigneeUserAddress", "吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109");
commodityService_2.sendCommodity("10001","9820198721311","1023000020112221113", extMap);
// 3. 第三方兑换卡(爱奇艺)
ICommodity commodityService_3 = storeFactory.getCommodityService(3);
commodityService_3.sendCommodity("10001","AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio",null,null);
}
结果：
模拟发放优惠券一张：10001,EGM1023938910232121323432,791098764902132
22:48:10.922 [main] INFO o.i.d.d.s.i.CouponCommodityService - 请求参数[优惠券] => uId：10001 commodityId：EGM1023938910232121323432 bizId：791098764902132 extMap：null
22:48:10.957 [main] INFO o.i.d.d.s.i.CouponCommodityService - 测试结果[优惠券]：{"code":"0000","info":"发放成功"}
模拟发货实物商品一个：{"consigneeUserAddress":"吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109","consigneeUserName":"谢飞机","consigneeUserPhone":"15200292123","orderId":"1023000020112221113","sku":"9820198721311","userName":"花花","userPhone":"15200101232"}
22:48:10.962 [main] INFO o.i.d.d.s.impl.GoodsCommodityService - 请求参数[优惠券] => uId：10001 commodityId：9820198721311 bizId：1023000020112221113 extMap：{"consigneeUserName":"谢飞机","consigneeUserAddress":"吉林省.长春市.双阳区.XX街道.檀溪苑小区.#18-2109","consigneeUserPhone":"15200292123"}
22:48:10.962 [main] INFO o.i.d.d.s.impl.GoodsCommodityService - 测试结果[优惠券]：true
模拟发放爱奇艺会员卡一张：15200101232，null
22:48:10.963 [main] INFO o.i.d.d.s.impl.CardCommodityService - 请求参数[爱奇艺兑换卡] => uId：10001 commodityId：AQY1xjkUodl8LO975GdfrYUio bizId：null extMap：null
22:48:10.963 [main] INFO o.i.d.d.s.impl.CardCommodityService - 测试结果[爱奇艺兑换卡]：success
Process finished with exit code 0
- 运行结果正常，既满足了业务产品需求，也满足了自己对代码的追求。这样的代码部署上线运行，内心不会恐慌，不会觉得半夜会有电话。
- 另外从运行测试结果上也可以看出来，在进行封装后可以非常清晰的看到一整套发放奖品服务的完整性，统一了入参、统一了结果。
六、总结
- 从上到下的优化来看，工厂方法模式并不复杂，甚至这样的开发结构在你有所理解后，会发现更加简单了。
- 那么这样的开发的好处知道后，也可以总结出来它的优点；
避免创建者与具体的产品逻辑耦合、满足单一职责，每一个业务逻辑实现都在所属自己的类中完成、满足开闭原则，无需更改使用调用方就可以在程序中引入新的产品类型。但这样也会带来一些问题，比如有非常多的奖品类型，那么实现的子类会极速扩张。因此也需要使用其他的模式进行优化，这些在后续的设计模式中会逐步涉及到。 - 从案例入手看设计模式往往要比看理论学的更加容易，因为案例是缩短理论到上手的最佳方式，如果你已经有所收获，一定要去尝试实操。
正文到此结束
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