C#23種設(shè)計模式 第4章 工廠方法

NET設(shè)計模式(5)：工廠方法模式(FactoryMethod)工廠方法模式(FactoryMethod).NET設(shè)計模式系列之五Terrylee,2004年1月2日概述在軟件系統(tǒng)中，經(jīng)常面臨著“某個對象”的創(chuàng)建工作，由于需求的變化，這個對象的具體實現(xiàn)經(jīng)常面臨著劇烈的變化，但是它卻擁有比較穩(wěn)定的接口。如何應(yīng)對這種變化？提供一種封裝機制來隔離出“這個易變對象”的變化，從而保持系統(tǒng)中“其它依賴該對象的對象”不隨著需求的改變而改變？這就是要說的FactoryMethod模式了。意圖定義一個用戶創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。FactoryMethod使一個類的實例化延遲到其子類。結(jié)構(gòu)圖生活中的例子工廠方法定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，但是讓子類決定實例化哪個類。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。玩具的類別(車，人物等等)是由模具決定的。玩具馬模具工廠方法解說在工廠方法模式中，核心的工廠類不再負責所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，而是將具體創(chuàng)建工作交給子類去做。這個核心類僅僅負責給出具體工廠必須實現(xiàn)的接口，而不接觸哪一個產(chǎn)品類被實例化這種細節(jié)。這使得工廠方法模式可以允許系統(tǒng)在不修改工廠角色的情況下引進新產(chǎn)品。在FactoryMethod模式中，工廠類與產(chǎn)品類往往具有平行的等級結(jié)構(gòu)，它們之間一一對應(yīng)?，F(xiàn)在我們考慮一個日志記錄的例子(這里我們只是為了說明FactoryMethod模式，實際項目中的日志記錄不會這么去做，也要比這復雜一些)。假定我們要設(shè)計日志記錄的類，支持記錄的方法有FileLog和EventLog兩種方式。在這里我們先不談設(shè)計模式，那么這個日志記錄的類就很好實現(xiàn)了：日田///<summary>1///日志記錄類L///</summary>publicclassLog5日田{6IpublicvoidWriteEvent()8白由{IConsole.WriteLine("EventLogSuccess!");10卜}11IpublicvoidWriteFile()13白由{14IConsole.WriteLine("FileLogSuccess!");15卜}1617IpublicvoidWrite(stringLogType)18白由{19Iswitch(LogType.ToLower())20白由{211case"event":IWriteEvent();Ibreak;24Icase"file":WriteFile();271break;28291default:301break;31卜}I-}}34這樣的程序結(jié)構(gòu)顯然不能符合我們的要求，如果我們增加一種新的日志記錄的方式DatabaseLog,那就要修改Log類，隨著記錄方式的變化，switch語句在不斷的變化，這樣就引起了整個應(yīng)用程序的不穩(wěn)定，進一步分析上面的代碼，發(fā)現(xiàn)對于EventLog和FileLog是兩種完全不同的記錄方式，它們之間不應(yīng)該存在必然的聯(lián)系，而應(yīng)該把它們分別作為單獨的對象來對待。日田///<summary>I///EventLog類L///</summary>publicclassEventLog5日田{IpublicvoidWrite()7白由{IConsole.WriteLine("EventLogWriteSuccess!");}}12日田///<summary>I///FileLog類L///</summary>publicclassFileLog16日田{17IpublicvoidWrite()18白中{19IConsole.WriteLine("FileLogWriteSuccess!");201-}21}22步抽象，為它們抽象出一個共同的父類，結(jié)構(gòu)圖如下:實現(xiàn)代碼:日田///<summary>I///Log類I//</summary>publicabstractclassLog5日田｛publicabstractvoidWrite();｝8此時EventLog和FileLog類的代碼應(yīng)該如下：日田///<summary>I///EventLog類L///</summary>publicclassEventLog:Log5日田｛6IpublicoverridevoidWrite()7白由｛IConsole.WriteLine("EventLogWriteSuccess!");｝｝日田///<summary>I///FileLog類L///</summary>publicclassFileLog:Log15日田｛IpublicoverridevoidWrite()17白由｛18IConsole.WriteLine("FileLogWriteSuccess!");19卜｝20}21此時我們再看增加新的記錄日志方式DatabaseLog的時候，需要做哪些事情？只需要增加一個繼承父類Log的子類來實現(xiàn)，而無需再去修改EventLog和FileLog類，這樣的設(shè)計滿足了類之間的層次關(guān)系，又很好的符合了面向?qū)ο笤O(shè)計中的單一職責原則，每一個類都只負責一件具體的事情。到這里似乎我們的設(shè)計很完美了，事實上我們還沒有看客戶程序如何去調(diào)用。在應(yīng)用程序中，我們要使用某一種日志記錄方式，也許會用到如下這樣的語句：EventLogeventlog=newEventLog();eventlog.Write();當日志記錄的方式從EventLog變化為FileLog，我們就得修改所有程序代碼中出現(xiàn)上面語句的部分，這樣的工作量是可想而知的。此時就需要解耦具體的日志記錄方式和應(yīng)用程序。這就要引入FactoryMethod模式了，每一個日志記錄的對象就是工廠所生成的產(chǎn)品，既然有兩種記錄方式，那就需要兩個不同的工廠去生產(chǎn)了，代碼如下：日田///<summary>I///EventFactory類L///</summary>publicclassEventFactory5日田{6IpublicEventLogCreate()7白由{IreturnnewEventLog();}}日田///<summary>I///FileFactory類L///</summary>publicclassFileFactory16IpublicFileLogCreate()17白中｛18IreturnnewFileLog();19卜｝20｝21這兩個工廠和具體的產(chǎn)品之間是平行的結(jié)構(gòu)，并一一對應(yīng)，并在它們的基礎(chǔ)上抽象出一個公用的接口，結(jié)構(gòu)圖如下：實現(xiàn)代碼如下：日田///<summary>I///LogFactory類L///</summary>publicabstractclassLogFactory5日田｛publicabstractLogCreate();｝此時兩個具體工廠的代碼應(yīng)該如下：日田///<summary>I///EventFactory類L///</summary>publicclassEventFactory:LogFactory6IpublicoverrideEventLogCreate()7白中｛IreturnnewEventLog();｝｝日田///<summary>I///FileFactory類L///</summary>publicclassFileFactory:LogFactory15日田｛16IpublicoverrideFileLogCreate()17白由｛18IreturnnewFileLog();19卜｝20｝21這樣通過工廠方法模式我們把上面那對象創(chuàng)建工作封裝在了工廠中，此時我們似乎完成了整個FactoryMethod的過程。這樣達到了我們應(yīng)用程序和具體日志記錄對象之間解耦的目的了嗎？看一下此時客戶端程序代碼：日田///<summary>I///App類L///</summary>publicclassApp5日田｛6IpublicstaticvoidMain(string[]args)7白由｛8ILogFactoryfactory=newEventFactory();9ILoglog=factory.Create();11121log.Write();13卜｝14｝15在客戶程序中，我們有效地避免了具體產(chǎn)品對象和應(yīng)用程序之間的耦合，可是我們也看到，增加了具體工廠對象和應(yīng)用程序之間的耦合。那這樣究竟帶來什么好處呢？我們知道，在應(yīng)用程序中，Log對象的創(chuàng)建是頻繁的，在這里我們可以把LogFactoryfactory=newEventFactory();這句話放在一個類模塊中，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：LogFactoryfactory=newFileFactory();其余的任何地方我們都不需要去修改。有人會說那還是修改代碼，其實在開發(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中的反射機制來進一步修改我們的程序，這時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(yīng)的配置文件中設(shè)置如下：<appSettings><addkey="factoryName"value="EventFactory"></add></appSettings>4此時客戶端代碼如下：日田///<summary>I///App類L///</summary>publicclassApp5日田｛6IpublicstaticvoidMain(string[]args)7白由{8IstringstrfactoryName=ConfigurationSettings.AppSettings["factoryName"];9ILogFactoryfactory;Ifactory=(LogFactory)Assembly.Load("FactoryMethod").CreateInstance("FactoryMethod."+strfactoryName);1213ILoglog=factory.Create();141log.Write();I"}}17現(xiàn)在我們看到，在引進新產(chǎn)品(日志記錄方式)的情況下，我們并不需要去修改工廠類，而只是增加新的產(chǎn)品類和新的工廠類(注意：這是任何時候都不能避免的)，這樣很好的符合了開放封閉原則。ASP.NETHTTP通道中的應(yīng)用FactoryMethod模式在ASP.NETHTTP通道中我們可以找到很多的例子。ASP.NETHTTP通道是System.Web命名空間下的一個類，WEBServer使用該類處理接收到的HTTP請求，并給客戶端發(fā)送響應(yīng)。HTTP通道主要的工作有Session管理，應(yīng)用程序池管理，緩存管理，安全等。System.Web.HttpApplicationFactoryHttpRuntime是HTTP通道的入口點，它根據(jù)每一個具體的請求創(chuàng)建一個HttpContext實例，HttpRuntime并沒有確定它將要處理請求的HttpApplication對象的類型，它調(diào)用了一個靜態(tài)的工廠方法HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance，通過它來創(chuàng)建HttpContext實例。GetApplicationInstance使用HttpContext實例來確定針對這個請求該響應(yīng)哪個虛擬路徑，如果這個虛擬路徑以前請求過，HttpApplication(或者一個繼承于ASP.Global_asax的類的實例)將直接從應(yīng)用程序池中返回，否則針對該虛擬路徑將創(chuàng)建一個新的HttpApplication對象并返回。如下圖所示：HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance帶有^個類型為HttpContext的參數(shù)，創(chuàng)建的所有對象（產(chǎn)品）都是HttpApplication的類型，通過反編譯，來看一下GetApplicationInstance的實現(xiàn):1internalstaticIHttpHandlerGetApplicationInstance(HttpContextcontext)2曰田｛if(HttpApplicationFactory._customApplication!=HttpApplicationFactory.GetApplicationInstance帶有^個類型為HttpContext的參數(shù)，創(chuàng)建的所有對象（產(chǎn)品）都是HttpApplication的類型，通過反編譯，來看一下GetApplicationInstance的實現(xiàn):1internalstaticIHttpHandlerGetApplicationInstance(HttpContextcontext)2曰田｛if(HttpApplicationFactory._customApplication!=null)returnHttpApplicationFactory._customApplication;if(HttpDebugHandler.IsDebuggingRequest(context))8百中returnnewHttpDebugHandler();1011if(!HttpApplicationFactory._theApplicationFactory._inited)13lock(HttpApplicationFactory._theApplicationFactory)14攤15if(!HttpApplicationFactory._theApplicationFactory._inited)16白由17HttpApplicationFactory._theApplicationFactory.Init(context);15171HttpApplicationFactory._theApplicationFactory._inited=true;TOC\o"1-5"\h\z}}}IreturnHttpApplicationFactory._theApplicationFactory.GetNormalApplicationInstance(context);L}24System.Web.IHttpHandlerFactory我們來做進一步的探索，HttpApplication實例需要一個Handler對象來處理資源請求，HttpApplication的主要任務(wù)就是找到真正處理請求的類。HttpApplication首先確定了一個創(chuàng)建Handler對象的工廠，來看一下在Machine.config文件中的配置區(qū)<httphandlers>，在配置文件注冊了應(yīng)用程序的具體處理類。例如在Machine.config中對火.aspx的處理將映射到USystem.Web.UI.PageHandlerFactory類，而對火.ashx的處理將映射到USystem.Web.UI.SimpleHandlerFactory類，這兩個類都是繼承于IhttpHandlerFactory接口的具體類：<httpHandlers><addverb="火"path="火.aspx"type="System.Web.UI.PageHandlerFactory"/><addverb="火"path="火.ashx"type="System.Web.UI.SimpleHandlerFactory"/>這個配置區(qū)建立了資源請求的類型和處理請求的類之間的一個映射集。如果一個.aspx頁面發(fā)出了請求，將會調(diào)用System.Web.UI.PageHandlerFactory類，HttpApplication調(diào)用接口IHttpHandlerFactory中的工廠方法GetHandler來創(chuàng)建一■個Handler對象。當一'個名為sample.aspx的頁面發(fā)出請求時，通過PageHandlerFactory將返回一■個ASP.SamplePage_aspx對象（具體產(chǎn)品），如下圖：IHttpHandlerFactory工廠：1publicinterfaceIHttpHandlerFactory2日田{//MethodsIHttpHandlerGetHandler(HttpContextcontext,stringrequestType,stringurl,stringpathTranslated);voidReleaseHandler(IHttpHandlerhandler);L}7IHttpHandlerFactory.GetHandler是一個工廠方法模式的典型例子，在這個應(yīng)用中，各個角色的設(shè)置如下：抽象工廠角色：IHttpHandlerFactory具體工廠角色：PageHandlerFactory具體產(chǎn)品角色：ASP.SamplePage_aspx進一步去理解理解上面所說的之后，我們就可以去自定義工廠類來對特定的資源類型進行處理。第一步我們需要創(chuàng)建兩個類去分別實現(xiàn)IHttpHandlerFactory和IHttpHandler這兩個接口。1publicclassHttpHandlerFactoryImpl:IHttpHandlerFactory(2IHttpHandlerIHttpHandlerFactory.GetHandler(HttpContextcontext,StringrequestType,由由Stringurl,StringpathTranslated)(6returnnewHttpHandlerImpl();89}//IHttpHandlerFactory.GetHandler10voidIHttpHandlerFactory.ReleaseHandler(白由IHttpHandlerhandler)(/*no-op*/}13L14}//HttpHandlerFactoryImpl1516publicclassHttpHandlerImpl:IHttpHandler(1718白由voidIHttpHandler.ProcessRequest(HttpContextcontext)(1920context.Response.Write("samplehandlerinvoked'”")；2122}//ProcessRequest2324白由boolIHttpHandler.IsReusable(get(returnfalse;}}25L26}//HttpHandlerlmpl27第二步需要在配置文件中建立資源請求類型和處理程序之間的映射。我們希望當請求的類型為*.sample時進入我們自定義的處理程序，如下：<httpHandlers><addverb="火"path="火.sample"type="HttpHandlerFactoryImpl,SampleHandler"/></httpHandlers>最后一步我們需要把文件擴展*.sample映射至UASP.NETISAPI擴展DLL(aspnet_isapi.dll)上。由于我們已經(jīng)建立了用于處理新擴展文件的處理程序了，我們還需要把這個擴展名告訴IIS并把它映射到ASP.NET。如果你不執(zhí)行這個步驟而試圖訪問火.sample文件，IIS將簡單地返回該文件而不是把它傳遞給ASP.NET運行時。其結(jié)果是該HTTP處理程序不會被調(diào)用。運行Internet服務(wù)管理器，右鍵點擊默認Web站點，選擇屬性，移動到主目錄選項頁，并點擊配置按鈕。應(yīng)用程序配置對話框彈出來了。點擊添加按鈕并在可執(zhí)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；該對話框如下所示：在.NETFramework中，關(guān)于工廠模式的使用有很多的例子，例如【Enumerable和lEnumerator就是一個Creator和一個Product；System.Security.Cryptography中關(guān)于加密算法的選擇，S