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设计模式实战应用之五:工厂方法模式

导读:        工厂方法模式的定义        工厂方法模式的应用相当广泛。工厂方法模式在 Java API 中的应用比比皆是:java.util.Collection 接口的 iterator 方法就是一个很著名的工厂方法模式的示例;java.net.URLStreamHandlerFactory 的 createURLStreamHandler(String protocol)  也是工厂方...。。。
        工厂方法模式的定义
        工厂方法模式的应用相当广泛。工厂方法模式在 Java API 中的应用比比皆是:java.util.Collection 接口的 iterator 方法就是一个很著名的工厂方法模式的示例;java.net.URLStreamHandlerFactory 的 createURLStreamHandler(String protocol)  也是工厂方法模式的一个很经典的应用,URLStreamHandlerFactory 定义了一个用来创建 URLStreamHandler 实例的 createURLStreamHandler 方法,具体怎么创建?具体实现类说了算;此外,Java API 中工厂方法模式应用例子还有 java.net.ContentHandlerFactory、java.net.URL 的 openConnection 方法……。
        Gof 把工厂方法模式归类到对象创建型模式,《设计模式:可复用面向对象软件的基础》对工厂方法模式做出了明确的定义:"Define an interface for creating an object, but let subclasses decide which class to instantiate. Factory Method lets a class defer instantiation to subclasses." 翻译过来就是:"为创建一个对象定义一个接口,但把具体创建哪个类的实例留给子类决定。工厂方法允许将一个类的初始化延迟到自己的子类。"
        Why 工厂方法模式?
        通过使用工厂方法创建对象,我们可以避免客户端代码依赖于它所使用的接口的具体实现。客户端不再需要把对象创建的构造方法注入到自己的代码中去,客户端只需要调用工厂,由工厂来决定符合要求的子类的创建过程。此外,工厂方法还可以满足每次构造不同对象、对象的构造很复杂、对象的构造依赖具体环境等等需求。
        工厂方法模式的使用场合
  • 客户端不知道它要创建的具体是哪一个子类。
  • 一个类想要由自己的子类来定义某对象的创建过程。
  • 类将创建某对象的职责代理给一些帮助子类中的一个,并且你想要将哪一个子类作为代理的信息进行局部化。
        工厂方法模式 VS 简单工厂模式
  • 简单工厂又称"静态工厂",顾名思义,这是工厂方法和简单工厂最大的不同,这也是最容易区分开这两种模式的特征。
  • 虽然两者都志在对象创建的局部封装,但简单工厂侧重于创建对象的代码复用,或者已创建实例的复用,或者创建实例的统一性;而工厂方法侧重于子类自己特定创建逻辑的实现。
  • 简单工厂模式中的工厂类是为产品类实例化的核心,而工厂方法模式把初始化工作交给子类实现。换句话讲,如果有新产品添加,简单工厂需要修改自己的工厂类,而工厂方法只需增加新工厂子类 - 简单工厂对 OCP 原则的支持力度不如工厂方法。
        《Java Web 应用调用 C++ 加解密方法》需求
        众所周知,Java 对文件的加解密效能不如底层的 C/C++。为了提高程序性能,我们要用 Java 进行 JNI 调用底层的加解密方法。
        《Java Web 应用调用 C++ 加解密方法》分析
        既然牵涉底层调用,就应该考虑到程序跨平台的问题。另外,应用至少要能支持 Linux 和 Windows,以后还可能会部署在 mac。而且这些平台还分为 64 位和 32 位。因此我们要为每个平台都要准备一个加解密底层库,因为底层库位数不同并不兼容,所以每个平台下又要有两个库:32 位一个,64 位一个。
        每个库都应该有相应的类进行加载,比如本文工厂方法模式示例中的具体产品类之一的 com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.EncryptorLinuxAmd64.java,也就是我们的加解密类,这个类写完并编译好之后,使用 shell 生成 com_defonds_cloud_tool_config_encrypt_EncryptorLinuxAmd64.h 头文件,C/C++ 程序员根据每个平台的头文件封装加解密库。
        加解密类的实例化,我们就用工厂方法模式管理起来。
        《Java Web 应用调用 C++ 加解密方法》类设计
加解密需求类图
        《Java Web 应用调用 C++ 加解密方法》源码
        客户端类 EncryptorUtil 源码:
package com.defonds.cloud.tool.config.util;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.Encryptor;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.factory.EncryptorFactory;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.factory.EncryptorFactoryLinux;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.factory.EncryptorFactoryMac;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.factory.EncryptorFactoryWindows;public class EncryptorUtil { private static String osName = System.getProperties().getProperty("os.name"); private static Encryptor encryptor; static {  EncryptorFactory encryptorFactory;  if (osName.equals("Linux")) { // os is linux   encryptorFactory = new EncryptorFactoryLinux();  } else if (osName.contains("Windows")) { // os is windows   encryptorFactory = new EncryptorFactoryWindows();  } else { // os is mac   encryptorFactory = new EncryptorFactoryMac();  }  encryptor = encryptorFactory.getEncryptor(); }  /**  *   * @param content - the string to be encrypt or decrypt  * @param flag - encrypt flag, true is encrypt, false is decrypt  * @return - string after encrypt or decrypt  */ public static String encryptorStr(String content, boolean flag) {  return EncryptorUtil.encryptor.encrypt(content, flag); } }

        产品 Encryptor 接口:
package com.defonds.cloud.tool.config.encrypt;public interface Encryptor { /**  * @param content str to be encrypted  * @param flag true:encrypt false:decrypt  * @return  */ public String encrypt(String content, boolean flag);}

        具体产品类之一 EncryptorLinuxAmd64 源码(根据 EncryptorLinuxAmd64 写好的 libaesjni.so 库已放在 classpath 下的 /com/defonds/cloud/tool/config/encrypt/native/linux/amd64 目录中):
package com.defonds.cloud.tool.config.encrypt;import java.io.IOException;import com.defonds.cloud.tool.config.util.NativeUtils;public class EncryptorLinuxAmd64 implements Encryptor { // Native method declaration    // use the keyword "native" indicate this is an 'unsafe' mtehod for java    native String encryptStr(String content, boolean flag);        // Load the library    static {        try {      System.loadLibrary("libaesjni");     }catch (UnsatisfiedLinkError e) {            try {    NativeUtils.loadLibraryFromJar("/com/defonds/cloud/tool/config/encrypt/native/linux/amd64/libaesjni.so");   } catch (IOException e1) {    throw new RuntimeException(e1);   } // during runtime. .DLL within .JAR     }    } @Override public String encrypt(String content, boolean flag) {  // TODO Auto-generated method stub  return this.encryptStr(content, flag); }}

        工厂接口 EncryptorFactory:
package com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.factory;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.Encryptor;public interface EncryptorFactory { public Encryptor getEncryptor();}

        具体工厂类之一 EncryptorFactoryLinux 源码:
package com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.factory;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.Encryptor;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.EncryptorLinuxAmd64;import com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.EncryptorLinuxI386;public class EncryptorFactoryLinux implements EncryptorFactory { private static String osArch = System.getProperties().getProperty("os.arch");  @Override public Encryptor getEncryptor() {  if (osArch.equals("amd64")) { // os is linux amd64   return new EncryptorLinuxAmd64();  } else { // os is linux i386   return new EncryptorLinuxI386();  } }}

        《Java Web 应用调用 C++ 加解密方法》测试
        测试代码如下:
  String abc = "abc";  System.out.println("before encrypt:" + abc);  String abcEncrypted = EncryptorUtil.encryptorStr(abc, true);  System.out.println("after encrypt:" + abcEncrypted);  String abc2 = EncryptorUtil.encryptorStr(abcEncrypted, false);  System.out.println("after decrypt:" + abc2);

        运行结果:
before encrypt:abc
after encrypt:3a5dd7db74fdab404e980805b1998e81
after decrypt:abc

        后记 1
        读者也许会发现,《Java Web 应用调用 C++ 加解密方法》用简单工厂模式也完全可以实现,甚至可能效果会更好(因为不用每次都 new 工厂对象了):
public class EncryptorFactory { private static Properties sp = System.getProperties();  private static String osName = sp.getProperty("os.name"); private static String osArch = sp.getProperty("os.arch"); private static int index2 = osName.indexOf("indows"); private static boolean isWindows = false; static {  if (index2 != -1) {   isWindows = true;  }     }  public static Encryptor getEncryptor() {  if (isWindows) { // os is windows   if (osArch.equals("amd64")) { // os is windows amd64    return new EncryptorWindowsAmd64();   } else { // os is windows x86    return new EncryptorWindowsX86();   }  } else { // os is linux   if (osArch.equals("amd64")) { // os is linux amd64    return new EncryptorLinuxAmd64();   } else { // os is linux i386    return new EncryptorLinuxI386();   }  } }}

        本来嘛,简单工厂就是一个工厂方法的特例,GOF 甚至在 23 种设计模式里面就没有对其进行说明,而且很多文献里面也没有简单工厂的概念。那么到底什么时候用简单工厂呢?笔者建议,如果你能预测到所有产品类的情况,就用简单工厂,否则就工厂方法
        后记 2
        运行 jni 时,如果遇到类似于 java.lang.UnsatisfiedLinkError: /tmp/libaesjni_linux6345613888084265218.so: /tmp/libaesjni_linux6345613888084265218.so: wrong ELF class: ELFCLASS32 (Possible cause: architecture word width mismatch) 的错误:
Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: /tmp/libaesjni_linux6345613888084265218.so: /tmp/libaesjni_linux6345613888084265218.so: wrong ELF class: ELFCLASS32 (Possible cause: architecture word width mismatch)
        at java.lang.ClassLoader$NativeLibrary.load(Native Method)
        at java.lang.ClassLoader.loadLibrary0(ClassLoader.java:1747)
        at java.lang.ClassLoader.loadLibrary(ClassLoader.java:1643)
        at java.lang.Runtime.load0(Runtime.java:787)
        at java.lang.System.load(System.java:1022)
        at com.defonds.cloud.tool.config.util.NativeUtils.loadLibraryFromJar(NativeUtils.java:91)
        at com.defonds.cloud.tool.config.encrypt.EncryptorLinux.(EncryptorLinux.java:20)
        at com.defonds.cloud.tool.config.util.EncryptorFactory.getEncryptor(EncryptorFactory.java:24)
        at com.defonds.cloud.tool.config.ConfigUtil.(ConfigUtil.java:7)
        at TestTime.main(TestTime.java:26)

        解决办法:分别提供 64 位和 32 位库。
        后记 3
        如果 jni 时遇到以下错误:
java: symbol lookup error: /tmp/libaesjni4570314921835538044.so: undefined symbol: aesrun
java: symbol lookup error: /tmp/libaesjni8667398299924347273.so: undefined symbol: GetStringUTFChars

        解决办法:这是 C++ 调用了 C 的函数,编译规则不一样造成,把 C++ 代码 (cpp 后缀) 全部换成 C 代码,重新编译就好了。
        参考资料

(编辑: defonds)

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