[设计模式/Java] 设计模式之工厂方法模式

# 概述：工厂方法模式 := Factory Method Pattern ## 工厂模式的3种细分模式： 简单工厂模式 / 工厂方法模式 / 抽象工厂模式 - **工厂模式**（`Factory Pattern`）是 `Java` 中**最常用的设计模式**之一 > - 其提供了一种**创建对象的方式**，使得**创建对象的过程**与**使用对象的过程**分离。 > - **工厂模式**提供了一种**创建对象的方式**，而无需指定要创建的具体类。 > - 通过使用**工厂模式**，可以将**对象的创建逻辑**封装在一个工厂类中，而不是在**客户端代码**中**直接实例化对象**，这样可以提高代码的**可维护性**和**可扩展性**。 > - **简单工厂模式**（Simple Factory Pattern）： > > **简单工厂模式**不是一个**正式的设计模式**，但它是**工厂模式的基础**。 > > 它使用一个**单独的工厂类**来**创建不同的对象**，根据**传入的参数**决定创建哪种类型的对象。  > - **工厂方法模式**（Factory Method Pattern）： > > 工厂方法模式定义了一个**创建对象的接口**，但由**子类**决定实例化哪个类。 > > 工厂方法将**对象的创建**延迟到子类。  > - **抽象工厂模式**（Abstract Factory Pattern）： > > **抽象工厂模式**提供一个创建一系列相关的产品 或 互相依赖对象的接口，而无需指定它们具体的产品类。  ## 模式定义 : 工厂方法模式 - **工厂方法模式**定义了一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。工厂方法将对象的创建延迟到子类。 ## 模式分析 - 主要解决 > 接口选择的问题。 - 如何解决 > 通过让**子类**实现**工厂接口**，返回一个**抽象的产品**。 - 关键代码 > **对象的创建过程**在**子类**中实现。 ## 适用场景 - 何时使用 > 当我们需要在**不同条件**下创建不同实例时。 ## 模型特点 ### 优点 - **扩展性高**、更符合**开-闭原则** > - 如果需要增加新产品，只需扩展一个工厂类即可。 > - 新增一种产品时，只需要增加相应的**具体产品类**和**相应的工厂子类**即可 ```csharp 相比【简单工厂模式】: 需要修改工厂类的判断逻辑 ``` - 符合**单一职责**原则 / **屏蔽实现** : 每个具体工厂类只负责创建对应的产品 > - 屏蔽了产品的具体实现 ```csharp 相比【简单工厂模式】：其工厂类存在复杂的switch逻辑判断 ``` - 不使用**静态工厂方法**，可形成**基于继承的等级结构** > 相比【简单工厂模式】：其工厂类使用**静态工厂方法** > **工厂(方法)模式**可以说是**简单工厂模式**的进一步抽象和拓展，在保留了**简单工厂**的封装优点的同时，让**扩展**变得简单，让**继承**变得可行，增加了**多态性**的体现。 ### 缺点 - 每次增加一个产品时，都需要增加一个**具体类**和**对应的工厂**，使系统中类的数量成倍增加，增加了**系统的复杂度**和**具体类的依赖**。 > 添加新产品时，除了增加新产品类外，还要提供与之对应的具体工厂类，系统类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度； > 同时，有更多的类需要**编译**和**运行**，会给系统带来一些**额外的开销**； - 系统的实现难度、理解难度：有所上升 > 由于考虑到**系统的可扩展性**，需要引入**抽象层**，在**客户端代码**中均使用**抽象层**进行定义，增加了**系统的抽象性**和**理解难度**，且在实现时可能需要用到`DOM`、**反射**等技术，增加了**系统的实现难度**。 - 更换产品时，客户端仍然需要通过**修改代码**来实现 > 虽然保证了**工厂方法**内的**对修改关闭**，但对于**使用工厂方法的类(Client)**，如果要**更换另外一种产品**，仍然需要修改实例化的具体工厂类； - 一个**具体工厂**只能创建一种**具体产品** ## 适用场景 - 当一个类**不知道它所需要的对象的类**时 > 在**工厂方法模式**中，客户端不需要知道具体产品类的类名，**只需要知道所对应的工厂**即可； - 当一个类希望通过其**子类**来指定创建对象时 > 在**工厂方法模式**中，对于**抽象工厂类**只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用**面向对象**的多态性和**里氏代换原则**，在程序运行时，**子类对象**将覆盖父类对象，从而使得**系统更容易扩展**。 - 将**创建对象的任务**委托给多个工厂子类中的某一个，**客户端**在使用时可以无须关心是**哪一个工厂子类**创建**产品子类**，需要时再**动态指定**，可将具体工厂类的类名存储在**配置文件**或**数据库**中。 ## 模式的组成  - **抽象产品**（Abstract Product）：定义了产品的共同接口或抽象类。它可以是具体产品类的父类或接口，规定了产品对象的共同方法。 - **具体产品**（Concrete Product）：实现了抽象产品接口，定义了具体产品的特定行为和属性。 - **抽象工厂**（Abstract Factory）：声明了创建产品的抽象方法，可以是接口或抽象类。它可以有多个方法用于创建不同类型的产品。 - **具体工厂**（Concrete Factory）：实现了抽象工厂接口，负责实际创建具体产品的对象。 ## 模式实现 参见本文档: | 案例：不同工厂生产不同品类的产品 # 案例实践 ## 案例：不同工厂生产不同品类的产品 ### 需求描述 背景：小成有一间**塑料加工厂**（仅生产A类产品）；随着客户需求的变化，客户需要**生产B类产品**； 冲突：改变**原有塑料加工厂的配置和变化**非常困难，假设下一次客户需要再发生变化，再次改变将增大非常大的成本； 解决方案：小成决定置办**塑料分厂B**来生产B类产品； > 即 工厂方法模式 ### 源码 | Factory : 抽象工厂类 > 创建**抽象工厂类**，定义具体工厂的公共接口 ```csharp abstract class Factory { public abstract Product Manufacture(); } ``` ### 源码 | Product : 抽象产品 > 创建**抽象产品类** ，定义具体产品的公共接口； ```csharp abstract class Product { public abstract void Show(); } ``` ### 源码 | ProductA / ProductB / ... : 多个具体产品类 > 创建**具体产品类**（继承抽象产品类）， 定义生产的具体产品； - ProductA ```csharp //具体产品A类 class ProductA extends Product { @Override public void Show() { System.out.println("生产出了产品A"); } } ``` - ProductB ```csharp //具体产品B类 class ProductB extends Product { @Override public void Show() { System.out.println("生产出了产品B"); } } ``` ### 源码 | ProductA / ProductB : 具体工厂类 > 创建**具体工厂类**（继承**抽象工厂类**），定义创建对应具体产品实例的方法； - FactoryA ```csharp //工厂A类 - 生产A类产品 class FactoryA extends Factory{ @Override public Product Manufacture() { return new ProductA(); } } ``` - FactoryB ```csharp //工厂B类 - 生产B类产品 class FactoryB extends Factory{ @Override public Product Manufacture() { return new ProductB(); } } ``` ### 源码 | Client > 外界通过调用具体工厂类的方法，从而创建不同具体产品类的实例 ```csharp //生产工作流程 public class Client { public static void main(String[] args){ //客户要产品A FactoryA mFactoryA = new FactoryA(); mFactoryA.Manufacture().Show(); //客户要产品B FactoryB mFactoryB = new FactoryB(); mFactoryB.Manufacture().Show(); } } ``` > out ```csharp 生产出了产品A 生产出了产品C ```