软件设计模式——工厂模式

摘要

本博文主要介绍软件设计模式中工厂模式，其中工厂设计模式的扩展为简单工厂(Simple Factory)、工厂方法(Factory Method)、抽象工厂(Abstract Factory)三种。

一、简单工厂(Simple Factory)

主要分析设计模式 - 简单工厂(Simple Factory)，它把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个具体子类来实例化，这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。

1.1 简单工厂目的

在创建一个对象时不向客户暴露内部细节，并提供一个创建对象的通用接口。

1.2 简单工厂类图

简单工厂不是设计模式，更像是一种编程习惯。它把实例化的操作单独放到一个类中，这个类就成为简单工厂类，让简单工厂类来决定应该用哪个具体子类来实例化。

这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。因为客户类往往有多个，如果不使用简单工厂，所有的客户类都要知道所有子类的细节。而且一旦子类发生改变，例如增加子类，那么所有的客户类都要进行修改。

1.3 简单工厂实现

public interface Product {
}

public class ConcreteProduct implements Product {
}

public class ConcreteProduct1 implements Product {
}

public class ConcreteProduct2 implements Product {
}

以下的 Client 类中包含了实例化的代码，这是一种错误的实现，如果在客户类中存在实例化代码，就需要将代码放到简单工厂中。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        int type = 1;
        Product product;
        if (type == 1) {
            product = new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            product = new ConcreteProduct2();
        } else {
            product = new ConcreteProduct();
        }
        // do something with the product
    }
}

以下的 SimpleFactory 是简单工厂实现，它被所有需要进行实例化的客户类调用。

public class SimpleFactory {
    public Product createProduct(int type) {
        if (type == 1) {
            return new ConcreteProduct1();
        } else if (type == 2) {
            return new ConcreteProduct2();
        }
        return new ConcreteProduct();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        SimpleFactory simpleFactory = new SimpleFactory();
        Product product = simpleFactory.createProduct(1);
        // do something with the product
    }
}

1.4 简单工厂总结

使用的场景?：创建对象少 : 工厂类负责创建的对象比较少 ; 不关心创建过程 : 客户端只知道传入工厂类的参数 , 对于如何创建对象不关心 ;
本质是什么?：由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例 ;
它解决了什么问题?：让简单工厂类来决定应该用哪个具体子类来实例化，这样做能把客户类和具体子类的实现解耦，客户类不再需要知道有哪些子类以及应当实例化哪个子类。
它体现了设计模式中什么原则?
存在的缺陷? 简单工厂模式优点 : 只需要传入正确的参数 , 就可以获取需要的对象 , 无需知道创建细节 ;工厂类中有必要的判断逻辑 , 可以决定根据当前的参数创建对应的产品实例 , 客户端可以免除直接创建产品对象的责任 ;通过该模式 , 实现了对创建实例和使用实例的责任分割 ;提供专门的工厂类用于创建对象 , 客户端无需知道所创建的产品类的类名 , 只需要知道对应产品类的参数即可创建对象实例 ; 简单工厂模式缺点 : 工厂类职责过重 , 如果要增加新的产品 , 需要修改工厂类的判断逻辑 , 违背 " 开闭原则 " ;
你认为与它相关的设计模式有哪些? 它们之间的区别有哪些?：简单工厂(Simple Factory)、工厂方法(Factory Method)、抽象工厂(Abstract Factory)
开源架构中哪些使用了这一模式? JDK 中的 Calendar 类中，就使用了简单工厂模式

二、工厂方法(Factory Method)

工厂方法(Factory Method)，它定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化操作推迟到子类。

2.1 工厂方法意图

定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化哪个类。工厂方法把实例化操作推迟到子类。

2.2 工厂方法类图

在简单工厂中，创建对象的是另一个类，而在工厂方法中，是由子类来创建对象。下图中，Factory 有一个 doSomething() 方法，这个方法需要用到一个产品对象，这个产品对象由 factoryMethod() 方法创建。该方法是抽象的，需要由子类去实现。

2.3 工厂方法实现

public abstract class Factory {
    abstract public Product factoryMethod();
    public void doSomething() {
        Product product = factoryMethod();
        // do something with the product
    }
}

public class ConcreteFactory extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct();
    }
}

public class ConcreteFactory1 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct1();
    }
}

public class ConcreteFactory2 extends Factory {
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProduct2();
    }
}

2.4 工厂方法总结

使用的场景?
本质是什么?
它解决了什么问题?
它体现了设计模式中什么原则?
存在的缺陷?
你认为与它相关的设计模式有哪些? 它们之间的区别有哪些?
*开源架构中哪些使用了这一模式?

三、抽象工厂(Abstract Factory)

抽象工厂(Abstract Factory)，抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。

3.1 抽象工厂意图

提供一个接口，用于创建相关的对象家族。

3.2 抽象工厂类图

抽象工厂模式创建的是对象家族，也就是很多对象而不是一个对象，并且这些对象是相关的，也就是说必须一起创建出来。而工厂方法模式只是用于创建一个对象，这和抽象工厂模式有很大不同。

抽象工厂模式用到了工厂方法模式来创建单一对象，AbstractFactory 中的 createProductA() 和 createProductB() 方法都是让子类来实现，这两个方法单独来看就是在创建一个对象，这符合工厂方法模式的定义。

至于创建对象的家族这一概念是在 Client 体现，Client 要通过 AbstractFactory 同时调用两个方法来创建出两个对象，在这里这两个对象就有很大的相关性，Client 需要同时创建出这两个对象。

从高层次来看，抽象工厂使用了组合，即 Cilent 组合了 AbstractFactory，而工厂方法模式使用了继承。

3.3 抽象工厂实现

public class AbstractProductA {
}

public class AbstractProductB {
}

public class ProductA1 extends AbstractProductA {
}

public class ProductA2 extends AbstractProductA {
}

public class ProductB1 extends AbstractProductB {
}

public class ProductB2 extends AbstractProductB {
}

public abstract class AbstractFactory {
    abstract AbstractProductA createProductA();
    abstract AbstractProductB createProductB();
}

public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}

public class ConcreteFactory2 extends AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    AbstractProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory abstractFactory = new ConcreteFactory1();
        AbstractProductA productA = abstractFactory.createProductA();
        AbstractProductB productB = abstractFactory.createProductB();
        // do something with productA and productB
    }
}

3.4 抽象工厂总结

使用的场景? 客户端不关心产品实例如何被创建 , 实现等细节 ;强调一系列相关的产品对象 , 一般是同一个产品族 , 一起使用创建对象需要大量重复的代码 ;提供一个产品类的库 , 所有的产品以同样的接口出现 , 使客户端不依赖于具体实现 ;
本质是什么？可以将一组具有同一主题 , 单独的工厂封装起来 ;在使用时 , 客户端创建抽象工厂的实现 , 使用抽象工厂作为接口, 来创建这一主题的对象 ;使用的时候 , 不需要知道从内部工厂方法中获得的对象的具体类型 ;客户端只使用这些对象的通用接口 ;
它解决了什么问题? 一系列相关的产品对象的创建。
它体现了设计模式中什么原则? 遵循的开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）
存在的缺陷? 规定了所有可能被创建的产品集合 , 产品族中扩展新的产品困难 , 需要修改抽象工厂的接口 ;增加了系统的抽象性和理解难度 ;
你认为与它相关的设计模式有哪些? 它们之间的区别有哪些?
开源架构中哪些使用了这一模式?