【设计模式】工厂模式详解
1.简介
工厂模式是一种创建型设计模式，通过提供一个接口或抽象类来创建对象，而不是直接实例化对象。工厂模式的主要思想是将对象的创建与使用分离，使得创建对象的过程更加灵活和可扩展。
工厂模式主要包括以下角色：
- 抽象工厂（Abstract Factory）：定义了一个创建产品对象的接口，可以包含多个方法来创建不同类型的产品。
- 具体工厂（Concrete Factory）：实现抽象工厂接口，负责实例化具体的产品对象。
- 抽象产品（Abstract Product）：定义了产品的接口或抽象类，是工厂方法和抽象工厂模式中的基础。
- 具体产品（Concrete Product）：实现抽象产品接口，具体定义产品的功能和行为。
2.简单工厂模式
简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：由一个工厂类根据传入的参数决定创建哪一种产品类的实例。它通常包含一个静态方法，这个方法根据参数创建相应的对象。
定义一个简单的例子：电脑有很多品牌，如惠普电脑、联想电脑，如果需要创建这两个对象时，主动new出来，使用了简单工厂模式后，可以把创建的动作交给工厂类，只需要指定参数即可获取对应的对象。
实现方法
- 编写产品类
首先创建一个Computer接口，不同的产品实现这一接口
// 定义抽象产品接口 public interface Computer { void compute(); } // 定义具体产品，实现该接口 public class HPComputer implements Computer{ @Override public void compute() { System.out.println("我是惠普电脑"); } } public class LenovoComputer implements Computer{ @Override public void compute() { System.out.println("我是联想电脑"); } } - 编写工厂类
简单工厂模式不存在抽象工厂，只需编写一个工厂类即可。
// 根据传入的参数创建对应产品 public class SimpleFactory { public static Computer createProduct(String type) { if (type.equals("HP")) { return new HPComputer(); } else if (type.equals("Lenovo")) { return new LenovoComputer(); } else { throw new IllegalArgumentException("该类型无法被生产"); } } } - 测试类使用工厂创建产品
public class Main { public static void main(String[] args) { // 创建HP电脑 Computer hp = SimpleFactory.createProduct("HP"); // 创建Lenovo电脑 Computer lenovo = SimpleFactory.createProduct("Lenovo"); hp.compute(); lenovo.compute(); } } 输出结果如下：
小结
简单工厂模式虽然实现比较简单，但是工厂类的职责过重，增加新的产品类型需要修改工厂类，违背了开闭原则。
开闭原则： 软件实体（类、模块、函数等）应该对扩展开放，对修改关闭。
对扩展开放（Open for extension）：软件实体应该允许在不改变其现有代码的情况下，通过增加新功能来对其进行扩展。也就是说，当软件的需求发生变化时，我们应该能够通过添加新代码来满足这些需求，而不需要修改已有的代码。
对修改关闭（Closed for modification）：一旦软件实体被开发完成并投入使用，其源代码就不应该再被修改。这可以防止对现有功能的破坏，减少引入新的错误的风险，并使软件更加稳定和可维护。
3.工厂方法模式
工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义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推迟到子类。
实现方法
- 编写产品类
// 定义抽象产品接口 public interface Computer { void compute(); } // 定义具体产品，实现该接口 public class HPComputer implements Computer{ @Override public void compute() { System.out.println("我是惠普电脑"); } } public class LenovoComputer implements Computer{ @Override public void compute() { System.out.println("我是联想电脑"); } } - 编写工厂类
需要定义一个抽象工厂，然后由具体工厂创建对应的产品。
// 定义抽象工厂 public interface ComputerFactory { Computer createComputer(); } // 定义HP工厂 public class HPComputerFactory implements ComputerFactory{ @Override public Computer createComputer() { return new HPComputer(); } } // 定义Lenovo工厂 public class LenovoComputerFactory implements ComputerFactory{ @Override public Computer createComputer() { return new LenovoComputer(); } } - 测试类使用不同的具体工厂创建产品
public class Main { public static void main(String[] args) { // 创建HP电脑 HPComputerFactory hpFactory = new HPComputerFactory(); Computer hpComputer = hpFactory.createComputer(); hpComputer.compute(); // 创建Lenovo电脑 LenovoComputerFactory lenovoFactory = new LenovoComputerFactory(); Computer lenovoComputer = lenovoFactory.createComputer(); lenovoComputer.compute(); } } 输出结果如下：
小结
优点：
- 遵循开闭原则，新增产品时不需要修改现有系统代码，只需要添加新的具体工厂和具体产品类。
- 更符合单一职责原则，每个具体工厂类只负责创建一种产品。
缺点：
- 增加了系统复杂度，需要增加额外的类和接口。
4.抽象工厂模式
抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。适用于产品族的场景，即多个产品等级结构中相关的产品需要一起创建和使用。
产品等级结构： 指产品的继承结构，例如一个电脑抽象类，它有HP电脑、Lenovo电脑等实现类，那么这个电脑抽象类和他的实现类就构成了一个产品等级结构。
产品族： 产品族是指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。比如，Lenovo除了生产电脑还可以生产打印机等其他产品。
实现方法
- 编写产品类
// 定义电脑抽象产品接口 public interface Computer { void compute(); } // 定义电脑具体产品，实现该接口 public class HPComputer implements Computer{ @Override public void compute() { System.out.println("我是惠普电脑"); } } public class LenovoComputer implements Computer{ @Override public void compute() { System.out.println("我是联想电脑"); } } // 定义打印机抽象产品接口 public interface Printer { void print(); } // 定义打印机具体产品，实现该接口 public class HPPrinter implements Printer { @Override public void print() { System.out.println("我是惠普打印机"); } } public class LenovoPrinter implements Printer{ @Override public void print() { System.out.println("我是联想打印机"); } } - 编写工厂类
定义一个抽象工厂，该工厂可以创建多个产品。
// 定义抽象工厂 public interface AbstractFactory { Computer createComputer(); Printer createPrinter(); } // 定义HP工厂 public class HPFactory implements AbstractFactory{ @Override public Computer createComputer() { return new HPComputer(); } @Override public Printer createPrinter() { return new HPPrinter(); } } // 定义Lenovo工厂 public class LenovoFactory implements AbstractFactory { @Override public Computer createComputer() { return new LenovoComputer(); } @Override public Printer createPrinter() { return new LenovoPrinter(); } } - 测试类使用不同的具体工厂创建产品
public class Main { public static void main(String[] args) { HPFactory hpFactory = new HPFactory(); Computer hpComputer = hpFactory.createComputer(); Printer hpPrinter = hpFactory.createPrinter(); hpComputer.compute(); hpPrinter.print(); System.out.println("==============="); LenovoFactory lenovoFactory = new LenovoFactory(); Computer lenovoComputer = lenovoFactory.createComputer(); Printer lenovoPrinter = lenovoFactory.createPrinter(); lenovoComputer.compute(); lenovoPrinter.print(); } } 输出结果如下：
小结
优点：
- 符合开闭原则，新增产品族时无需修改现有系统代码。
- 符合单一职责原则，每个具体工厂类只负责创建一类产品族。
- 保证产品族的一致性，同一个工厂创建的产品是属于同一个产品族的。
缺点：
- 增加了系统的复杂度。修改产品族时，需要修改所有具体工厂类，扩展性稍差。
5.总结
适用场景：
简单工厂模式：适用于产品种类较少，客户端只需根据参数获得具体产品的简单场景。适合产品种类不经常变化的场合。
工厂方法模式：适用于产品种类较多，每个产品有相应的具体工厂类。适合需要扩展新产品，且不希望修改现有代码的场合。
抽象工厂模式：适用于产品族较多，每个产品族中包含多个相关产品。适合创建一系列相关或相互依赖的产品，且希望统一管理产品族的场合。