设计模式——工厂方法模式

以简单工厂模式切入（虽然简单工厂模式不是GoF经典模式之一），介绍工厂方法模式。

简单工厂模式

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）又称静态工厂方法（Static Factory Method）模式，属于创建型模式。

简单工厂模式并非GoF 23种经典模式之一。

在简单工厂模式中，可以根据参数的不同返回不同的实例。简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。

角色

1. Factory（工厂角色）

   工厂角色即工厂类，是简单工厂模式的核心，负责实现创建所有实例的内部逻辑；

   工厂类可以被外界直接调用，创建所需的产品对象；

   在工厂类中提供了静态的工厂方法factoryMethod()，它返回一个抽象产品类Product，所有的具体产品都是抽象产品的子类。

2. Product（抽象产品角色）

   抽象产品角色是简单工厂模式所创建的所有对象的父类，负责描述所有实例所共有的公共接口；

   它的引入将提高系统的灵活性，使得在工厂类中只需定义一个工厂方法，因为所有创建的具体产品对象都是其子类对象。

3. Concrete Product（具体产品角色）

   具体产品角色是简单工厂模式的创建目标，所有创建的对象都充当这个角色的某个具体类的实例；

   每个具体产品角色都继承了抽象产品角色，需要实现定义在抽象产品中的抽象方法。

类图

image.png

实例

定义一个抽象产品角色

public interface Phone {
    public void get();
}

定义两个具体产品，实现抽象产品接口

public class Huawei implements Phone {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("Get the Huawei phone.");
    }
}

public class iPhone implements Phone {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("Get the iPhone.");
    }
}

再定义一个工厂类负责创建实例

public class PhoneFactory {
    public static Phone producePhone(String brand) throws Exception {
        if (brand.equalsIgnoreCase("Huawei")) {
            System.out.println("A Huawei phone have been produced.");
            return new Huawei();
        } else if (brand.equalsIgnoreCase("iPhone")) {
            System.out.println("An iPhone have been produced.");
            return new iPhone();
        } else {
            throw new Exception("Sorry,the product of this brand can not be produced.");
        }
    }
}

客户端测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Phone phone = PhoneFactory.producePhone("iphone");
            phone.get();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

此时运行结果为

An iPhone have been produced.
Get the iPhone.

若将品牌改为huawei，则结果如下

A Huawei phone have been produced.
Get the Huawei phone.

若改为一个不存在的品牌，如boluo，则结果如下

java.lang.Exception: Sorry,the product of this brand can not be produced.
	at wyp.CreationalPatterns.SimpleFactoryPattern.Factory.PhoneFactory.producePhone(PhoneFactory.java:16)
	at wyp.CreationalPatterns.SimpleFactoryPattern.Client.main(Client.java:9)

模式优缺点

优点

• 免除了客户端直接创建产品对象的责任，仅仅”消费“产品，实现了责任的分割；
• 客户端无须知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数；
• 可以引入配置文件，再不修改客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类。

缺点

• 工厂类集中了所有产品的创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响；
• 使用该模式会增加系统中类的个数，一定程度上增加了系统的复杂度和理解难度；
• 系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，不利于系统的维护；
• 该模式使用了静态工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构，无法像产品类一样定义一个抽象层，也无法通过具体类进行扩展。

工厂方法模式

工厂方法模式（Factory Method Pattern）又称虚拟构造器（Virtual Constructor）模式或多态工厂（Polymorphic Factory）模式，属于创建型模式。

工厂方法模式中，工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类负责生成具体的产品对象，将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成，即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪个具体产品类。

角色

1. Product（抽象产品）

   抽象产品是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的共同父类或接口。

2. Concrete Product（具体产品）

   具体产品实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，它们之间一一对应。

3. Factory（抽象工厂）

   抽象工厂中声明了工厂方法，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，它与程序无关。任何在模式中创建对象的工厂类都必须实现该接口。

4. Concrete Factory（具体工厂）

   具体工厂是抽象工厂的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户调用，返回一个具体产品类的实例。具体工厂中包含与程序密切相关的逻辑，并接受程序调用以创建产品对象。

类图

image.png

实例

定义抽象产品类

public interface Phone {
    public void get();
}

定义两个具体产品类

public class Huawei implements Phone {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("Get the Huawei phone.");
    }
}

public class iPhone implements Phone {
    @Override
    public void get() {
        System.out.println("Get the iPhone.");
    }
}

定义抽象工厂类

public interface PhoneFactory {
    public Phone producePhone();
}

定义与具体产品类对应的具体工厂类

public class HuaweiFactory implements PhoneFactory {
    @Override
    public Phone producePhone() {
        System.out.println("A Huawei phone have been produced.");
        return new Huawei();
    }
}

public class iPhoneFactory implements PhoneFactory {
    @Override
    public Phone producePhone() {
        System.out.println("An iPhone have been produced.");
        return new iPhone();
    }
}

客户端测试类

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        HuaweiFactory huaweiFactory = new HuaweiFactory();
        Phone phone1 = huaweiFactory.producePhone();
        phone1.get();

        iPhoneFactory iPhoneFactory = new iPhoneFactory();
        Phone phone2 = iPhoneFactory.producePhone();
        phone2.get();
    }
}

此时运行结果为

A Huawei phone have been produced.
Get the Huawei phone.
An iPhone have been produced.
Get the iPhone.

若要增加新产品，只需创建一个新的具体产品类实现抽象产品接口，并创建与之对应的具体工厂类实现抽象工厂接口即可。

模式优缺点

优点

• 在该模式中，工厂方法用来创建客户所需的产品，同时向客户隐藏了哪种具体产品将被实例化这一细节，用户只需关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节与具体产品类的类名；
• 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是该模式的关键，能够使工厂自主确定创建何种产品对象；
• 在加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，只要添加一个具体工厂和具体产品即可。这样增强了系统的扩展性，完全符合开闭原则。

缺点

• 添加新产品时需要编写新的具体产品类和与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，一定程度上增加了系统的复杂度，有额外的类需要编译和运行，给系统带来了额外的开销；
• 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。