設計模式系列之工廠模式三兄弟(Factory Pattern)
說明：設計模式系列文章是讀劉偉所著《設計模式的藝術之道(軟件開發人員內功修鍊之道)》一書的閱讀筆記。個人感覺這本書講的不錯，有興趣推薦讀一讀。詳細內容也可以看看此書作者的博客//blog.csdn.net/LoveLion/article/details/17517213
工廠模式是最常用的一類創建型設計模式，通常我們所說的工廠模式是指工廠方法模式，它也是使用頻率最高的工廠模式。簡單工廠模式是工廠方法模式的「小弟」，它不屬於GoF23種設計模式，但在軟件開發中應用也較為頻繁，通常將它作為學習其他工廠模式的入門。此外，工廠方法模式還有一位「大哥」——抽象工廠模式。這三種工廠模式各具特色，難度也逐個加大，在軟件開發中它們都得到了廣泛的應用，成為面向對象軟件中常用的創建對象的工具。
簡單工廠模式
簡單工廠模式並不屬於GoF 23個經典設計模式，但通常將它作為學習其他工廠模式的基礎，它的設計思想很簡單。
模式定義
簡單工廠模式(Simple Factory Pattern)：定義一個工廠類，它可以根據參數的不同返回不同類的實例，被創建的實例通常都具有共同的父類。因為在簡單工廠模式中用於創建實例的方法是靜態(static)方法，因此簡單工廠模式又被稱為靜態工廠方法(Static Factory Method)模式，它屬於類創建型模式。
簡單工廠模式的要點在於：當你需要什麼，只需要傳入一個正確的參數，就可以獲取你所需要的對象，而無須知道其創建細節。
模式結構圖
簡單工廠模式結構圖如下所示：
模式偽代碼
在使用簡單工廠模式時，首先需要對產品類進行重構，不能設計一個包羅萬象的產品類，而需根據實際情況設計一個產品層次結構，將所有產品類公共的代碼移至抽象產品類，並在抽象產品類中聲明一些抽象方法，以供不同的具體產品類來實現，典型的抽象產品類代碼如下所示：
public abstract class Product {
// 所有產品的公共屬性
// 所有產品類的公共業務方法
public void methodSame() {
//公共方法的實現
}
// 聲明抽象業務方法
public abstract void methodDiff();
}
在具體產品類中實現了抽象產品類中聲明的抽象業務方法。
public class ConcreteProduct extends Product {
@Override
public void methodDiff() {
// 具體產品業務方法的實現
}
}
簡單工廠模式的核心是工廠類，在沒有工廠類之前，客戶端一般會使用new關鍵字來直接創建產品對象，而在引入工廠類之後，客戶端可以通過工廠類來創建產品，在簡單工廠模式中，工廠類提供了一個靜態工廠方法供客戶端使用，根據所傳入的參數不同可以創建不同的產品對象，典型的工廠類代碼如下所示:
public class Factory {
//靜態工廠方法
public static Product getProduct(String arg) {
Product product = null;
if (arg.equalsIgnoreCase("A")) {
product = new ConcreteProductA();
//初始化設置product
} else if (arg.equalsIgnoreCase("B")) {
product = new ConcreteProductB();
//初始化設置product
}
return product;
}
}
在客戶端代碼中，我們通過調用工廠類的工廠方法即可得到產品對象，典型代碼如下所示：
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Product product;
product = Factory.getProduct("A"); //通過工廠類創建產品對象
product.methodSame();
product.methodDiff();
}
}
模式簡化
有時候，為了簡化簡單工廠模式，我們可以將抽象產品類和工廠類合併，將靜態工廠方法移至抽象產品類中，如下圖所示。
客戶端可以通過產品父類的靜態工廠方法，根據參數的不同創建不同類型的產品子類對象，這種做法在JDK等類庫和框架中也廣泛存在。
比如：java.nio.charset.Charset
public abstract class Charset {
/**
* Returns a charset object for the named charset.
*/
public static Charset forName(String charsetName) {
java.nio.charset.Charset cs = lookup(charsetName);
if (cs != null)
return cs;
throw new UnsupportedCharsetException(charsetName);
}
}
模式小結
簡單工廠模式提供了專門的工廠類用於創建對象，將對象的創建和對象的使用分離開，它作為一種最簡單的工廠模式在軟件開發中得到了較為廣泛的應用。
使用場景：
- 工廠類負責創建的對象比較少，由於創建的對象較少，不會造成工廠方法中的業務邏輯太過複雜。
- 客戶端只知道傳入工廠類的參數，對於如何創建對象並不關心。
工廠方法模式
簡單工廠模式雖然簡單，但存在一個很嚴重的問題。當系統中需要引入新產品時，由於靜態工廠方法通過所傳入參數的不同來創建不同的產品，這必定要修改工廠類的源代碼，將違背「開閉原則」，如何實現增加新產品而不影響已有代碼？工廠方法模式應運而生。
模式定義
在工廠方法模式中，我們不再提供一個統一的工廠類來創建所有的產品對象，而是針對不同的產品提供不同的工廠，系統提供一個與產品等級結構對應的工廠等級結構。工廠方法模式定義如下：
工廠方法模式(Factory Method Pattern)：定義一個用於創建對象的接口，讓子類決定將哪一個類實例化。工廠方法模式讓一個類的實例化延遲到其子類。工廠方法模式又簡稱為工廠模式(Factory Pattern)，又可稱作虛擬構造器模式(Virtual Constructor Pattern)或多態工廠模式(Polymorphic Factory Pattern)。工廠方法模式是一種類創建型模式。
模式結構圖
工廠方法模式提供一個抽象工廠接口來聲明抽象工廠方法，而由其子類來具體實現工廠方法，創建具體的產品對象。工廠方法模式結構如圖所示:
在工廠方法模式結構圖中包含如下幾個角色：
- Product（抽象產品）：它是定義產品的接口，是工廠方法模式所創建對象的超類型，也就是產品對象的公共父類。
- ConcreteProduct（具體產品）：它實現了抽象產品接口，某種類型的具體產品由專門的具體工廠創建，具體工廠和具體產品之間一一對應。
- Factory（抽象工廠）：在抽象工廠類中，聲明了工廠方法(Factory Method)，用於返回一個產品。抽象工廠是工廠方法模式的核心，所有創建對象的工廠類都必須實現該接口。
- ConcreteFactory（具體工廠）：它是抽象工廠類的子類，實現了抽象工廠中定義的工廠方法，並可由客戶端調用，返回一個具體產品類的實例。
模式偽代碼
與簡單工廠模式相比，工廠方法模式最重要的區別是引入了抽象工廠角色，抽象工廠可以是接口，也可以是抽象類或者具體類，其典型代碼如下所示：
public interface Factory {
Product factoryMethod();
}
在抽象工廠中聲明了工廠方法但並未實現工廠方法，具體產品對象的創建由其子類負責，客戶端針對抽象工廠編程，可在運行時再指定具體工廠類，具體工廠類實現了工廠方法，不同的具體工廠可以創建不同的具體產品，其典型代碼如下所示：
public class ConcreteFactory implements Factory {
@Override
public Product factoryMethod() {
return new ConcreteProduct();
}
}
在客戶端代碼中，只需關心工廠類即可，不同的具體工廠可以創建不同的產品，典型的客戶端類代碼片段如下所示:
public class Client {
public static void main(String[] args) {
// 確定是哪個工廠可得到產品
Factory factory = new ConcreteFactory();
// 獲取產品
Product product = factory.factoryMethod();
}
}
模式簡化
有時候，為了進一步簡化客戶端的使用，還可以對客戶端隱藏工廠方法，此時，在工廠類中將直接調用產品類的業務方法，客戶端無須調用工廠方法創建產品，直接通過工廠即可使用所創建的對象中的業務方法。
// 改為抽象類
public class AbstractFactory {
// 在工廠類中直接調用產品類的業務方法
public void productMethod() {
Product product = this.createProduct();
product.method();
}
public abstract Product createProduct();
}
通過將業務方法的調用移入工廠類，可以直接使用工廠對象來調用產品對象的業務方法，客戶端無須直接調用工廠方法，在客戶端並不關心Product細節的情況下使用這種設計方案會更加方便。
模式小結
工廠方法模式能夠讓工廠可以自主確定創建何種產品對象，而如何創建這個對象的細節則完全封裝在具體工廠內部，用戶只需要關心所需產品對應的工廠，無須關心創建細節，甚至無須知道具體產品類的類名。基於工廠角色和產品角色的多態性設計是工廠方法模式的關鍵。
抽象工廠模式
工廠方法模式通過引入工廠等級結構，解決了簡單工廠模式中工廠類職責太重的問題，但由於工廠方法模式中的每個工廠只生產一類產品，可能會導致系統中存在大量的工廠類，勢必會增加系統的開銷。此時，我們可以考慮將一些相關的產品組成一個產品族，由同一個工廠來統一生產，這就是我們本文將要學習的抽象工廠模式的基本思想。
這裡我斗膽舉個例子來說明一下吧，如果不恰當歡迎指出。
眾所周知，國內知名的電器廠有海爾、海信(姑且就認為是2個)，電器廠會生產電視機、電冰箱、空調(姑且就認為是3種產品)。
- 使用工廠方法模式：工廠方法模式中每個工廠只生產一類產品，那麼就必須要有
海爾電視機廠、海爾電冰箱廠、海爾空調廠、海信電視機廠、海信電冰箱廠、海信空調廠 - 使用抽象工廠模式：抽象工廠中每個工廠生產由多種產品組成的”產品族”，那麼就只需要有
海爾工廠、海信工廠就夠了，每個工廠可生產自家的電視機、電冰箱、空調。
由此看出使用抽象工廠模式極大地減少了系統中類的個數。
模式定義
抽象工廠模式為創建一組對象提供了一種解決方案。與工廠方法模式相比，抽象工廠模式中的具體工廠不只是創建一種產品，它負責創建一族產品。抽象工廠模式定義如下：
抽象工廠模式(Abstract Factory Pattern)：提供一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無須指定它們具體的類。抽象工廠模式又稱為Kit模式，它是一種對象創建型模式。
模式結構圖
在抽象工廠模式中，每一個具體工廠都提供了多個工廠方法用於產生多種不同類型的產品，這些產品構成了一個產品族，抽象工廠模式結構如圖所示：
在抽象工廠模式結構圖中包含如下幾個角色：
- AbstractFactory（抽象工廠）：它聲明了一組用於創建一族產品的方法，每一個方法對應一種產品。
- ConcreteFactory（具體工廠）：它實現了在抽象工廠中聲明的創建產品的方法，生成一組具體產品，這些產品構成了一個產品族，每一個產品都位於某個產品等級結構中。
- AbstractProduct（抽象產品）：它為每種產品聲明接口，在抽象產品中聲明了產品所具有的業務方法。
- ConcreteProduct（具體產品）：它定義具體工廠生產的具體產品對象，實現抽象產品接口中聲明的業務方法。
模式偽代碼
在抽象工廠中聲明了多個工廠方法，用於創建不同類型的產品，抽象工廠可以是接口，也可以是抽象類或者具體類，其典型代碼如下所示：
public abstract class AbstractFactory {
public abstract AbstractProductA createProductA();
public abstract AbstractProductB createProductB();
public abstract AbstractProductC createProductC();
}
具體工廠實現了抽象工廠，每一個具體的工廠方法可以返回一個特定的產品對象，而同一個具體工廠所創建的產品對象構成了一個產品族。對於每一個具體工廠類，其典型代碼如下所示：
public class ConcreteFactory1 extends AbstractFactory {
@Override
public AbstractProductA createProductA() {
return new ConcreteProductA1();
}
@Override
public AbstractProductB createProductB() {
return new ConcreteProductB1();
}
@Override
public AbstractProductC createProductC() {
return new ConcreteProductC1();
}
}
模式小結
如果一開始就學習抽象工廠模式估計很難理解為什麼這樣設計，按次序學習分析簡單工廠模式、工廠方法模式、抽象工廠模式基本就順理成章了。實際開發中，可能並不是照搬照套工廠模式三兄弟的偽代碼，大多會簡化其中的部分實現。本來學習設計模式就是重思想，學習如何用抽象類、接口、拆分、組合等將軟件解耦合，並增強系統可擴展性，這才是最關鍵的。
