设计模式之工厂模式

工厂模式

一：简单工厂模式

1. 问题的引出

我们打算做一个制作pizza的系统，从订购到出货，初始代码如下：

public class Pizza{
    Pizza orderPizza(String type){
        Pizza pizza;
        // 会引起代码变化的部分
        if(type.equals("cheese")){
            pizza =new CheesePizza();
        }else if (type.equals("greek")){
            pizza=new GreekPizza();
        }else if(type.equals("pepperoni")){
            pizza=new pepperoniPizza();
        }
     //不需要改变的部分代码  这是对pizza的一系列处理
     pizza.prepare();
     pizza.bake();
     pizza.cut();
     pizza.box();
     return pizza;
    }
}  

客户端通过调用pizza类的orderPizza方法来创建pizza，根据type的不同来获取不同种类的pizza，然而以上的设计存在着很多问题：

1. Pizza类中存在大量的if-else,使得整个类的代码冗长，既不容易测试又很影响性能 ，程序运行中需要做大量的条件判断。
2. 当需要增加新的pizza的时候，必须修改Pizza类的源代码，违反了开闭原则。
3. 客户端只能通过new关键字来创建对象，使得Pizza类和客户端耦合度很高，违反了迪米特法则。

因此我们引出了简单工厂模式,此模式能在一定程度上解决这个问题。

2. 简单工厂模式概述

简单工厂模式不属于GoF23个经典设计模式，但它是学习工厂模式的基础，其思想：首先将需要创建的各种对象（各种风味pizza）封装到不同对象中，这些类称为具体产品类，将公共部分提取到抽象产品类，然后提供一个工厂类用于创建各种产品，在工厂类中提供创建产品的工厂方法，根据参数获取不同的产品对象。

其定义如下：

简单工厂模式(Simple Factory Pattern)：定义一个工厂类，它可以根据参数的不同返回不同类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。因为在简单工厂模式中用于创建实例的方法是静态(static)方法，因此简单工厂模式又被称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。

3. 简单工厂模式结构图

4. 简单工厂模式角色

• Factory(工厂角色)：即工厂类，负责创建所有产品实例的内部逻辑，其中提供了静态的工厂方法factoryMethod(),外界直接调用此方法来返回抽象产品类型。
• Product(抽象产品角色)：工厂类所创建的所有对象的基类，也是工厂类返回类型，符合依赖倒转原则以及开闭原则，封装了各种产品对象的公共方法。
• ProductA(具体产品角色)：由简单工厂创建得到，每个具体产品都继承或实现了抽象产品角色

在简单工厂模式中

5.简单工厂模式解决上述问题

抽象产品角色：

public interface IPizza {
    void prepare();
    void bake();
    void cut();
    void box();
}

具体产品A：

public class PizzaA implements IPizza {
    @Override
    public void prepare() {
    }
    @Override
    public void bake() {
    }
    @Override
    public void cut() {
    }
    @Override
    public void box() {
    }
}

具体产品B：

public class PizzaB implements IPizza {
    @Override
    public void prepare() {
    }
    @Override
    public void bake() {
    }
    @Override
    public void cut() {
    }
    @Override
    public void box() {
    }
}

工厂角色：

public class SimplePizzaFactory {
    public static IPizza  createPizza(String type){
        IPizza pizza=null;
        if(type.equals("A")){
            pizza =new PizzaA();
        }else if (type.equals("B")){
            pizza=new PizzaB();
        }
        return pizza;
    }
}

客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        IPizza pizza = SimplePizzaFactory.createPizza("A");
        // 创建pizza之后的工作
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
    }
}

6：简单工厂模式总结

优点：

• 简单工厂模式使得对象的创建和使用分离开来。
• 简单工厂模式将创建对象的复杂逻辑封装起来。
• 使用者只需要传入参数即可获得对应的产品。

缺点：

• 违背开闭原则，一旦假如了新的产品就必须要更改工厂创建产品的逻辑。
• 工厂类集中所有产品的创建过程，一旦类不能正常工作，将引起整个系统的故障。

二：工厂方法模式

1.问题的引出

简单工厂模式虽然解决了产品对象的创建问题，但是仍然存在很大的设计问题:当添加新的产品时候，必须通过修改客户端传过去的类型参数，其次还需要修改工厂中的if-else逻辑，显然违反了开闭原则，此外简单工厂模式所有的产品都是同一个工厂所创，工厂类职责很重，违反了单一职责原则，因此将引出第二种工厂模式->工厂方法模式。

2.工厂方法模式概述

不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同的产品提供不同的工厂，系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构，工厂方法模式定义如下：

工厂方法模式(Factory Method Pattern)：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工厂方法模式又简称为工厂模式(Factory Pattern)，又可称作虚拟构造器模式(Virtual Constructor Pattern)或多态工厂模式(Polymorphic Factory Pattern)。工厂方法模式是一种类创建型模式。

3.工厂方法模式结构图

4.工厂方法模式角色

• Product(抽象产品角色)：用来定义产品的接口，是产品对象的基类。
• ProductB(具体产品)：实现了抽象产品接口
• Factory(抽象工厂)：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，所有的工厂类都必须实现此方法。
• ProductAFactory(具体工厂):是抽象工厂子类，实现抽象工厂方法，返回具体的产品实例

5.工厂方法模式解决上述问题

结构如图：

代码如下：

抽象产品角色：

public interface Pizza {
    // 准备
    void prepare();
    // 烘烤
    void bake();
    // 切
    void cut();
    // 装盒
    void box();
}

具体产品角色：

public class PizzaA implements Pizza {

    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("pizzaA开始准备");
    }

    @Override
    public void bake() {
        System.out.println("pizzaA开始烘烤");
    }

    @Override
    public void cut() {
        System.out.println("pizzaA开始切");
    }

    @Override
    public void box() {
        System.out.println("pizzaA开始装盒");
    }
}

public class PizzaB implements Pizza {
    @Override
    public void prepare() {
        System.out.println("pizzaB开始准备");
    }

    @Override
    public void bake() {
        System.out.println("pizzaB开始烘烤");
    }

    @Override
    public void cut() {
        System.out.println("pizzaB开始切");
    }

    @Override
    public void box() {
        System.out.println("pizzaB开始装盒");
    }
}

抽象工厂：

public interface PizzaFactory {
    Pizza createPizza();
}

具体工厂角色:

public class PizzaAFactory implements PizzaFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new PizzaA();
    }
}

public class PizzaBFactory implements PizzaFactory {
    @Override
    public Pizza createPizza() {
        return new PizzaB();
    }
}

客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 针对抽象编程 PizzaAFactory可根据DI（依赖注入）进去
        // 整个客户端就不需要对修改变化，全部是针对抽象编程
        PizzaFactory factory = new PizzaAFactory();
        Pizza pizza  = factory.createPizza();
        pizza.prepare();
        pizza.bake();
        pizza.cut();
        pizza.box();
    }
}

6.工厂方法模式总结

优点：

• 对客户端隐藏了具体产品的创建细节，无需知道传入什么参数进去。
• 假如新产品时候，不需要更改客户端以及抽象产品角色以及抽象工厂角色，只需要添加新的工厂类以及具体产品即可，完全符合开闭原则。

缺点：

• 如果产品的个数种类很多，那么必然会出现大量的具体工厂类，增加了系统的复杂度，会给系统带来额外的开销。

三：抽象工厂模式

1.问题的引出

工厂方法通过引入工厂等级结构，解决简单工厂职责过重（所有的产品都在一个工厂里产生）的问题，但是工厂方法会额外产生大量的工厂类，ProductA、ProductB、ProductC........,会给系统带来很大的开销，因此我们可以将相同类型的产品组成产品族，由同一个工厂生产，即抽象工厂模式的核心。

2.抽象工厂模式概述

抽象工厂模式为创建一组对象提供了解决方案，与工厂方法模式相比，抽象工厂模式中的工厂负责创建一组，其定义如下：

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，而无须指定它们具体的类。抽象工厂模式又称为Kit模式，它是一种对象创建型模式。

3.抽象工厂结构图

• AbstractFactory(抽象工厂)：声明了一族产品的方法，每个方法对应一种产品。
• Factory1（具体工厂）：，实现了抽象工厂中的方法，生成一组具体产品，这些产品构成了产品族，某个产品都位于某个产品等级中。
• AbstractProductA:不同产品实现或继承不同的产品接口。
• ProductA:具体产品，实现抽象产品中的方法。

4.抽象工厂模式实例

场景如下：为了保证客户的实用安全，确保原料一致，所以需要一个工厂来生产原料，即此工厂负责原料家族中的每种原料，即工厂需要生产面团、酱料、芝士等，但是不同区域的风味不一致，抽象工厂模式设计如下图：

代码如下：

AbstractFactory(抽象工厂角色)：

//原料生产工厂 每个区域的原料工厂都需要实现此接口
public abstract class PizzaIngredientFactory {
    //每个原料都有一个对应的方法创建该原料
    // 生产面团
    abstract Dough createDough();
    // 生产酱
    abstract Sauce createSauce();
}

具体工厂：纽约原料加工厂

// 纽约原料工厂
public class NYPizzaIngredientFactory extends PizzaIngredientFactory {
    @Override
    Dough createDough() {
        return new DoughA();
    }

    @Override
    Sauce createSauce() {
        return new SauceA();
    }
}

具体工厂：中国原料加工厂

// 中国原料工厂
public class ChinaIngredientFactory extends PizzaIngredientFactory {
    @Override
    Dough createDough() {
        return new DoughB();
    }

    @Override
    Sauce createSauce() {
        return new SauceB();
    }
}

抽象产品角色：面团

// 面团
public interface  Dough {
}

抽象产品角色：酱料

// 酱料
public  interface Sauce {
}

具体产品角色：面团A

public class DoughA implements Dough{
}

具体产品角色：面团B

public class DoughB implements Dough{
}

具体产品角色：酱料A

public class SauceA implements Sauce {
}

具体产品角色：酱料B

public class SauceB implements Sauce {
}

5.抽象工厂方法总结

我们可以发现要是在增加新的产品族很方便，只需要扩展新的具体工厂，但是要扩展产品的等级结构（在抽象工厂中加入新的原料），会发现完全违背开闭原则，修改量巨大，抽象工厂的产品等级结构以工厂方法模式形式呈现，同样的产品族也是以工厂方法模式形式呈现，而产品族依赖产品等级结构，也就是说一旦产品等级结构是稳定不变的，那么整个抽象工厂就是很稳定的。

优点：

• 增加新的产品族很方便，完全符合对修改关闭
• 我们要替换整个产品线的话是非常容易的，只需要修改对应的具体工厂即可。

缺点：

• 增加新的产品等级结构需要修改大量的代码，完全违背开闭原则。

四：简单工厂VS工厂方法 && 工厂方法模式VS抽象工厂模式

先来回顾一下这三者的结构图：

简单工厂模式：

工厂方法模式：

抽象工厂模式：

简单工厂模式VS工厂方法模式

• 简单工厂模式把所有产品都放在一个工厂里生产。
• 简单工厂违背开闭原则。
• 工厂方法模式将产品的具体实现推迟到子类中，且针对每个产品都有对应的实现。
• 工厂方法模式符合开闭原则。

工厂方法模式VS抽象工厂模式

• 抽象工厂在产品族上符合开闭原则，但是在产品等级结构上违背开闭原则。
• 抽象工厂将一系类的产品组合起来，很明显符合组合复用原则。
• 抽象工厂可以看做是工厂方法的变形。相对于产品族来说，是工厂方法模式，相对于产品等级结构来说，也是工厂方法模式。