Java设计模式之工厂模式

工厂模式介绍

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

工厂模式分为三类：

（1）简单工厂（Simple Factory）模式，又称静态工厂方法模式（Static Factory Method Pattern）。
（2）工厂方法（Factory Method）模式，又称多态性工厂（Polymorphic Factory）模式或虚拟构造子（Virtual Constructor）模式；
（3）抽象工厂（Abstract Factory）模式，又称工具箱（Kit 或Toolkit）模式。

注意事项：作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过 new 就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。

（一）简单工厂模式

2.1 简单工厂模式定义

简单工厂模式(Simple Factory Pattern)：又称为静态工厂方法(Static Factory Method)模式，它属于类创建型模式。在简单工厂模式中，可以根据自变量的不同返回不同类的实例。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。

2.2 简单工厂模式角色

（1）工厂类（Creator）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，含有与应用紧密相关的商业逻辑。工厂类在客户端的直接调用下创建产品对象，它往往由一个具体Java 类实现。
（2）抽象产品（Product）角色：担任这个角色的类是工厂方法模式所创建的对象的父类，或它们共同拥有的接口。抽象产品角色可以用一个Java 接口或者Java 抽象类实现。
（3）具体产品（Concrete Product）角色：工厂方法模式所创建的任何对象都是这个角色的实例，具体产品角色由一个具体Java 类实现。

2.3 使用场景：

负责创建的对象比较少，客户只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不关心。容易违反高内聚责任分配原则，所以只在很简单的情况下应用；

2.4 代码举例

抽象产品角色：

具体产品角色：

工厂类角色：

测试方法：

运行结果：

2.5 简单工厂模式优缺点：

优点：

工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品；简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象。
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即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量。
通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。

缺点：

由于工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。
使用简单工厂模式将会增加系统中类的个数，在一定程序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，在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护。
简单工厂模式由于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。

（二）工厂方法模式

3.1 工厂方法模式定义

工厂方法模式是简单工厂方法模式的衍生，它的核心工厂类不再负责产品的创建，这样核心类成为一个抽象工厂角色，仅负责具体工厂子类必须实现的接口，使得系统可以在不修改具体工厂角色的情况下引用新的产品。
在这个模式中，一个抽象工厂对应一个抽象产品，一个具体工厂对应一个具体产品。

3.2 工厂方法模式角色

抽象工厂（Creator)角色：工厂方法模式的核心，任何在模式中创建的对象的工厂必须实现这个接口。
具体工厂（Concrete Creator)角色：实现抽象工厂接口的具体工厂类，包含应用程序的逻辑。
抽象产品（Product)角色：产品对象的共同父类或共同拥有的接口。
具体产品（Concrete Product)角色：实现了抽象产品角色定义的接口，其具体产品有专门的具体工厂创建。

3.3 使用场景：

对于某个产品，调用者清楚知道应该使用哪个具体工厂服务，实例化该具体工厂，生产出具体的产品来；
只是需要一种产品，对于那个工厂生产的并不关心，最终选用哪个具体工厂由生产者一方决定，它根据当前系统的情况来实例化一个具体的工厂返回给使用者，这个决策过程对于使用者来说是透明的。

3.4 代码举例

抽象工厂角色：

具体工厂角色：

抽象产品角色和具体产品角色不变

测试方法：

测试结果：

3.5 工厂方法模式优缺点：

优点：

在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，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，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。

缺点：

在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。
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。