工厂模式

转载于http://www.cnblogs.com/zhenyulu/ 代码都是c#的，仅作参考

工厂模式专门负责将大量有共同接口的类实例化。工厂模式可以动态决定将哪一个类实例化，不必事先知道每次要实例化哪一个类。工厂模式有以下几种形态：

• 简单工厂（Simple Factory）模式
• 工厂方法（Factory Method）模式
• 抽象工厂（Abstract Factory）模式

 

简单工厂

一、 简单工厂（Simple Factory）模式

Simple Factory模式根据提供给它的数据，返回几个可能类中的一个类的实例。通常它返回的类都有一个公共的父类和公共的方法。

Simple Factory模式实际上不是GoF 23个设计模式中的一员。

二、 Simple Factory模式角色与结构：

工厂类角色Creator (LightSimpleFactory)：工厂类在客户端的直接控制下（Create方法）创建产品对象。
抽象产品角色Product (Light)：定义简单工厂创建的对象的父类或它们共同拥有的接口。可以是一个类、抽象类或接口。
具体产品角色ConcreteProduct (BulbLight, TubeLight)：定义工厂具体加工出的对象。

三、 程序举例：

using System;

public abstract class Light
{
   public abstract void TurnOn();
   public abstract void TurnOff();
}

public class BulbLight : Light
{
   public override void TurnOn()
   {
      Console.WriteLine("Bulb Light is Turned on");
   }

   public override void TurnOff()
   {
      Console.WriteLine("Bulb Light is Turned off");
   }
}

public class TubeLight : Light
{
   public override void TurnOn()
   {
      Console.WriteLine("Tube Light is Turned on");
   }

   public override void TurnOff()
   {
      Console.WriteLine("Tube Light is Turned off");
   }
}

public class LightSimpleFactory
{
   public Light Create(string LightType)
   {
      if(LightType == "Bulb")
         return new BulbLight();
      else if(LightType == "Tube")
         return new TubeLight();
      else
         return null;
   }
}

public class Client
{
   public static void Main()
   {
      LightSimpleFactory lsf = new LightSimpleFactory();

      Light l = lsf.Create("Bulb");
      l.TurnOn();
      l.TurnOff();

      Console.WriteLine("-----------------");

      l = lsf.Create("Tube");
      l.TurnOn();
      l.TurnOff();
   }
}

 

四、 Simple Factory模式演化

Simple Factory模式演化（一）

除了上面的用法外，在有些情况下Simple Factory可以由抽象产品角色扮演，一个抽象产品类同时是子类的工厂。

程序举例：

using System;

public class Light
{
   public virtual void TurnOn()
   {
   }

   public virtual void TurnOff()
   {
   }

   public static Light Create(string LightType)
   {
      if(LightType == "Bulb")
         return new BulbLight();
      else if(LightType == "Tube")
         return new TubeLight();
      else
         return null;
   }
}

public class BulbLight : Light
{
   public override void TurnOn()
   {
      Console.WriteLine("Bulb Light is Turned on");
   }

   public override void TurnOff()
   {
      Console.WriteLine("Bulb Light is Turned off");
   }
}

public class TubeLight : Light
{
   public override void TurnOn()
   {
      Console.WriteLine("Tube Light is Turned on");
   }

   public override void TurnOff()
   {
      Console.WriteLine("Tube Light is Turned off");
   }
}

public class Client
{
   public static void Main()
   {
      Light l = Light.Create("Bulb");
      l.TurnOn();
      l.TurnOff();

      Console.WriteLine("-----------------");

      l = Light.Create("Tube");
      l.TurnOn();
      l.TurnOff();
   }
}

 

Simple Factory模式演化（二）

三个角色全部合并：

与单件模式（Singleton）相近，但是有区别。

五、 优点与缺点：

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。

缺点： 当产品有复杂的多层等级结构时，工厂类只有自己，以不变应万变，就是模式的缺点。因为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。

同时，系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，有可能造成工厂逻辑过于复杂。

另外，简单工厂模式通常使用静态工厂方法，这使得无法由子类继承，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。

工厂模式

一、 工厂方法（Factory Method）模式

工厂方法（FactoryMethod）模式是类的创建模式，其用意是定义一个创建产品对象的工厂接口，将实际创建工作推迟到子类中。

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有产品的创建，而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口，而不接触哪一个产品类被实例化这种细节。这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。

在Factory Method模式中，工厂类与产品类往往具有平行的等级结构，它们之间一一对应。

二、 Factory Method模式角色与结构：

抽象工厂（Creator）角色：是工厂方法模式的核心，与应用程序无关。任何在模式中创建的对象的工厂类必须实现这个接口。

具体工厂（Concrete Creator）角色：这是实现抽象工厂接口的具体工厂类，包含与应用程序密切相关的逻辑，并且受到应用程序调用以创建产品对象。在上图中有两个这样的角色：BulbCreator与TubeCreator。

抽象产品（Product）角色：工厂方法模式所创建的对象的超类型，也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。在上图中，这个角色是Light。

具体产品（Concrete Product）角色：这个角色实现了抽象产品角色所定义的接口。某具体产品有专门的具体工厂创建，它们之间往往一一对应。

三、 程序举例：

using System;

public abstract   class Light
{
   public abstract void TurnOn();
   public abstract void TurnOff();
}

public class BulbLight : Light
{
   public override void TurnOn()
   { Console.WriteLine("Bulb Light is Turned on"); }

   public override void TurnOff()
   { Console.WriteLine("Bulb Light is Turned off"); }
}

public class TubeLight : Light
{
   public override void TurnOn()
   { Console.WriteLine("Tube Light is Turned on"); }

   public override void TurnOff()
   { Console.WriteLine("Tube Light is Turned off"); }
}

public abstract   class Creator
{
   public abstract Light factory();
}

public class BulbCreator : Creator
{
   public override Light factory()
   { return new BulbLight(); }
}

public class TubeCreator : Creator
{
   public override Light factory()
   { return new TubeLight(); }
}

public class Client
{
   public static void Main()
   {
      Creator c1 = new BulbCreator();
      Creator c2 = new TubeCreator();

      Light l1 = c1.factory();
      Light l2 = c2.factory();

      l1.TurnOn();
      l1.TurnOff();

      Console.WriteLine("-----------------");

      l2.TurnOn();
      l2.TurnOff();
   }
}

 

工厂方法的活动序列图

活动过程包括：

客户端创建BulbCreator对象，客户端持有此对象的类型是Creator，而实际类型是BulbCreator。然后客户端调用BulbCreator的factory方法，之后BulbCreator调用BulbLight的构造函数创造出产品BulbLight对象。

四、 工厂方法模式与简单工厂模式

工厂方法模式与简单工厂模式再结构上的不同不是很明显。工厂方法类的核心是一个抽象工厂类，而简单工厂模式把核心放在一个具体类上。

工厂方法模式之所以有一个别名叫多态性工厂模式是因为具体工厂类都有共同的接口，或者有共同的抽象父类。

当系统扩展需要添加新的产品对象时，仅仅需要添加一个具体对象以及一个具体工厂对象，原有工厂对象不需要进行任何修改，也不需要修改客户端，很好的符合了"开放－封闭"原则。而简单工厂模式在添加新产品对象后不得不修改工厂方法，扩展性不好。

工厂方法模式退化后可以演变成简单工厂模式。

五、 Factory Method模式演化

使用接口或抽象类 抽象工厂角色和抽象场频角色都可以选择由接口或抽象类实现。

使用多个工厂方法 抽象工厂角色可以规定出多于一个的工厂方法，从而使具体工厂角色实现这些不同的工厂方法，这些方法可以提供不同的商业逻辑，以满足提供不同的产品对象的任务。

产品的循环使用 工厂方法总是调用产品类的构造函数以创建一个新的产品实例，然后将这个实例提供给客户端。而在实际情形中，工厂方法所做的事情可以相当复杂。

一个常见的复杂逻辑就是循环使用产品对象。工厂对象将已经创建过的产品登记到一个聚集中，然后根据客户所请求的产品状态，向聚集查询。如果有满足要求的产品对象，就直接将产品返回客户端；如果聚集中没有这样的产品对象，那么就创建一个新的满足要求的产品对象，然后将这个对象登记到聚集中，再返还给客户端。"享元模式（Flyweight Pattern）"就是这样一个模式。

多态性的丧失和模式的退化 一个工厂方法模式的实现依赖于工厂角色和产品角色的多态性。在有些情况下，这个模式可以出现退化。

工厂方法返回的类型应当是抽象类型，而不是具体类型。调用工厂方法的客户端应当依赖抽象产品编程，而不是具体产品。如果工厂仅仅返回一个具体产品对象，便违背了工厂方法的用意，发生退化，这时就不再是工厂模式了。

工厂的等级结构：工厂对象应当有一个抽象的超类型。如果等级结构中只有一个具体工厂类的话，抽象工厂就可以省略，发生了退化。

六、 Factory Method模式与其它模式的关系

与工厂方法模式有关的模式还包括： 模板方法模式、MVC模式、享元模式、备忘录模式

抽象工厂（值得研究）

一、 抽象工厂（Abstract Factory）模式

抽象工厂模式是所有形态的工厂模式中最为抽象和最具一般性的一种形态。

为了方便引进抽象工厂模式，引进一个新概念：产品族（Product Family）。所谓产品族，是指位于不同产品等级结构，功能相关联的产品组成的家族。如图：

图中一共有四个产品族，分布于三个不同的产品等级(这里面的产品等级并不是指某个产品有不同的优劣等级，不要理解为一个工厂就生产一个等级的不同产品，这里面的等级实际就是指不同的产品，如后面例子里的button和text)结构中。只要指明一个产品所处的产品族以及它所属的等级结构，就可以唯一的确定这个产品。

引进抽象工厂模式

所谓的抽象工厂是指一个工厂等级结构可以创建出分属于不同产品等级结构的一个产品族中的所有对象。如果用图来描述的话，如下图：

二、 Abstract Factory模式的结构：

图中描述的东西用产品族描述如下：

抽象工厂（Abstract Factory）角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用系统商业逻辑无关的。

具体工厂（Concrete Factory）角色：这个角色直接在客户端的调用下创建产品的实例。这个角色含有选择合适的产品对象的逻辑，而这个逻辑是与应用系统的商业逻辑紧密相关的。

抽象产品（Abstract 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。

具体产品（Concrete Product）角色：抽象工厂模式所创建的任何产品对象都是某一个具体产品类的实例。这是客户端最终需要的东西，其内部一定充满了应用系统的商业逻辑。

三、 在什么情形下使用抽象工厂模式：

在以下情况下应当考虑使用抽象工厂模式：

• 一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节，这对于所有形态的工厂模式都是重要的。
• 这个系统有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一产品族。
• 同属于同一个产品族的产品是在一起使用的，这一约束必须在系统的设计中体现出来。
• 系统提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于实现。

四、 抽象工厂的起源

据说最早的应用是用来创建在不同操作系统的视窗环境下都能够运行的系统。比如在Windows与Unix系统下都有视窗环境的构件，在每一个操作系统中，都有一个视窗构件组成的构件家族。我们可以通过一个抽象角色给出功能描述，而由具体子类给出不同操作系统下的具体实现，如图：

可以发现上面产品类图有两个产品等级结构，分别是Button与Text；同时有两个产品族：Unix产品族与Windows产品族。

系统对产品对象的创建要求由一个工厂的等级结构满足。其中有两个具体工厂角色，即UnixFactory和WinFactory。UnixFactory对象负责创建Unix产品族中的产品，而WinFactory负责创建Windows产品族中的产品。

显然一个系统只能够在某一个操作系统的视窗环境下运行，而不能同时在不同的操作系统上运行。所以，系统实际上只能消费属于同一个产品族的产品。

在现代的应用中，抽象工厂模式的使用范围已经大大扩大了，不再要求系统只能消费某一个产品族了。

五、 Abstract Factory模式在实际系统中的实现

Herbivore：草食动物 Carnivore：食肉动物 Bison：['baisn]，美洲或欧洲的野牛

下面实际代码演示了一个电脑游戏中创建不同动物的抽象工厂。尽管在不同大陆下动物物种是不一样的，但动物间的关系仍然保留了下来。

// Abstract Factory pattern -- Real World example  
using System;

// "AbstractFactory"
abstract class ContinentFactory
{
  // Methods
  abstract public Herbivore CreateHerbivore();
  abstract public Carnivore CreateCarnivore();
}

// "ConcreteFactory1"
class AfricaFactory : ContinentFactory
{
  // Methods
  override public Herbivore CreateHerbivore()
  { return new Wildebeest(); }

  override public Carnivore CreateCarnivore()
  { return new Lion(); }
}

// "ConcreteFactory2"
class AmericaFactory : ContinentFactory
{
  // Methods
  override public Herbivore CreateHerbivore()
  { return new Bison(); }

  override public Carnivore CreateCarnivore()
  { return new Wolf(); }
}

// "AbstractProductA"
abstract class Herbivore
{
}

// "AbstractProductB"
abstract class Carnivore
{
  // Methods
  abstract public void Eat( Herbivore h );
}

// "ProductA1"
class Wildebeest : Herbivore
{
}

// "ProductB1"
class Lion : Carnivore
{
  // Methods
  override public void Eat( Herbivore h )
  {
    // eat wildebeest
    Console.WriteLine( this + " eats " + h );
  }
}

// "ProductA2"
class Bison : Herbivore
{
}

// "ProductB2"
class Wolf : Carnivore
{
  // Methods
  override public void Eat( Herbivore h )
  {
    // Eat bison
    Console.WriteLine( this + " eats " + h );
  }
}

// "Client"
class AnimalWorld
{
  // Fields
  private Herbivore herbivore;
  private Carnivore carnivore;

  // Constructors
  public AnimalWorld( ContinentFactory factory )
  {
    carnivore = factory.CreateCarnivore();
    herbivore = factory.CreateHerbivore();
  }

  // Methods
  public void RunFoodChain()
  { carnivore.Eat(herbivore); }
}

/**//// <summary>
///  GameApp test class
/// </summary>
class GameApp
{
  public static void Main( string[] args )
  {
    // Create and run the Africa animal world
    ContinentFactory africa = new AfricaFactory();
    AnimalWorld world = new AnimalWorld( africa );
    world.RunFoodChain();

    // Create and run the America animal world
    ContinentFactory america = new AmericaFactory();
    world = new AnimalWorld( america );
    world.RunFoodChain();
  }
}

六、 "开放－封闭"原则

"开放－封闭"原则要求系统对扩展开放，对修改封闭。通过扩展达到增强其功能的目的。对于涉及到多个产品族与多个产品等级结构的系统，其功能增强包括两方面：

增加产品族：Abstract Factory很好的支持了"开放－封闭"原则。

增加新产品的等级结构：需要修改所有的工厂角色，没有很好支持"开放－封闭"原则。

综合起来，抽象工厂模式以一种倾斜的方式支持增加新的产品，它为新产品族的增加提供方便，而不能为新的产品等级结构的增加提供这样的方便。

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参考文献： 阎宏，《Java与模式》，电子工业出版社 [美]James W. Cooper，《C#设计模式》，电子工业出版社 [美]Alan Shalloway  James R. Trott，《Design Patterns Explained》，中国电力出版社 [美]Robert C. Martin，《敏捷软件开发－原则、模式与实践》，清华大学出版社 [美]Don Box, Chris Sells，《.NET本质论 第1卷：公共语言运行库》，中国电力出版社