工厂方法模式（Factory Method Pattern）

介绍：
在简单工厂模式中，我们提到，工厂方法模式是简单工厂模式的一个延伸，它属于Gof23中设计模式的创建型设计模式。它解决的仍然是软件设计中与创建对象有关的问题。它可以更好的处理客户的需求变化。

引入
我们继续来说"new"的问题，我们在简单工厂模式中， 将实例化对象的工作推迟到了专门负责创建对象的工厂类中，这样，在我们事先预知的情况下，可以根据我们的需要动态创建产品类。但是，我们的预知是有限的， 客户的变化可能是无限的。所以，就出现了问题，一旦客户的变化超越了我们的预知，我们就必须修改我们的源代码了。这是设计模式所不允许的，怎么办呢？工厂 方法模式正是解决此类问题的。
问题：具体工厂类的创建工作不能满足我们的要求了，创建的工作变化了
解决思路：哪里变化，封装哪里。把具体工厂封装起来。

定义
工厂方法模式又称为工厂模式，也叫虚拟构造器（Virtual Constructor）模式或者多态工厂模式（Polymorphic Factory）,在工厂方法模式中，父类负责定义创建对象的公共接口，而子类则负责生成具体的对象，这样做的目的是将类的实例化操作延迟到子类中完成， 即由子类来决定究竟应该实例化（创建）哪一个类。

意图
定义一个用户创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，工厂方法模式使一个类的实例化延迟到其子类。

参与者
  • 抽象产品角色（Product）
    定义产品的接口
  • 具体产品角色（ConcreteProduct）
    实现接口Product的具体产品类
  • 抽象工厂角色（Creator）
    声明工厂方法（FactoryMethod），返回一个产品
  • 真实的工厂（ConcreteCreator）
    实现FactoryMethod工厂方法，由客户调用，返回一个产品的实例

工厂方法模式UML图
工厂方法模式UML图

现实生活中的例子
为了方便大家理解，我仍然举穿衣服方面的一个例子。这个例子与简单工厂模式中的那个例子有些不同。
据说清朝有个皇帝穿衣非常的奢侈，每种衣服（具体产品类）由一宫女（具体工厂类）专门负责，这样一来，每增加一种衣服（具体产品类），就要多出一个宫女（具体工厂类），但是他们各负其责，互不影响。皇帝之所以这样做，是因为针对穿衣服这件事来说，可扩展性是非常强的（）。

分析
实现的功能：可以根据皇帝的要求，动态的创建（由宫女去拿）已存在的具体产品（衣服），如果皇帝的要求太苛刻，这种衣服还没有，只需要 增加一个宫女，一个衣服就能够满足他的要求了。每个宫女只负责一种衣服（高内聚），要增加一种衣服，对于以前的所有宫女与衣服来说，都不会受到影响（设计 模式中所期望的）。说到这里，是不是明白了工厂方法模式所能解决的问题及其应用了？呵呵。。你一定在想，比简单工厂模式灵活性高吧。。

抽象工厂角色代码

 1namespace FactoryMethod
 2{
 3    /// <summary>
 4    /// 抽象工厂类,定义产品的接口
 5    /// </summary>
 6    public interface IFactory
 7    {
 8        ICoat CreateCoat();
 9    }
10}

抽象产品角色代码

 1namespace FactoryMethod
 2{
 3    /// <summary>
 4    /// 抽象产品类
 5    /// </summary>
 6    public interface ICoat
 7    {
 8        void ShowCoat();
 9    }
10}

具体工厂角色代码

 1namespace FactoryMethod
 2{
 3    /// <summary>
 4    /// 具体工厂类:用于创建商务上衣类
 5    /// </summary>
 6    public class BusinessFactory:IFactory
 7    {        
 8        public ICoat CreateCoat()
 9        {
10            return new BusinessCoat();
11        }
12    }
13
14    /// <summary>
15    /// 具体工厂类,用于创建时尚上衣
16    /// </summary>
17    public class FashionFactory : IFactory
18    {
19        public ICoat CreateCoat()
20        {
21            return new FashionCoat();
22        }
23    }
24}

具体产品角色代码

 1namespace FactoryMethod
 2{
 3    /// <summary>
 4    /// 具体产品类,商务上衣类
 5    /// </summary>
 6    public class BusinessCoat:ICoat
 7    {
 8        public void ShowCoat()
 9        {
10            Console.WriteLine("这件是商务上衣");
11        }
12    }
13
14    /// <summary>
15    /// 具体产品类,时尚上衣类
16    /// </summary>
17    public class FashionCoat : ICoat
18    {
19        public void ShowCoat()
20        {
21            Console.WriteLine("这件是时尚上衣");
22        }
23    }
24}
25

客户端代码

 1namespace FactoryMethod
 2{
 3    /// <summary>
 4    /// 客户端代码
 5    /// </summary>
 6    class Client
 7    {
 8        static void Main(string[] args)
 9        {
10            //为了方便以后修改,将工厂类的类名写在应用程序配置文件中
11            string factoryName = ConfigurationManager.AppSettings["FactoryName"];
12          
13            IFactory factory = (IFactory)Assembly.Load("ConcreteFactory").CreateInstance("FactoryMethod." + factoryName);
14            
15            ICoat coat = factory.CreateCoat();
16            //显示你要的上衣
17            coat.ShowCoat();
18        }
19    }
20}

客户端代码需要注意的两个地方：
1，把具体工厂类类名称写在了应用程序配置文件中，方便修改
2，用到了反射，利用.NET提供的反射可以根据类名来创建它的实例，非常方便


由反射想到的：
下面这一段内容不是计划要写的。
如果在具体工厂中，每次new的对象都是一个，而且这些类是继承自抽象产品接口的，那么我们用简单工厂模式也 可以实现动态的增加具体产品类。这样来做，在简单工厂模式中最核心的部分----工厂类不要根据传来的条件去动态创建产品类，利用反射机制去创建。把要实 例化的类名放在应用程序配置文件中，呵呵。。这样利用.NET特有的反射就可以用简单工厂模式解决更多的问题了，工厂方法模式的一部分问题也是可以通过 “这样的简单工厂模式”解决的，在需要增加具体产品类时，不用增加具体工厂，是不是简单一些呀。下去试一下。。。

优点：

  • 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。而且如何创建一个具体产品的细节完全封装在具体工厂内部，符合高内聚，低耦合。
  • 在系统中加入新产品时，无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无需修改客户端，也无需修改其他的具体工厂和具体产品，很好的利用了封装和委托。

缺点：

  • 在添加新产品时，需要编写新的具体产品类（其实这不算一个缺点，因为这是不可避免的），要增加与之对应的具体工厂类。

应用情景：

  • 类不知道自己要创建哪一个对象时
  • 类用它的子类来指定创建哪个对象
  • 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候  

工厂方法模式在ASP.NET HTTP通道中的应用，TerryLee在他的那篇文件中写的非常好，推荐去看一下。

参考资料

  • 《深入浅出设计模式(C#/Java版) 》 清华大学出版社 
  • MSDN Webcast  C#面向对象设计模式纵横谈 李建忠老师