设计模式学习笔记四------工厂方法模式

设计原则：

要依赖抽象，不要依赖具体类

目录

本文的结构如下：

• 什么是工厂方法模式
• 为什么要用该模式
• 模式的结构
• 代码示例
• 优点和缺点
• 适用环境
• 模式应用
• 模式扩展
• 总结

一、前言

简单工厂模式虽然简单，但存在一个很严重的问题。当系统中需要引入新产品时，由于静态工厂方法通过所传入参数的不同来创建不同的产品，这必定要修改工厂类的源代码，将违背“开闭原则”，如何实现增加新产品而不影响已有代码？工厂方法模式应运而生，本文将介绍第二种工厂模式——工厂方法模式。

二、什么是工厂方法模式

工厂方法模式(Factory Method Pattern)又称为工厂模式，也叫虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式，它属于类创建型模式。在工厂方法模式中，工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象，这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成，即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。

三、为什么要用该模式

3.1、官方解释

在简单工厂模式中只提供一个工厂类，该工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置，它需要知道每一个产品对象的创建细节，并决定何时实例化哪一个产品类。简单工厂模式最大的缺点是当有新产品要加入到系统中时，必须修改工厂类，需要在其中加入必要的业务逻辑，这违背了“开闭原则”。

此外，在简单工厂模式中，所有的产品都由同一个工厂创建，工厂类职责较重，业务逻辑较为复杂，具体产品与工厂类之间的耦合度高，严重影响了系统的灵活性和扩展性，而工厂方法模式则可以很好地解决这一问题。

在工厂方法模式中，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。

3.2、举个例子

还是用蛋糕店的例子说明一下。

你的蛋糕店很火热，每天前来买蛋糕的人络绎不绝，碰到休息日，更是火爆到不行，排队的人都排到了“金拱门”的门口，忙碌的你富有冲劲，决定掏开腰包，在另一个火爆地段–一所大学的门口再开一家分店，并且因为大学旁边学生较多，你打算做一些改良，让新开的分店蛋糕的口味更适合年轻人。忙碌富裕的你决定再找个程序猿来帮忙设计代码，但你就是葛朗台，你开的价钱太低，你只给10RMB，没有人肯干这个活，心好的我再次被你请来。

你给我说了你的想法，我心里一阵窃喜，这可以用上次get的简单工厂模式啊，于是我是这样设计的：

/**
 * Created by w1992wishes on 2017/10/31.
 */
public class SimpleCakeFacroty {
    public static Cake createCake(String location, String type){
        Cake cake;
        if ("center".equalsIgnoreCase(location)){
            if ("cheese".equals(type)) {
                cake = new CenterCheeseCake();
            } else if ("fruit".equals(type)) {
                cake = new CenterFruitCake();
            } else if ("cream".equals(type)) {
                cake = new CenterCreamCake();
            } else {
                cake = new CenterDefaultCake();
            }
        }else if("college".equalsIgnoreCase(location)){
            if ("cheese".equals(type)) {
                cake = new CollegeCheeseCake();
            } else if ("fruit".equals(type)) {
                cake = new CollegeFruitCake();
            } else if ("cream".equals(type)) {
                cake = new CollegeCreamCake();
            } else {
                cake = new CollegeDefaultCake();
            }
        }else if("other".equalsIgnoreCase(location)){
            if ("cheese".equals(type)) {
                cake = new OtherCheeseCake();
            } else if ("fruit".equals(type)) {
                cake = new OtherFruitCake();
            } else if ("cream".equals(type)) {
                cake = new OtherCreamCake();
            } else {
                cake = new OtherDefaultCake();
            }
        }
        return cake;
    }
}

所以CakeStore是这样的：

public class CakeStore {
    public Cake orderCake(String location, String type) {
        Cake cake;
        cake = SimpleCakeFacroty.createCake(location, type);
        cake.bake();
        cake.box();
        return cake;
    }
}

一个上午的功夫，我认真写出这段代码，带着满满的成就感把它交给了你，你拍了拍手上的面粉，结果后只瞥了一眼，就喷着口水对我说：“你写的代码就是一堆狗屎。”

没有任何犹豫，你再次辞退了我，但你的职业精神我很敬佩，在我垂头丧气离开之前，你没有给我10RMB的报酬，而是咬着牙对我说：

虽然你用了简单工厂模式，实现了蛋糕的创建和消费分离，但是这里却存在严重问题：

1. 大量的if…else…相互嵌套，逻辑复杂，代码不直观，导致维护和测试都很困难，这真是最糟糕的代码；
2. 扩展不灵活，必须修改静态工厂方法的业务逻辑，违反了“开闭原则”。
3. 工厂方法和具体的蛋糕类严重耦合，而且具体的蛋糕类特别多，严重违背了“要依赖抽象，不要依赖具体”的设计原则。
4. ……

怎么解决这个问题呢？工厂方法模式正好合适。具体代码呢？先等介绍完工厂方法模式的结构再看啦。

四、模式的结构

在工厂方法模式结构图中包含如下几个角色：

• Factory（抽象工厂类）：在抽象工厂类中，声明了工厂方法(Factory Method)，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。
• ConcreteFactory（具体工厂类）：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。
• Product（抽象产品类）：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的公共父类。
• ConcreteProduct（具体产品类）：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品之间一一对应。

与简单工厂模式相比，工厂方法模式最重要的区别是引入了抽象工厂角色，抽象工厂可以是接口，也可以是抽象类或者具体类。

五、代码示例

首先定义一个抽象工厂，这个抽象工厂有一个抽象方法用于生产具体产品：

/**
 * Created by w1992wishes on 2017/11/01.
 */
public abstract class CakeStore {
    public Cake orderCake(String type) {
        Cake cake;
        cake = createCake(type);
        cake.bake();
        cake.box();
        return cake;
    }

    protected abstract Cake createCake(String type);
}

在抽象工厂中声明了工厂方法但并未实现工厂方法，具体产品对象的创建由其子类负责，客户端针对抽象工厂编程，可在运行时再指定具体工厂类，具体工厂类实现了工厂方法，不同的具体工厂可以创建不同的具体产品。

/**
 * Created by w1992wishes on 2017/11/1.
 */
public class CenterCakeStore extends CakeStore {
    @Override
    protected Cake createCake(String type) {
        Cake cake = null;
        if ("cheese".equals(type)) {
            cake = new CenterCheeseCake();
        } else if ("fruit".equals(type)) {
            cake = new CenterFruitCake();
        } else if ("cream".equals(type)) {
            cake = new CenterCreamCake();
        }
        return cake;
    }
}
/**
 * Created by w1992wishes on 2017/11/1.
 */
public class CollegeCakeStore extends CakeStore {
    @Override
    protected Cake createCake(String type) {
        Cake cake = null;
        if ("cheese".equals(type)) {
            cake = new CollegeCheeseCake();
        } else if ("fruit".equals(type)) {
            cake = new CollegeFruitCake();
        } else if ("cream".equals(type)) {
            cake = new CollegeCreamCake();
        }
        return cake;
    }
}

抽象产品：

/**
 * Created by w1992wishes on 2017/11/01.
 */
public abstract class Cake {
    void prepare(){
        System.out.println("step 1......");
        System.out.println("step 2......");
        System.out.println("step 3......");
        System.out.println("step 4......");
    }
    void bake(){
        System.out.println("bake");
    }
    void box(){
        System.out.println("box");
    }
}

具体产品有自己独有的bake()，box()方法：

 * Created by w1992wishes on 2017/10/31.
 */
public class CenterCheeseCake extends Cake {
    public CenterCheeseCake(){
        name = "center cheese cake";
    }
    @Override
    public void bake(){
        System.out.println("不用烘箱，我要用火烤！");
    }
}
/**
 * Created by w1992wishes on 2017/11/1.
 */
public class CollegeFruitCake extends Cake {
    public CollegeFruitCake(){
        name = "center fruit cake";
    }
    @Override
    public void box(){
        System.out.println("不用圆盒子打包，我爱国，用五角星盒子！");
    }
}

最后客户端：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //这里可通过引入配置文件更改
        CakeStore cakeStore = new CenterCakeStore();
        Cake cake = cakeStore.orderCake("cheese");
    }
}

这样一改，往后想再新开一个蛋糕店，只需继承自CakeStore新增生产具体的Cake，而不需改动源代码，这样就符合了“开闭原则”；而且客户端更换蛋糕店可以通过配置来完成，同样不需修改源代码。

六、优点和缺点

6.1、优点

• 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户端所需要的产品，同时还向客户端隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，客户端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”。

6.2、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。

七、适用环境

在以下情况下可以使用工厂方法模式：

• 一个类不知道它所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建；客户端需要知道创建具体产品的工厂类。
• 一个类通过其子类来指定创建哪个对象：在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。
• 将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

八、模式应用

JDBC中的工厂方法:

Connection conn=DriverManager.getConnection("jdbc:microsoft:sqlserver://loc
alhost:1433; DatabaseName=DB;user=sa;password=");
Statement statement=conn.createStatement();
ResultSet rs=statement.executeQuery("select * from UserInfo");

九、模式扩展

• 使用多个工厂方法：在抽象工厂角色中可以定义多个工厂方法，从而使具体工厂角色实现这些不同的工厂方法，这些方法可以包含不同的业务逻辑，以满足对不同的产品对象的需求。
• 产品对象的重复使用：工厂对象将已经创建过的产品保存到一个集合（如数组、List等）中，然后根据客户对产品的请求，对集合进行查询。如果有满足要求的产品对象，就直接将该产品返回客户端；如果集合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，然后将这个对象在增加到集合中，再返回给客户端。
• 多态性的丧失和模式的退化：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，此时就不再是工厂方法模式了。一般来说，工厂对象应当有一个抽象的父类型，如果工厂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，也将发生了退化。当只有一个具体工厂，在具体工厂中可以创建所有的产品对象，并且工厂方法设计为静态方法时，工厂方法模式就退化成简单工厂模式。

十、总结

• 工厂方法模式又称为工厂模式，它属于类创建型模式。在工厂方法模式中，工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象，这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成，即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。
• 工厂方法模式包含四个角色：抽象产品是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，即产品对象的共同父类或接口；具体产品实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，它们之间往往一一对应；抽象工厂中声明了工厂方法，用于返回一个产品，它是工厂方法模式的核心，任何在模式中创建对象的工厂类都必须实现该接口；具体工厂是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户调用，返回一个具体产品类的实例。
• 工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了面向对象的多态性，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，而不负责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。
• 工厂方法模式的主要优点是增加新的产品类时无须修改现有系统，并封装了产品对象的创建细节，系统具有良好的灵活性和可扩展性；其缺点在于增加新产品的同时需要增加新的工厂，导致系统类的个数成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂性。
• 工厂方法模式适用情况包括：一个类不知道它所需要的对象的类；一个类通过其子类来指定创建哪个对象；将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定。