創建型模式---工廠模式

1. 模式名稱及概念

軟件系統經常不斷變化，而且不穩定。我們必須考慮對象和關係的鬆耦合。鬆耦合是軟件設計時一個非常重要的特性，可以幫助系統不做或者做很少的變更就能擴展新功能。

工廠顧名思義就是創建產品。
根據產品時具體產品還是具體工廠可以分爲簡單工廠模式和工廠方法模式。
根據工廠的抽象程度可分爲工廠方法模式和抽象工廠模式。
該模式用於封裝和管理對象的創建，是一種創建型模式。

工廠設計模式屬於創造型設計模式，工廠設計模式分爲簡單工廠、工廠方法和抽象工廠設計模式。

• 簡單工廠設計模式：簡單工廠並不是嚴格意義上的設計模式。它更多的是一種用於封裝對象實例化過程的編程技術。
• 工廠方法設計模式：定義了一個創建對象的接口，決定哪個類實例化，工廠方法允許將類的實例化延遲到子類。
• 抽象工廠設計模式：提供一個接口，用於創建相關或依賴對象，而無需指定它們。

2. 工廠模式的好處

• 客戶端不需要知道它創建的每一個子類。僅僅需要一個抽象類接口或者接口的引用和工廠對象。
• 工廠封裝了對象的創建。當創建過程非常複雜的時候，這是非常有用的。
• 工廠模式增強了可擴展性。

3.簡單工廠模式

該模式對對象創建管理的方式最爲簡單，因爲這個工廠就僅僅只封裝了生產兩個product的方法。

下面使用手機生產來講解該模式：

• Phone.java :手機標準規範類（AbstractProduct）

public interface Phone {
    void make();
}

• MiPhone.java：製造小米手機（Product1）

public class MiPhone implements Phone {
    public MiPhone() {
        this.make();
    }
    @Override
    public void make() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("make xiaomi phone!");
    }
}

• IPhone.java：製造蘋果手機（Product2）

public class IPhone implements Phone {
    public IPhone() {
        this.make();
    }
    @Override
    public void make() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("make iphone!");
    }
}

• PhoneFactory.java：手機代工廠（Factory）

public class PhoneFactory {
    public Phone makePhone(String phoneType) {
        if(phoneType.equalsIgnoreCase("MiPhone")){
            return new MiPhone();
        }
        else if(phoneType.equalsIgnoreCase("iPhone")) {
            return new IPhone();
        }
        return null;
    }
}

• 演示：

public class Demo {
    public static void main(String[] arg) {
        PhoneFactory factory = new PhoneFactory();
        Phone miPhone = factory.makePhone("MiPhone");            // make xiaomi phone!
        IPhone iPhone = (IPhone)factory.makePhone("iPhone");    // make iphone!
    }
}

簡單工廠模式例子UML類圖如下：

4. 工廠方法模式

與工廠方法模式中，工廠負責生產所有產品相比，
工廠方法模式將生成具體產品的任務分發給具體的產品工廠，其UML類圖如下：

即定義一個抽象抽象工廠，其定義了產品的生產接口，但不負責具體的產品，將生產任務交給不同的派生類工廠。這樣不用通過指定類型來創建對象了。
接下來繼續使用生產手機的例子來講解該模式。
其中和產品相關的Phone類，MiPhone類和IPhone類的定義不變。

• AbstractFactory.java：生產不同產品的工廠的抽象類（AbstractFactory）

public interface AbstractFactory {
    Phone makePhone();
}

• XiaoMiFactory.java：生產小米手機的工廠（ConcreteFactory1）

public class XiaoMiFactory implements AbstractFactory{
    @Override
    public Phone makePhone() {
        return new MiPhone();
    }
}

• AppleFactory.java：生產蘋果手機的工廠(ConcreteFactory2)

public class AppleFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Phone makePhone() {
        return new IPhone();
    }
}

• 演示

public class Demo {
    public static void main(String[] arg) {
        AbstractFactory miFactory = new XiaoMiFactory();
        AbstractFactory appleFactory = new AppleFactory();
        miFactory.makePhone();            // make xiaomi phone!
        appleFactory.makePhone();        // make iphone!
    }
}

5.抽象工廠模式

上述兩種模式不管工廠怎麼拆分抽象，都只能針對一類產品Phone（AbstractProduct），如果要生成另一種PC，應該怎麼表示？
抽象工廠模式通過在AbstractFactory中增加創建產品的接口，並在具體子工廠中實現新加產品的創建，當然前提是子工廠支持生成該類產品。否則繼承這個接口可以什麼也不幹。
其UML類圖如下：

從上面的類圖結構中可以清楚的看到如何在工廠方法模式中通過增加新產品接口來實現產品的增加。
接下來我們繼續通過小米和蘋果生產的例子來解釋該模式。

• PC類：定義PC產品的接口（AbstractPC）

public interface PC {
    void make();
}

• MIPC類：定義小米電腦產品（MIPC）

public class MiPC implements PC {
    public MiPC() {
        this.make();
    }
    @Override
    public void make() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("make xiaomi PC!");
    }
}

• MAC類：定義蘋果電腦產品（MAC）

public class MAC implements PC {
    public MAC() {
        this.make();
    }
    @Override
    public void make() {
        // TODO Auto-generated method stub
        System.out.println("make MAC!");
    }
}

下面定義需要修改工廠相關的類的定義：

• AbstractFactory類：增加PC產品製造接口

public interface AbstractFactory {
    Phone makePhone();
    PC makePC();
}

• XiaoMiFactory類：增加小米PC的製造（ConcreteFactory1）

public class XiaoMiFactory implements AbstractFactory{
    @Override
    public Phone makePhone() {
        return new MiPhone();
    }
    @Override
    public PC makePC() {
        return new MiPC();
    }
}

• AppleFactory類：增加蘋果的PC的製造（ConcreteFactory2）

public class AppleFactory implements AbstractFactory {
    @Override
    public Phone makePhone() {
        return new IPhone();
    }
    @Override
    public PC makePC() {
        return new MAC();
    }
}

• 演示

public class Demo {
    public static void main(String[] arg) {
        AbstractFactory miFactory = new XiaoMiFactory();
        AbstractFactory appleFactory = new AppleFactory();
        miFactory.makePhone();            // make xiaomi phone!
        miFactory.makePC();                // make xiaomi PC!
        appleFactory.makePhone();        // make iphone!
        appleFactory.makePC();            // make MAC!
    }
}

上述案例的UML類圖如下所示：

6.簡單工廠和抽象工廠的比較

• 簡單工廠編程簡單，但是擴展性差，新增加產品時，需要改動原有生產代碼。
• 抽象工廠是在簡單工廠之上又構建了一層工廠，擴展性比簡單工廠模式好，一般性新增業務時只需要新增具體工廠實現即可。

TODO:Spring中的工廠類模式。

參考資料

1. 工廠方法設計模式
2. 設計模式之工廠模式（factory pattern）