手撕設計模式之「工廠方法模式」（Java描述）

前言

工廠方法模式是對簡單工廠模式的改進，它通過對工廠類進行抽象形成一個抽象工廠接口，再讓具體的工廠負責對應產品的創建，使得在增加產品的場景中也滿足“開閉原則”。希望通過本文的學習，你可以掌握這種設計模式。

爲了方便學習和交流，我會把「手撕設計模式」系列的代碼上傳到Github，需要的小夥伴可以到上面下載（記得順手star一下哦~）。

GitHub地址：https://github.com/VeggieOrz/DesignPattern

1. 模式動機

從上一篇博文「簡單工廠模式」中，我們瞭解到它在增添新產品時必須修改工程類，不滿足“開閉原則”。爲了在簡單工廠模式的基礎上提高工廠類的拓展性，我們就引入了簡單工廠模式，它的工廠類多了一層抽象工廠，具體產品對象的創建由和與之對應的具體工廠來負責。

工廠方法模式降低了單個工廠的職責，每次新增產品時，只要加入新的具體產品類和具體工程類即可，符合開閉原則。（可以結合下圖理解）

2. 模式定義

工廠方法模式（Factory Method Pattern）簡稱工廠模式，屬於類創建模式。在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創建產品對象的公共接口，而工廠子類負責生成具體的產品類對象，這樣做的目的是將產品類的實例化操作延遲到工廠子類中完成，即通過工廠子類來確定究竟應該實例化哪一個具體產品類。

3. 模式結構

工廠方法模式的結構圖如下：

其中包含四個角色：

• Product（抽象產品）：抽象產品時定義產品的接口，是工廠方法模式所創建的超類，也是所有具體產品類的共同父類或接口。
• ConcreteProduct（具體產品角色）：具體產品實現了抽象產品接口，某種類型的具體產品3由專門的工廠創建，它們之間一一對應。
• Factory（抽象工廠）：這是工廠方法模式的核心，類中聲明瞭用於創建產品的factoryMethod()，任何在模式中創建對象的工廠都必須實現該接口。
• ConcreteFactory（具體工廠）：具體工廠是抽象工廠的子類，實現了抽象工廠中定義的factoryMethod()方法，負責具體產品的創建。

4. 模式實現

（1）抽象產品

public interface Product {
	public void use();
}

（2）具體產品

public class ConcreteProductA implements Product{
	public void use() {
		System.out.println("This is Product A.");
	}
}

（3）抽象工廠

需要注意：工廠方法的返回類型必須是抽象產品類。

public interface Factory {
	// 工廠方法factoryMethod
	public Product createProduct();
}

（4）具體工廠

public class ConcreteFactoryA implements Factory{

	public Product createProduct() {
		System.out.println("Product A is being produced.");
		return new ConcreteProductA();
	}
}

（5）工具類 and 配置文件

工具類主要用來進行配置文件的讀取，讀出想要創建的類型，然後通過Java提供的反射機制創建對應的對象。

public class XMLUtil {
	// 讀取XML配置文件中具體類的類名，並返回一個實例對象
	public static Object getBean() throws Exception {
		try {
			// 創建文檔對象
			DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();
			DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();
			Document doc;
			doc = builder.parse(new File("./src/factoryMethod/config.xml"));
			
			// 獲取包含類名的文本節點
			NodeList nodeList = doc.getElementsByTagName("className");
			Node classNode = nodeList.item(0).getFirstChild();
			String className = classNode.getNodeValue();
			
			// 通過類名生成實例對象並將其返回
			Class<?> c = Class.forName(className);
			Object obj = c.newInstance();
			return obj;
		} catch (Exception e) {
			// 如果該類名找不到就拋出異常
			throw new Exception("Sorry,This kind of product is not found");
		}
	}
}

寫配置文件時候，要注意類的路徑需要加上包名，否則會拋出java.lang.ClassNotFoundException異常。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<config>
    <className>factoryMethod.factory.ConcreteFactoryA</className>
</config>

（6）客戶端

public class Client {

	public static void main(String[] args) {
		try {
			Factory factory;
			Product product;
			// 先通過讀取配置文件和Java反射機制創建工廠
			factory = (Factory)XMLUtil.getBean();
			// 工廠負責創建相應的產品
			product = factory.createProduct();
			product.use();
		} catch (Exception e) {
			System.out.println(e.getMessage());
		}
	}
}

完成了這些只後，就知道了工廠方法模式的具體實現，但是上面代碼還沒體現到這種設計模式的優點。我們不妨思考一下，如果現在要挑添加一個ConcreteProductB，並將要創建的產品改爲添加的這個產品，應該如何操作呢？

• 先新建一個實現Product接口的ConcreteProductB類；
• 然後再新建一個實現了Factory接口的ConcreteFactoryB類，專門負責產品類ConcreteProductB的創建；
• 最後再將配置文件修改爲ConcreteFactoryB類的路徑即可。

由此可見，工廠方法模式添加新產品時也不需要對模式中原有的代碼進行修改！

5. 模式總結

5.1 優點

• 工廠方法用來創建客戶所需要的產品，同時還向客戶隱藏了哪種具體產品類將被實例化這一細節。
• 能夠讓工廠自主確定創建何種產品對象，而如何創建這個對象的細節則完全封裝在具體工廠內部。
• 拓展性好，在系統中加入新產品時，不需要對已有代碼進行修改，只要加上新的產品類和對應工廠類即可，完全符合開閉原則。

5.2 缺點

• 系統中類的個數將成對增加，在一定程度上增加了系統的複雜度，會給系統帶來一定的額外開銷。
• 增加了系統的抽象性和理解難度。

5.3 應用場景

• 客戶端不知道它所需要的對象的類，客戶端不需要知道具體產品類的類名， 只需要知道所對應的工廠即可，具體產品對象由具體工廠類創建。
• 抽象工廠類通過其子類來指定創建哪個對象。

參考資料

1. 《Java設計模式》
2. Factory Method | GitHub

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