【Java設計模式】系列二：工廠方法模式

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前言

繼上一篇文章：【Java設計模式】系列一：簡單工廠模式

在簡單工廠模式中，只提供了一個工廠類，該工廠類對產品類進行實例化，按照設定的處理邏輯，需求化的實例化哪一個產品類。簡單工廠模式最大的缺點是當有新產品加入到系統中時，必須修改工廠類，加入必要的處理邏輯，這就違背了七大原則中的“開閉原則”。在簡單工廠模式中，所有的產品都是由同一個工廠創建，工廠職責較重，業務邏輯較爲複雜，具體產品與工廠類之間的耦合度較高，嚴重影響了系統的靈活性和可擴展性，而工廠方法基於上述缺點得以優化。

工廠方法模式

工廠方法模式(Factory Method Pattern) 又稱爲工廠模式，也叫虛擬構造器(Virtual Constructor)模式或者多態工廠(Polymorphic Factory)模式。定義一個創建對象的抽象方法，由子類決定要實例化的類。工廠方法模式將對象的實例化推遲到子類。

工廠模式包含如下具體角色：

• Product： 抽象產品，定義產品的規範，描述產品的具體特性和功能。
• ConcreteProduce： 具體產品，實現抽象產品角色所定義的接口，由具體工廠來創建。
• Factory： 抽象工廠，提供創建產品的接口，調用者通過訪問具體工廠方法的來創建產品。
• ConcreteFactory： 具體工廠，主要實現抽象工廠中的抽象方法，完成具體產品的實例化。

代碼示例： 生產汽車案例
創建汽車生產的抽象類（Product：抽象產品角色）

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/8 10:19
 */
public abstract class Care {
    public abstract void produceCar();
}

創建生產路虎攬勝的類（ConcreteProduct：具體產品角色）

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/8 10:25
 */
public class LuhuCar extends Car {
    @Override
    public void produceCar() {
        System.out.println("生產路虎攬勝汽車！");
    }
}

創建生產大衆途銳的類（ConcreteProduct：具體產品角色）

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/5 10:27
 */
public class DazCar extends Car {
    @Override
    public void produceCar() {
        System.out.println("生產大衆途銳汽車！");
    }
}

創建抽象工廠類（Factory：抽象工廠）

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/8 10:30
 */
public abstract class AcarFactory {
    public abstract Car getCarFactory();
}

創建路虎攬勝工廠類（ConcreteFactory：具體工廠）

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/8 10:35
 */
public class LuhuaFactory extends AcarFactory {
    public Car getCarFactory() {
        return new LuhuCar();
    }
}

創建大衆途銳工廠類（ConcreteFactory：具體工廠）

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/8 10:37
 */
public class DazFactory extends AcarFactory {
    public Car getCarFactory() {
        return new DazCar();
    }
}

創建測試類：

package com.designMode;

/**
 * @Author:bnli
 * @Date:2020/2/8 10:50
 */
public class TestCarT {
    public static void main(String[] args) {
        LuhuaFactory luhuaFactory = new LuhuaFactory();
        Car carl = luhuaFactory.getCarFactory();
        carl.produceCar();

        DazFactory dazFactory = new DazFactory();
        Car card = dazFactory.getCarFactory();
        card.produceCar();
    }
}

測試結果：

轉成UML圖：


工廠方法模式分析總結：

如需拓展其他產品類，只需在最外層添加，不會修改核心代碼，符合“符合開閉原則”，解決簡單工廠模式的缺點。

工廠方法模式就是對簡單工廠模式的改進（或者進一步的抽象），將工廠抽象成兩層，AbstractFactory（抽象工廠）和具體實現的工廠子類，程序可以根據創建對象的類型使用對應的工廠子類創建對象。這樣講單個的簡單工廠類變成工廠簇，更有利於代碼的維護和擴展。

優點與缺點對比：

優點：

• 基於工廠角色和產品角色的多態性設計是工廠方法模式的關鍵。它能夠使工廠可以自主確定創建何種產品對象，而如何創建這個對象得細節則完全封裝在具體工廠內部。工廠方法模式之所以稱之爲多態工廠模式，是因爲所有的具體工廠類都具有同一抽象父類。
• 使用工廠方法模式的另一個優點是在系統中加入新產品時，無須修改抽象工廠和抽象產品提供的接口，無須修改客戶端，也無須修改其他的具體工廠和具體產品，而只要添加一個具體工廠和具體產品就可以了。這樣，系統的可擴展性也就變得非常好，完全符合“開閉原則”。

缺點：

• 拓展新產品時，需要重新編寫新的具體產品類，而且還要提供與之對應的具體工廠類，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，有更多的類需要編譯和運行，會給系統帶來一些額外的開銷。
• 由於考慮到系統的可擴展性，需要引入抽象層，在客戶端代碼中均使用抽象層進行定義，增加了系統的抽象性和理解難度。

應用場景：
比如 java.util.Collection 接口的iterator()、Java 消息服務JMS(Java Messaging Service) 、JDBC 中的工廠方法等。

工廠方法模式的適用環境：

• 一個類不知道它所需要的對象的類：在工廠方法模式中，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，具體的產品對象由具體工廠類創建；客戶端需要知道創建具體產品的工廠類。
• 一個類通過其子類來指定創建哪個對象：在工廠方法模式中，對於抽象工廠類只需要提供一個創建產品的接口，而由其子類來確定具體要創建的對象，利用面向對象的多態性和里氏代換原則，在程序運行時，子類對象將覆蓋父類對象，從而使得系統更容易擴展。
• 將創建對象的任務委託給多個工廠子類中的某一個，客戶端在使用時可以無須關心是哪一個工廠子類創建產品子類，需要時再動態指定，可將具體工廠類的類名存儲在配置文件或數據庫中。

工廠方法模式擴展：

• 使用多個工廠方法 ： 在抽象工廠角色中可以定義多個工廠方法，從而使具體工廠角色實現這些不同的工廠方法，這些方法可以包含不同的業務邏輯，以滿足對不同的產品對象的需求。
• 產品對象的重複使用 ： 工廠對象將已經創建過的產品保存到一個集合（如數組、List 等）中，然後根據客戶對產品的請求，對集合進行查詢。如果有滿足要求的產品對象，就直接將該產品返回客戶端；如果集合中沒有這樣的產品對象，那麼就創建一個新的滿足要求的產品對象，然後將這個對象在增加到集合中，再返回給客戶端。
• 多態性的喪失和模式的退化 ： 如果工廠僅僅返回一個具體產品對象，便違背了工廠方法的用意，發生退化，此時就不再是工廠方法模式了。一般來說，工廠對象應當有一個抽象的父類型，如果工廠等級結構中只有一個具體工廠類的話，抽象工廠就可以省略，也將發生了退化。當只有一個具體工廠，在具體工廠中可以創建所有的產品對象，並且工廠方法設計爲靜態方法時，工廠方法模式就退化成簡單工廠模式。