一、简单工厂模式（Simple Factory Pattern）
简单工厂模式专门定义一个类来负责创建其他类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。
1、简单工厂模式结构图
Factory：工厂类，简单工厂模式的核心，负责创建所有实例的内部逻辑。工厂创建的产品类的方法可以直接被外界调用，创建所需的产品对象。
IProduct：抽象产品类，简单工厂模式所创建的所有对象的父类，负责描述所有实例所共有的公共接口。
Product：具体产品类，见识简单工厂模式的创建目标。
2、简单工厂模式的简单实现
我们用生产电脑来举例，假设有一个电脑的代工生产商，目前已经生产联想电脑了，随着业务的拓展，这个产商还要生产惠普和华硕的电脑，这样我们就需要用一个单独的类来专门生产电脑，这就用到了简单工厂模式。
（1）创建抽象产品类
public abstract class Computer {
/**
* 产品的抽象方法，由具体的产品类去实现
*/
public abstract void start();
}
（2）创建具体产品类
//联想电脑
public class LenovoComputer extends Computer{
@Override
public void start() {
System.out.println("联想电脑启动");
}
}
//惠普电脑
public class HpComputer extends Computer{
@Override
public void start() {
System.out.println("惠普电脑启动");
}
}
//华硕电脑
public class AsusComputer extends Computer{
@Override
public void start() {
System.out.println("华硕电脑启动");
}
}
（3）创建工程类
接下来创建一个工厂类，它提供了一个静态方法createComputer用来生产电脑。你只需要传入你想生产的电脑的品牌，它就会实例化相应品牌的电脑对象：
public class ComputerFactory {
public static Computer createComputer(String type){
Computer mComputer=null;
switch (type) {
case "lenovo":
mComputer=new LenovoComputer();
break;
case "hp":
mComputer=new HpComputer();
break;
case "asus":
mComputer=new AsusComputer();
break;
}
return mComputer;
}
}
（4）客户端调用工厂类
客户端调用工厂类，传入“hp”生产出惠普电脑并调用该电脑对象的start方法：
public class CreatComputer {
public static void main(String[]args){
ComputerFactory.createComputer("hp").start();
}
}
3、优点和缺点
（1）优点
-
工厂类含有必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建哪一个产品类的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的责任，而仅仅“消费”产品；简单工厂模式通过这种做法实现了对责任的分割，它提供了专门的工厂类用于创建对象。
-
客户端无须知道所创建的具体产品类的类名，只需要知道具体产品类所对应的参数即可，对于一些复杂的类名，通过简单工厂模式可以减少使用者的记忆量。
-
通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。
（2）缺点
-
由于工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受到影响。
-
使用简单工厂模式将会增加系统中类的个数，在一定程序上增加了系统的复杂度和理解难度。
-
系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，同样破坏了“开闭原则”；在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护。
-
简单工厂模式由于使用了静态工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。
4、适用场景
在以下情况下可以使用简单工厂模式：
-
工厂类负责创建的对象比较少：由于创建的对象较少，不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂。
-
客户端只知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象不关心：客户端既不需要关心创建细节，甚至连类名都不需要记住，只需要知道类型所对应的参数。
5、模式应用
（1）JDK类库中广泛使用了简单工厂模式，如工具类java.text.DateFormat，它用于格式化一个本地日期或者时间。
public final static DateFormat getDateInstance();
public final static DateFormat getDateInstance(int style);
public final static DateFormat getDateInstance(int style,Locale locale);
（2）获取不同加密算法的密钥生成器。
KeyGenerator keyGen=KeyGenerator.getInstance("DESede");
二、工厂方法模式（Factory Method Pattern）
1、工厂方法模式结构图
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。
2、工厂方法模式的简单实现
（1）抽象产品
public abstract class Cake {
void prepare(){
System.out.println("步骤：step 1......");
System.out.println("步骤：step 2......");
System.out.println("步骤：step 3......");
System.out.println("步骤：step 4......");
}
void bake(){
System.out.println("烘焙：bake");
}
void box(){
System.out.println("装盒：box");
}
}
（2）具体产品
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！");
}
}
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！");
}
}
（3）抽象工厂
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);
}
（4）具体工厂类
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。
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;
}
}
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;
}
}
3、优点和缺点
（1）优点
-
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”。
（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
4、适用场景
-
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。
5、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。
三、 抽象工厂模式（Abstrract Factory Pattern）
抽象工厂模式可以说是是工厂方法模式的升级版，当需要创建的产品有多个产品线（产品族）时使用抽象工厂模式是比较好的选择。我们一直都是生产联想和惠普的电脑，但是电脑也有多个产品线：台式机、笔记本和平板等等，联想和惠普都在生产这些不同产品线上的电脑，使用工厂方法模式已经满足不了需求。
为创建一组相关或者相互依赖的对象提供一个接口，而无需指定它们的具体类。
1、抽象工厂模式结构图
在抽象工厂模式中有如下角色：
-
AbstractFactory：抽象工厂，它声明了用来创建不同产品的方法。
-
ConcreteFactory：具体工厂，实现抽象工厂中定义的创建产品的方法。
-
AbstractProduct：抽象产品，为每种产品声明业务方法。比如上图的AbstractProductA和 AbstractProductB。
-
ConcreteProduct：具体产品，定义具体工厂生产的具体产品，并实现抽象产品中定义的业务方法。
2、工厂方法模式的简单实现
联想和惠普生产的电脑分为了两个产品线，一个台式机，一个是笔记本。为了解决增加产品线的问题，我们用抽象工厂模式来进行实现。
（1）定义抽象产品类
两个抽象产品类分别为DesktopComputer和NotebookComputer ，用来定义两个产品线：台式机和笔记本。它们都定义了start方法，用来启动电脑。
public abstract class DesktopComputer {
public abstract void start();
}
public abstract class NotebookComputer {
public abstract void start();
}
（2）具体产品类
public class LenovoDesktopComputer extends DesktopComputer {
@Override
public void start() {
System.out.println("联想台式电脑启动");
}
}
public class HpDesktopComputer extends DesktopComputer {
@Override
public void start() {
System.out.println("惠普台式电脑启动");
}
}
public class LenovoNotebookComputer extends NotebookComputer {
@Override
public void start() {
System.out.println("联想笔记本电脑启动");
}
}
public class HpNotebookComputer extends NotebookComputer {
@Override
public void start() {
System.out.println("惠普笔记本电脑启动");
}
}
（3）抽象工厂
public abstract class ComputerFactory {
public abstract DesktopComputer createDesktopComputer();
public abstract NotebookComputer createNotebookComputer();
}
（4）具体工厂
public class LenovoFactory extends ComputerFactory {
@Override
public DesktopComputer createDesktopComputer() {
return new LenovoDesktopComputer();
}
@Override
public NotebookComputer createNotebookComputer() {
return new LenovoNotebookComputer();
}
}
public class HpFactory extends ComputerFactory {
@Override
public DesktopComputer createDesktopComputer() {
return new HpDesktopComputer();
}
@Override
public NotebookComputer createNotebookComputer() {
return new HpNotebookComputer();
}
}
（5）客户端调用
public class Client {
public static void main(String[]args) {
ComputerFactory lenocoFactory=new LenovoFactory();
lenocoFactory.createDesktopComputer().start();
lenocoFactory.createNotebookComputer().start();
ComputerFactory hpFactory=new HpFactory();
hpFactory.createDesktopComputer().start();
hpFactory.createNotebookComputer().start();
}
}
接下来给出这个例子的UML图，更便于理解：
3、优点和缺点
（1）优点
-
抽象工厂模式隔离了具体类的生成，使得客户并不需要知道什么被创建。由于这种隔离，更换一个具体工厂就变得相对容易。所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的那些公共接口，因此只需改变具体工厂的实例，就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。另外，应用抽象工厂模式可以实现高内聚低耦合的设计目的，因此抽象工厂模式得到了广泛的应用。
-
当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能够保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。这对一些需要根据当前环境来决定其行为的软件系统来说，是一种非常实用的设计模式。
-
增加新的具体工厂和产品族很方便，无须修改已有系统，符合“开闭原则”。
（2）缺点
-
在添加新的产品对象时，难以扩展抽象工厂来生产新种类的产品，这是因为在抽象工厂角色中规定了所有可能被创建的产品集合，要支持新种类的产品就意味着要对该接口进行扩展，而这将涉及到对抽象工厂角色及其所有子类的修改，显然会带来较大的不便。
-
开闭原则的倾斜性(1) 增加产品族：对于增加新的产品族，抽象工厂模式很好地支持了“开闭原则”，只需要增加具体产品并对应增加一个新的具体工厂，对已有代码无须做任何修改。(2) 增加新的产品等级结构：对于增加新的产品等级结构，需要修改所有的工厂角色，包括抽象工厂类，在所有的工厂类中都需要增加生产新产品的方法，违背了“开闭原则”。
正因为抽象工厂模式存在“开闭原则”的倾斜性，它以一种倾斜的方式来满足“开闭原则”，为增加新产品族提供方便，但不能为增加新产品结构提供这样的方便，因此要求设计人员在设计之初就能够全面考虑，不会在设计完成之后向系统中增加新的产品等级结构，也不会删除已有的产品等级结构，否则将会导致系统出现较大的修改，为后续维护工作带来诸多麻烦。
4、适用场景
在以下情况下可以考虑使用抽象工厂模式：
-
一个系统不应当依赖于产品类实例如何被创建、组合和表达的细节，这对于所有类型的工厂模式都是很重要的，用户无须关心对象的创建过程，将对象的创建和使用解耦。
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系统中有多于一个的产品族，而每次只使用其中某一产品族。可以通过配置文件等方式来使得用户可以动态改变产品族，也可以很方便地增加新的产品族。
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属于同一个产品族的产品将在一起使用，这一约束必须在系统的设计中体现出来。同一个产品族中的产品可以是没有任何关系的对象，但是它们都具有一些共同的约束，如同一制作水果蛋糕用的水果--草莓和芒果，草莓和芒果之间没有直接关系，但它们都是属于水果。
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产品等级结构稳定，设计完成之后，不会向系统中增加新的产品等级结构或者删除已有的产品等级结构。
5、模式扩展
“开闭原则”的倾斜性
“开闭原则”要求系统对扩展开放，对修改封闭，通过扩展达到增强其功能的目的。对于涉及到多个产品族与多个产品等级结构的系统，其功能增强包括两方面：
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增加产品族：对于增加新的产品族，工厂方法模式很好的支持了“开闭原则”，对于新增加的产品族，只需要对应增加一个新的具体工厂即可，对已有代码无须做任何修改。
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增加新的产品等级结构：对于增加新的产品等级结构，需要修改所有的工厂角色，包括抽象工厂类，所有的工厂类中都要增加生产新产品的方法，不能很好地支持“开闭原则”。
工厂模式的退化
-
当抽象工厂模式中每一个具体工厂类只创建一个产品对象，也就是只存在一个产品等级结构时，抽象工厂模式退化成工厂方法模式；
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当工厂方法模式中抽象工厂与具体工厂合并，提供一个统一的工厂来创建产品对象，并将创建对象的工厂方法设计为静态方法时，工厂方法模式退化成简单工厂模式。