设计模式3---工厂模式（Factory Pattern简单工厂、工厂方法、抽象工厂）

2022-12-01 21:44:36

工厂模式：主要用来实例化有共同接口的类，工厂模式可以动态决定应该实例化那一个类。
工厂模式的形态
工厂模式主要用一下几种形态：
1：简单工厂（Simple Factory）。
2：工厂方法（Factory Method）。
3：抽象工厂（Abstract Factory）。

简单工厂（Simple Factory）
又叫静态工厂，是工厂模式三中状态中结构最为简单的。主要有一个静态方法，用来接受参数，并根据参数来决定返回实现同一接口的不同类的实例。我们来看一个具体的例子：
假设一家工厂，几生产洗衣机，有生产冰箱，还有空调等等..
我们先为所有产品定义一个共同的产品接口

public interface Product{}

接着我们让这个工厂的所有产品都必须实现此接口

public class Washer implements Product{
public Washer(){
System.out.println("洗衣机被制造了");
}
}
public class Icebox implements Product{
public Icebox(){
System.out.println("冰箱被制造了");
}
}
public class AirCondition implements Product{
public Icebox(){
System.out.println("空调被制造了");
}
}

接下来我们来写一个工厂类，有它来负责生产以上的产品

public class SimpleFactory {
public static Product factory(String productName) throws Exception{
if(productName.equals("Washer")){
return new Washer();
}else if(productName.equals("Icebox")){
return new Icebox();
}else if(productName.equals("AirCondition")){
return new AirCondition();
}else{
throw new Exception("没有该产品");
}
}
}

好了，有了这个工厂类，我们就可以开始下定单了，SimpleFactory将根据不同的定单类决定生产什么产品。

public static void main(String[] args) {
try {
SimpleFactory.factory("Washer");
SimpleFactory.factory("Icebox");
SimpleFactory.factory("AirCondition");
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}

由上面的代码可以看出，简单工厂的核心就是一个SimpleFactory类，他拥有必要的逻辑判断能力和所有产品的创建权利，我们只需要向把定单给他，就能得到我们想要的产品。这使用起来似乎非常方便。
但，实际上，这个SimpleFactory有很多的局限。首先，我们每次想要增加一种新产品的时候，都必须修改SimpleFactory的原代码。其次，当我们拥有很多很多产品的时候，而且产品之间又存在复杂的层次关系的时候，这个类必须拥有复杂的逻辑判断能力，其代码量也将不断地激增，这对以后的维护简直就是恐怖两个字...
还有就是，整个系统都严重依赖SimpleFactory类，只要SimpleFactory类一出问题，系统就进入不能工作的状态，这也是最为致命的一点....
以上的不足将在工厂模式的另外两种状态中得到解决。

工厂方法（Factory Method）
上面的代码告诉我们，简单工厂并不简单，它是整个模式的核心，一旦他出了问题，整个模式都将受影响而不能工作，为了降低风险和为日后的维护、扩展做准备，我们需要对它进行重构，引入工厂方法。
工厂方法为工厂类定义了接口，用多态来削弱了工厂类的职能，以下是工厂接口的定义：

public interface Factory{
public Product create();
}

我们再来定义一个产品接口

public interface Product{}

一下是实现了产品接口的产品类

public class Washer implements Product{
public Washer(){
System.out.println("洗衣机被制造了");
}
}
public class Icebox implements Product{
public Icebox(){
System.out.println("冰箱被制造了");
}
}
public class AirCondition implements Product{
public Icebox(){
System.out.println("空调被制造了");
}
}

接下来，就是工厂方法的核心部分，也就是具体创建产品对象的具体工厂类，

//创建洗衣机的工厂
public class CreateWasher implements Factory{
public Product create(){
return new Washer();
}
}
//创建冰箱的工厂
public class CreateIcebox implements Factory{
public Product create(){
return new Icebox();
}
}
//创建空调的工厂
public class CreateAirCondition implements Factory{
public Product create(){
return new AirCondition();
}
}

从上面创建产品对象的代码可以看出，工厂方法和简单工厂的主要区别是，简单工厂是把创建产品的职能都放在一个类里面，而工厂方法则把不同的产品放在实现了工厂接口的不同工厂类里面，这样就算其中一个工厂类出了问题，其他工厂类也能正常工作，互相不受影响，以后增加新产品，也只需要新增一个实现工厂接口工厂类，就能达到，不用修改已有的代码。但工厂方法也有他局限的地方，那就是当面对的产品有复杂的等级结构的时候，例如，工厂除了生产家电外产品，还生产手机产品，这样一来家电是手机就是两大产品家族了，这两大家族下面包含了数量众多的产品，每个产品又有多个型号，这样就形成了一个复杂的产品树了。如果用工厂方法来设计这个产品家族系统，就必须为每个型号的产品创建一个对应的工厂类，当有数百种甚至上千种产品的时候，也必须要有对应的上百成千个工厂类，这就出现了传说的类爆炸，对于以后的维护来说，简直就是一场灾难.....

抽象工厂（Abstract Factory）
抽象工厂：意的意图在于创建一系列互相关联或互相依赖的对象。<<Java设计模式>>
我自己觉得抽象工厂是在工厂方法的基础上引进了分类管理的概念....
工厂方法用来创建一个产品，它没有分类的概念，而抽象工厂则用于创建一系列产品，所以产品分类成了抽象工厂的重点，
我们继续用上面的例子来说明：
工厂生产的所有产品都用都用大写字母来标明它们的型号，比如冰箱，就有“冰箱-A",“冰箱-B",同样，其他的产品也都是遵守这个编号规则，于是就有了一下产品家族树

冰箱：

冰箱-A
冰箱-B

洗衣机：

洗衣机-A
洗衣机-B

我们可以为冰箱和洗衣机分别定义两个产品接口，以对他们进行分类，

//洗衣机接口
public interface Washer{
}
//冰箱接口
public interface Icebox{
}

接着，我们分别创建这两个接口的具体产品

//洗衣机-A
public class WasherA implements Washer{
public WasherA(){
System.out.println("洗衣机-A被制造了");
}
}
//洗衣机-B
public class WasherB implements Washer{
public WasherB(){
System.out.println("洗衣机-B被制造了");
}
}
//冰箱-A
public class IceboxA implements Icebox{
public IceboxA(){
System.out.println("冰箱-A被制造了");
}
}
//冰箱-B
public class IceboxB implements Icebox{
public IceboxB(){
System.out.println("冰箱-B被制造了");
}
}

到此，产品部分我们准备好了，接下来我们来处理工厂部分，我们先来定义工厂行为接口

public interface Factory{
public Washer createWasher();
public Icebox createIcebox();
}

接下来我创造具体的工厂类，我们根据上面产品的接口，把型号A的产品分为一类，由一个工厂来管理，把型号为B的产品有另一个工厂管理，根据这个分类，我们可以实现如下的两个具体工厂类

//创建型号为A的产品工厂
public class FactoryA implements Factory{
//创建洗衣机-A
public Washer createWasher(){
return new WasherA();
}
//创建冰箱-A
public Icebox createIcebox(){
return new IceboxA();
}
}
//创建型号为B的产品工厂
public class FactoryB implements Factory{
//创建洗衣机-B
public Washer createWasher(){
return new WasherB();
}
//创建冰箱-B
public Icebox createIcebox(){
return new IceboxB();
}
}

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定义：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。包括：简单工厂模式，工厂方法模式，抽象工厂模式三种。

类型：创建类模式

类图：

工厂方法模式代码

interface IProduct {
public void productMethod();
}
class Product implements IProduct {
public void productMethod() {
System.out.println("产品");
}
}
interface IFactory {
public IProduct createProduct();
}
class Factory implements IFactory {
public IProduct createProduct() {
return new Product();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IFactory factory = new Factory();
IProduct prodect = factory.createProduct();
prodect.productMethod();
}
}

工厂模式：

首先需要说一下工厂模式。工厂模式根据抽象程度的不同分为三种：简单工厂模式（也叫静态工厂模式）、本文所讲述的工厂方法模式、以及抽象工厂模式。工厂模式是编程中经常用到的一种模式。它的主要优点有：

可以使代码结构清晰，有效地封装变化。在编程中，产品类的实例化有时候是比较复杂和多变的，通过工厂模式，将产品的实例化封装起来，使得调用者根本无需关心产品的实例化过程，只需依赖工厂即可得到自己想要的产品。
对调用者屏蔽具体的产品类。如果使用工厂模式，调用者只关心产品的接口就可以了，至于具体的实现，调用者根本无需关心。即使变更了具体的实现，对调用者来说没有任何影响。
降低耦合度。产品类的实例化通常来说是很复杂的，它需要依赖很多的类，而这些类对于调用者来说根本无需知道，如果使用了工厂方法，我们需要做的仅仅是实例化好产品类，然后交给调用者使用。对调用者来说，产品所依赖的类都是透明的。

工厂方法模式：

通过工厂方法模式的类图可以看到，工厂方法模式有四个要素：

工厂接口。工厂接口是工厂方法模式的核心，与调用者直接交互用来提*品。在实际编程中，有时候也会使用一个抽象类来作为与调用者交互的接口，其本质上是一样的。
工厂实现。在编程中，工厂实现决定如何实例化产品，是实现扩展的途径，需要有多少种产品，就需要有多少个具体的工厂实现。
产品接口。产品接口的主要目的是定义产品的规范，所有的产品实现都必须遵循产品接口定义的规范。产品接口是调用者最为关心的，产品接口定义的优劣直接决定了调用者代码的稳定性。同样，产品接口也可以用抽象类来代替，但要注意最好不要违反里氏替换原则。
产品实现。实现产品接口的具体类，决定了产品在客户端中的具体行为。

前文提到的简单工厂模式跟工厂方法模式极为相似，区别是：简单工厂只有三个要素，他没有工厂接口，并且得到产品的方法一般是静态的。因为没有工厂接口，所以在工厂实现的扩展性方面稍弱，可以算所工厂方法模式的简化版，关于简单工厂模式，在此一笔带过。

适用场景：

不管是简单工厂模式，工厂方法模式还是抽象工厂模式，他们具有类似的特性，所以他们的适用场景也是类似的。

首先，作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过new就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。

其次，工厂模式是一种典型的解耦模式，迪米特法则在工厂模式中表现的尤为明显。假如调用者自己组装产品需要增加依赖关系时，可以考虑使用工厂模式。将会大大降低对象之间的耦合度。

再次，由于工厂模式是依靠抽象架构的，它把实例化产品的任务交由实现类完成，扩展性比较好。也就是说，当需要系统有比较好的扩展性时，可以考虑工厂模式，不同的产品用不同的实现工厂来组装。

典型应用

要说明工厂模式的优点，可能没有比组装汽车更合适的例子了。场景是这样的：汽车由发动机、轮、底盘组成，现在需要组装一辆车交给调用者。假如不使用工厂模式，代码如下：

class Engine {
public void getStyle(){
System.out.println("这是汽车的发动机");
}
}
class Underpan {
public void getStyle(){
System.out.println("这是汽车的底盘");
}
}
class Wheel {
public void getStyle(){
System.out.println("这是汽车的轮胎");
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Engine engine = new Engine();
Underpan underpan = new Underpan();
Wheel wheel = new Wheel();
ICar car = new Car(underpan, wheel, engine);
car.show();
}
}

可以看到，调用者为了组装汽车还需要另外实例化发动机、底盘和轮胎，而这些汽车的组件是与调用者无关的，严重违反了迪米特法则，耦合度太高。并且非常不利于扩展。另外，本例中发动机、底盘和轮胎还是比较具体的，在实际应用中，可能这些产品的组件也都是抽象的，调用者根本不知道怎样组装产品。假如使用工厂方法的话，整个架构就显得清晰了许多。

interface IFactory {
public ICar createCar();
}
class Factory implements IFactory {
public ICar createCar() {
Engine engine = new Engine();
Underpan underpan = new Underpan();
Wheel wheel = new Wheel();
ICar car = new Car(underpan, wheel, engine);
return car;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IFactory factory = new Factory();
ICar car = factory.createCar();
car.show();
}
}

使用工厂方法后，调用端的耦合度大大降低了。并且对于工厂来说，是可以扩展的，以后如果想组装其他的汽车，只需要再增加一个工厂类的实现就可以。无论是灵活性还是稳定性都得到了极大的提高。

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Java 之工厂方法和抽象工厂模式

1. 概念

工厂方法：一抽象产品类派生出多个具体产品类；一抽象工厂类派生出多个具体工厂类；每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。

即定义一个创建对象的接口（即抽象工厂类），让其子类（具体工厂类）决定实例化哪一个类（具体产品类）。“一对一”的关系。

抽象工厂：多个抽象产品类，派生出多个具体产品类；一个抽象工厂类，派生出多个具体工厂类；每个具体工厂类可创建多个具体产品类的实例。

即提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定他们的具体的类。“一对多”的关系。

2. UML

工厂方法：

抽象工厂：

3. 代码

工厂方法：

public interface Product

{

}

public interface Creator

{

       public Product factory();

}

public class ConcreteProduct1 implements Product

{

       public ConcreteProduct1()

       {

              System.out.println("ConcreteProduct1被创建");

       }

}

public class ConcreteProduct2 implements Product

{

       public ConcreteProduct2()

       {

              System.out.println("ConcreteProduct2被创建");

       }

}

public class ConcreteCreator1 implements Creator

{

       public Product factory()

       {

              return new ConcreteProduct1();

       }

}

public class ConcreteCreator2 implements Creator

{

       public Product factory()

       {

              return new ConcreteProduct2();

       }

}

public class Client

{

       private static Creator creator1, creator2;

       private static Product prod1, prod2;

       public static void main(String[] args)

       {

              creator1 = new ConcreteCreator1();

              prod1 = creator1.factory();

              System.out.println("----------------------------");

              creator2 = new ConcreteCreator2();

              prod2 = creator2.factory();

       }

}

抽象工厂：

//定义不同的产品之间的一定具备的标准，用interface实现

//其中的method()方法可看作提取出不同产品的共性，如手机都有类似的功能

interface IProductA{

  public void method();

} 

interface IProductB{

  public void method();

} 

//实现了产品标准实现的一系列具体产品

//由于已经设计好A1由厂商1生产，故以下输出代码有“厂商x”

class ProductA1 implements IProductA{

  public void method() {

    System.out.println("厂商1    生产ProductA1 ...");

  }

} 

class ProductA2 implements IProductA{

  public void method() {

    System.out.println("厂商2    生产ProductA2 ...");

  }

} 

class ProductB1 implements IProductB{

  public void method() {

    System.out.println("厂商1    生产ProductB1 ...");

  }

} 

class ProductB2 implements IProductB{

  public void method() {

    System.out.println("厂商2    生产ProductB2 ...");

  }

} 

//每一种牌子的产品生产工厂，即不同的厂商负责自己牌子产品的生产

abstract class Factory1{

  abstract IProductA getProductA1();

  abstract IProductB getProductB1();

} 

abstract class Factory2{

  abstract IProductA getProductA2();

  abstract IProductB getProductB2();

} 

//具体的工厂用来生产相关的产品

class ConcreteFactory1 extends Factory1{

  public IProductA getProductA1() {

    return new ProductA1();

  }

  public IProductB getProductB1() {

    return new ProductB1();

  }

} 

class ConcreteFactoryB extends Factory2{

  public IProductA getProductA2() {

    return new ProductA2();

  }

  public IProductB getProductB2() {

    return new ProductB2();

  }

} 

//测试类

public class Client {

  public static void main(String[] args) {

    //厂商1负责生产产品A1、B1

    Factory1 factory1 = new ConcreteFactory1();

    IProductA productA1 = factory1.getProductA1();

    IProductB productB1 = factory1.getProductB1(); 

    productA1.method();

    productB1.method(); 

    //厂商2负责生产产品A2、B2

    Factory2 factory2 = new ConcreteFactoryB();

    IProductA productA2 = factory2.getProductA2();

    IProductB productB2 = factory2.getProductB2(); 

    productA2.method();

    productB2.method();

  }

}

4. 应用场景

工厂方法：

在以下情况下，适用于工厂方法模式：

(1) 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。

(2) 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。

(3) 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。

抽象工厂：

(1) 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，这对于所有形态的工厂模式都是重要的。

(2) 这个系统有多于一个的产品族，而系统只消费其中某一产品族。

(3) 同属于同一个产品族的产品是在一起使用的，这一约束必须在系统的设计中体现出来。

(4) 系统提供一个产品类的库，所有的产品以同样的接口出现，从而使客户端不依赖于实现。

码农公寓

Java 之工厂方法和抽象工厂模式

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