设计模式学习笔记（四）：简单工厂模式

1 概述

1.1 引言

简单工厂模式不属于GoF23种设计模式之一，但是实际中用途广泛，并且可以作为学习“工厂方法模式”以及“抽象工厂模式”的基础。在简单工厂模式中，工厂类提供一个创建产品的工厂方法，用于创建各种产品。客户端只需传入对应的参数，利用该方法即可根据传入参数的不同返回不同的具体产品对象。

1.2 定义

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：定义一个工厂类，它可以根据参数的不同返回不同类的实例，被创建的实例通常都具有共同的父类。

因为在简单工厂模式用于创建实例的方法是静态的方法，因此简单工厂模式又被称为静态工厂方法模式，它属于类创建型模式。

1.3 结构图

1.4 角色

• Factory（工厂角色）：即工厂类，负责实现创建所有产品实例的内部逻辑，工厂类可以被外界直接调用，创建所需要的产品对象，在工厂类中提供了一个静态工厂方法用于获取产品
• Product（抽象产品角色）：是工厂类所创建的所有对象的父类，封装了各种产品对象的公有方法。Product会提高系统的灵活性，使得在工厂类只需要定义一个通用的工厂产品方法，因为所有创建的具体产品都是其子类对象
• ConcreteProduct（具体产品角色）：所有被创建的对象都充当这个角色的某个具体类的实例。每一个具体产品角色都继承了抽象产品角色，需要实现在抽象产品中声明的抽象方法

2 典型实现

2.1 步骤

• 定义抽象产品角色：定义为抽象类/接口，封装各种产品对象的公有方法
• 定义具体产品角色：实现/继承抽象产品角色，实现其中声明的方法
• 定义工厂角色：提供静态获取具体产品方法，根据传入参数的不同返回不同的产品

2.2 抽象产品角色

简单定义如下：

interface Product
{
    void method();
}

2.3 具体产品角色

实现抽象产品角色接口：

class ConcreteProductA implements Product
{
    public void method()
    {
        System.out.println("具体产品A方法");
    }
}

class ConcreteProductB implements Product
{
    public void method()
    {
        System.out.println("具体产品B方法");
    }
}

2.4 工厂角色

由于工厂角色需要根据传入参数不同返回不同的具体产品，因此通常使用枚举作为传入参数，先定义具体产品的枚举类：

enum ConcreteProduct
{
    A,B;
}

接着定义静态工厂方法：

class Factory
{
    public static Product get(ConcreteProduct type)
    {
        switch (type) 
        {
            case A:
                return new ConcreteProductA();
            case B:
                return new ConcreteProductB();
            default:
                return null;
        }
    }
}

根据参数的不同创建不同的具体产品实例并返回。

2.5 客户端

传入不同参数即可获取不同的具体产品：

Product product = Factory.get(ConcreteProduct.A);
product.method();
product = Factory.get(ConcreteProduct.B);
product.method();

3 实例

某公司需要开发一个图表库，该图表库可以提供各种不同外观的图表，例如柱状图，折线图等等，使用简单工厂模式对其进行设计。

设计如下：

• 抽象产品类：Chart，这里是一个接口，只有一个display方法
• 具体产品类：HistogramChart+PieChart+LineChart
• 工厂类：Factory

代码如下：

//抽象产品类
interface Chart
{
	void display();
}

//具体产品类,柱状图
class HistogramChart implements Chart
{
    public HistogramChart()
    {
        System.out.println("创建柱状图");
    }

    public void display()
    {
        System.out.println("显示柱状图");
    }
}

//具体产品类,饼状图
class PieChart implements Chart
{
    public PieChart()
    {
        System.out.println("创建饼状图");
    }

    public void display()
    {
        System.out.println("显示饼状图");
    }
}

//具体产品类,折线图
class LineChart implements Chart
{
    public LineChart()
    {
        System.out.println("创建折线图");
    }

    public void display()
    {
        System.out.println("显示折线图");
    }
}

//工厂类
class Factory
{
    public static Chart getChart(Charts charts)
    {
        switch(charts)
        {
            case PIE_CHART:
                return new PieChart();
            case LINE_CHART:
                return new LineChart();
            case HISTOGRAM_CHART:
                return new HistogramChart();
            default:
                return null;
        }
    }
}

enum Charts
{
    PIE_CHART,LINE_CHART,HISTOGRAM_CHART;
}

测试：

public static void main(String[] args) {
    Chart chart = Factory.getChart(Charts.LINE_CHART);
    chart.display();
}

4 简化

为了简化设计，可以将抽象产品类与工厂类合并，将静态方法移至抽象产品类中：

这样可以通过抽象产品类的静态方法获取子类对象，优化代码如下：

interface Chart
{
    void display();
    static Chart getChart(Charts charts)
    {
        switch(charts)
        {
            case PIE_CHART:
                return new PieChart();
            case LINE_CHART:
                return new LineChart();
            case HISTOGRAM_CHART:
                return new HistogramChart();
            default:
                return null;
        }
    }
}

5 主要优点

• 分离职责：简单工厂模式实现了对象创建以及使用的分离，工厂类包含必要的判断逻辑，可以决定在什么时候创建什么哪一个产品的实例，客户端可以免除直接创建产品对象的职责，仅仅是“消费”产品
• 简化记忆：客户端无须知道具体产品类的名字，只需要知道对应的参数即可，一般使用常量字符串或者枚举
• 提高灵活性：可以引入配置文件（xml等）在不修改客户端代码情况下增加新的具体产品类，提高灵活性

6 主要缺点

• 工厂职责过重：工厂类集中了所有产品的创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要受影响
• 复杂度增加：由于引入了工厂类会增加系统中类的个数，会增加系统的复杂度和理解难度
• 扩展困难：系统扩展困难，一旦添加新产品就不得不修改工厂逻辑，在产品类型过多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展和维护
• 无法继承：简单工厂模式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

7 适用场景

• 工厂类负责创建的对象比较少，由于创建对象较少，不会造成工厂方法中的业务逻辑太过复杂
• 客户端只需要知道传入工厂类的参数，对如何创建对象不关心

8 总结

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