设计模式之工厂设计模式（Factory Pattern）详细剖析

我这几千字的工厂模式总结，不知道你顶不顶得住？

一、‍‍‍概述

下面，我来介绍介绍设计模式中的工厂模式。工厂模式的好处是调用函数的客户端和工厂类交互获得实体，而不是直接和具体的业务类交互，商品的内容更新的时候，客户端无需变动，较为方便的实现了松耦合，高内聚的基本原则。

‍工厂类的设计模式总共有三种：简单工厂，工厂方法和抽象工厂， 下面将解析一下三种模式的应用场景:

为了方便说明，本文将从一个案例来讲解工厂模式的设计思路与演变过程。
假设现在需求就是： 设计一个咖啡店点餐系统

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能

具体的类设计如图所示：

代码：

public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type){
        // 声明咖啡的变量，根据不同的类型创建不同的coffee的咖啡子类对象
        Coffee coffee = null;
        if("american".equals(type)){
            coffee = new AmericanCoffee();
        }else if("latte".equals(type)){
            coffee = new LatteCoffee();
        }else{
            throw new RuntimeException("对不起，你点的咖啡，我们店里并没有");
        }
        // 加配料
        coffee.addSugar();
        coffee.addMilk();

        return coffee;
    }
}

public class AmericanCoffee extends Coffee{
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

public abstract class Coffee {
    // 获取具体的名字
    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addSugar(){
        System.out.println("加糖");
    }
    // 加奶
    public void addMilk(){
        System.out.println("加奶");
    }
}

如上例代码所示，如果创建的时候直接new该对象，就会对该对象耦合严重，假如我们要更换对象，所有new对象的地方都需要修改一遍，这显然违背了软件设计的开闭原则。如果我们使用工厂来生产对象，我们就只和工厂打交道就可以了，彻底和对象解耦，如果要更换对象，直接在工厂里更换该对象即可，达到了与对象解耦的目的；

所以说，工厂模式最大的优点就是：解耦

下面我来对三种方法进行一一介绍：

二、 简单工厂

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。
关于简单工厂的结构：包含下列三种角色。

1. 抽象产品 ：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
2. ‍具体产品 ：实现或者继承抽象产品的子类
3. 具体工厂 ：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

1. 实现

现在使用简单工厂对上面案例进行改进，类图如下：

简单工厂代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {

    public Coffee createCoffee(String type){
        // 先创建一个coffee类型的变量，根据不同的类型创建不同的子类
        Coffee coffee = null;
        if("american".equals(type)){
            coffee = new AmericanCoffee();
        }else if("latte".equals(type)){
            coffee = new LatteCoffee();
        }else{
            throw new RuntimeException("对不起，你要点的咖啡我们没有");
        }
        return coffee;
    }
}

工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就解除了和Coffee实现类的耦合.

但是，

又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建咖啡店的网上商店窗口等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

2. 简单工厂的优点和不足

优点：
封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。
不足：
增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

【拓展说明】
但是，我们实现简单工厂的方式一般不是通过上述的方式来进行实现的。而是通过一个静态工厂的方式来实现。

将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下：

public class SimpleCoffeeFactory {
​
    public static Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if("americano".equals(type)) {
            coffee = new AmericanoCoffee();
        } else if("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        }
        return coffe;
    }
}

三、工厂方法模式

对于上面的简单工厂模式来说，甚至没有在23中设计模式书中有写。上述通过分析简单工厂的优缺点得知。这样的工厂方法模式完全没有准守开闭原则。针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则

1. 结构

主要方式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。
工厂方式模式的主要角色有：

1. 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品。
2. 具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建.
3. 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
4. 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

2. 实现

使用工厂方法模式对上例进行改进，类图如下：
代码如下：
抽象工厂：

public interface CoffeeFactory {
    // 创建咖啡对象的方法
    Coffee createCoffee();
}

具体的工厂：

public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory{
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

咖啡店类：

public class CoffeeStore {

    private CoffeeFactory factory;

    public void setFactory(CoffeeFactory factory){
        this.factory = factory;
    }

    public Coffee orderCoffee(){
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        // 加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addSugar();
        return coffee;
    }
}

从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

3. 工厂方法的优点和不足

优点

• ✌用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程。
• ‍♂️在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；

不足之处
每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。非常的不太友好。

四、抽象工厂模式

对于工厂方式模式，上述的不足中提到，对于每增加一个对应的具体产品，就需需要增加一个工厂类。那我们能不能尽量避免这个呢?是可以的。

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机，美式咖啡工厂只生产美式咖啡。】

首先，我们先来介绍几个概念：

将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族
而对于同一个工厂中生产的不同产品可以理解为是一个等级

对于抽象工厂模式是：是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

具体的操作是把要生产的对象，按照某种功能划分成了一族，按照另一个特性划分成了另一个块

1 、构造方式

抽象工厂模式的主要角色如下：

1. 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
2. 具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
3. 抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
4. 具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它 同具体工厂之间是多对一的关系。

2、实现

‍‍现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：
‍♂️

代码如下：

public interface DessertFactory {
​
    Coffee createCoffee();
​
    Dessert createDessert();
}

具体工厂：

//美式甜点工厂
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {
​
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
​
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}
//意大利风味甜点工厂
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
​
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
​
    public Dessert createDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

3、抽象工厂方法的优点和不足

优点就是：当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。当然，缺点也比较明显就是当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。

4、使用的场景

按照抽象工厂方法的定义可知，当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等，用抽象工厂方法。或者是

系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋

对于我们具体生活的例子有：输入法换皮肤，一整套一起换。

五、总结

工厂模式是一个很好的模式，有优点也有缺点，在我们使用的过程中，应该根据自己的需求选择相应的模式。

这里我们就只介绍了三种创建对象工厂的方式：

1. 简单工厂
2. 工厂方法
3. 抽象工厂

Notice: 本文的示例代码已提交到GitHub仓库。设计模式（Factory Pattern）GitHub Link

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参考：
开闭原则
简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式有何区别？
高耦合、低内聚怎么定义？
设计模式之禅——第9章　抽象工厂模式
设计模式之禅——第八章