设计模式 - 工厂方法模式

定义

• 工厂方法模式是类的创建模式，又叫虚拟构造器（Virtual Constructor）模式，或者多态性工厂模式。
• 定义一个创建对象的接口，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。

结构

工厂方法

工厂方法包含了一下角色

• Product：抽象产品
• ConcreteProduct：具象产品
• Factory：抽象工厂
• ConcreteFactory：具象工厂

场景示例

还是拿售卖机票举例，我们之前用简单工厂实现了不同供应商的下单逻辑，但是随着业务的不断扩大，我们对接的供应商越来越多，这样就会造成每次对接一个供应商都会在工厂类中添加分支，对工厂类进行修改，这就违反了开闭原则，所以现在我们用工厂方法来修改一下。
Factory 代码

public interface Factory {

    Product createProduct();
}
public class AFactory implements Factory {

    @Override
    public Product createProduct() {
        return new AProduct();
    }
}
public class BFactory implements Factory {
    @Override
    public Product createProduct() {
        return new BProduct();
    }
}
public class CFactory implements Factory {
    @Override
    public Product createProduct() {
        return new CProdut();
    }
}
... D
... E

Product代码

public interface Product {

    void createOrder();
}
public class AProduct implements Product {
    @Override
    public void createOrder() {
        System.out.println("供应商A：下单操作");
    }
}
public class BProduct implements Product {
    @Override
    public void createOrder() {
        System.out.println("供应商B：下单操作");
    }
}
public class CProdut implements Product {
    @Override
    public void createOrder() {
        System.out.println("供应商B：下单操作");
    }
}
... D
... E

Client 代码

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Factory aFactory = new AFactory();
        Product aProduct = aFactory.createProduct();
        aProduct.createOrder();
        Factory bFactory = new BFactory();
        Product bProduct = bFactory.createProduct();
        bProduct.createOrder();
    }
}

输出供应商A：下单操作 供应商B：下单操作
以上就是一个简单的工厂方法的实现。即使在添加新的供应商，我们只要创建新的供应商工厂以及其实现就可以了，这样对我们的整个的工厂和产品体系都没有发生修改，而只是扩展了变化，这就完全符合了开放-闭合原则。如果我们的需求发生了变化，要同时支持单程、往返的下单，只要我们在每一个供应商作为一个简单工厂，创建出支持单程、往返的两种具象的产品就可以了。但是我们仔细观察就能发现，工厂方法模式实现时，客户端需要决定实例化哪一个工厂，选择判断的问题还是存在的，也就是说，工厂方法把简单工厂的内部逻辑判断移到了客户端代码来运行，你想要什么功能，本来是去修改工厂的，但是现在是去修改了客户端！

此例只是针对每个工厂只生成一个具象产品类，至于一个工厂生成多个具象产品类可将每个工厂改造成简单工厂，具体可参考披萨店。
消除分支判断可以利用反射的方法。（将在抽象工厂章节统一列出）

优点

• 在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户端需要的产品，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，客户端只用关心产品对应的工厂，无需关心创建细节，甚至无需知道具体产品的类名。

• 面向接口编程，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。

• 遵循开放-闭合原则，在系统中新增加一个产品时，不用更改抽象工厂以及抽象产品，也不用对客户端以及具象工厂和产品做修改，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。

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。

应用场景

• 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。

扩展

• 使用多个工厂方法，可在抽象工厂中定义多个工厂方法，从而使具体工厂实现不同的工厂方法，哲学工厂方法包含不同的逻辑，创建不同的产品（抽象工厂）
• 产品对象的重复使用：
  （1）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。
  （2）Spring单例模式的使用
• 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。(本例就可以简化为简单工厂模式)

总结

• 工厂方法模式又称为工厂模式，虚拟构造器模式。工厂方法中父类负责定义创建产品的统一接口，工厂子类负责生成具体的产品类。将产品的实例化操作延迟到子类进行，由子类决定实例化哪一个具体的产品类。

• 工厂方法模式包含四个角色：抽象工厂、具象工厂、抽象产品、具象产品

• 工厂方法模式是简单工厂的进一步的抽象和推广，它们都是集中封装了对象的创建，使得更换对象时不需要做大的改动就可以实现，降低了客户端程序与产品对象的耦合。但是由于工厂方法模式使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的有点，而且克服了它的缺点。

• 工厂方法模式的主要优点是增加新的产品类时无须修改现有系统，并封装了产品对象的创建细节，系统具有良好的灵活性和可扩展性；其缺点在于增加新产品的同时需要增加新的工厂，导致系统类的个数成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂性。

• 工厂方法模式适用情况包括：一个类不知道它所需要的对象的类；一个类通过其子类来指定创建哪个对象；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。