设计模式之工厂模式详解和应用

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1 工厂模式的历史由来

原始社会自给自足（没有工厂）、农耕社会小作坊（简单工厂，民间酒
坊）、工业革命流水线(工厂方法，自产自销)、现代产业链代工厂(抽象工厂，富士康)

2.简单工厂模式

2.1 简单工厂模式定义

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）是指由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例，但它不属于GOF 23种设计模式。简单工厂适用于工厂类负责创建的对象较少的场景，且客户端只需要传入工厂类的参数，对于如何创建对象的逻辑不需要关心。·底层工厂承担的太多，创建不同的产品都要经过工厂判断。

2.2 简单工厂模式案例

public class SimpleFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        CourseFactory factory = new CourseFactory();
        ICourse course = factory.create(JavaCourse.class);
        course.record();
    }
}

public interface ICourse {
    void record();
}

public class JavaCourse implements ICourse {
    public void record() {
        System.out.println("录制Java课程");
    }
}
public class CourseFactory {
    public ICourse create(Class<? extends ICourse> clazz){
        // 反射
        try {
            if (null != clazz) {
                return clazz.newInstance();
            }
        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

这里使用的反射看着代码好一些，如果是一个一个判断就麻烦了。

2.3 简单工厂模式相关源码

• Calendar.getInstance()
• LoggerFactory.getLogger()

简单工厂模式在 JDK 源码也是无处不在，现在我们来举个例子，例如 Calendar 类，看Calendar.getInstance()方法，下面打开的是Calendar的具体创建类：

    private static Calendar createCalendar(TimeZone zone,
                                           Locale aLocale){
        CalendarProvider provider =
            LocaleProviderAdapter.getAdapter(CalendarProvider.class, aLocale)
                                 .getCalendarProvider();
        if (provider != null) {
            try {
                return provider.getInstance(zone, aLocale);
            } catch (IllegalArgumentException iae) {
                // fall back to the default instantiation
            }
        }
   }

还有一个大家经常使用的 logback，我们可以看到 LoggerFactory 中有多个重载的方法
getLogger()：

    public static Logger getLogger(String name) {
        ILoggerFactory iLoggerFactory = getILoggerFactory();
        return iLoggerFactory.getLogger(name);
    }
    public static Logger getLogger(Class clazz) {
        return getLogger(clazz.getName());
    }

2.4 简单工厂模式优缺点

• 优点
  • 简单
• 缺点
  • 工厂类的职责相对过重，不易于扩展过于复杂的产品结构。

3 工厂方法模式

3.1 工厂方法模式定义

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是指定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类来决定实例化哪个类，工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。在工厂方法模式中用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，而且加入新的产品符合开闭原则。比简单工厂更加细化有了各种工厂,自己去实现对应的工厂。

3.2 工厂方法模式案例

public class FactoryMethodTest {
    public static void main(String[] args) {
        // Python课程工厂
        ICourseFactory factory = new PythonCourseFactory();
        ICourse course = factory.create();
        course.record();
        // Java课程工厂
        factory = new JavaCourseFactory();
        course = factory.create();
        course.record();
    }
}

public class JavaCourseFactory implements ICourseFactory {
    public ICourse create() {
        return new JavaCourse();
    }
}

public interface ICourseFactory {
    ICourse create();
}
public class JavaCourse implements ICourse {
    public void record() {
        System.out.println("录制Java课程");
    }
}
public interface ICourse {
    void record();
}

//python同理...

3.3 工厂方法模式源码

再来看看logback中工厂方法模式的应用，看看类图就OK了：

3.4 工厂方法模式优缺点

• 工厂方法适用于以下场景：
  1. 创建对象需要大量重复的代码。
  2. 客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节。
  3. 一个类通过其子类来指定创建哪个对象。
• 工厂方法也有缺点：
  1. 类的个数容易过多，增加复杂度。
  2. 增加了系统的抽象性和理解难度。

4 抽象工厂模式

4.1 抽象工厂模式定义

抽象工厂模式（AbastractFactory Pattern）是指提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，无须指定他们具体的类。客户端（应用层）不依赖于产品类实例如何被创建、实现等细节，强调的是一系列相关的产品对象（属于同一产品族）一起使用创建对象需要大量重复的代码。需要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具体实现。工厂有一些列产品，将这些产品就是类抽象出来。

讲解抽象工厂之前，我们要了解两个概念产品等级结构和产品族，看下面的图：

从上图中看出有正方形，圆形和菱形三种图形，相同颜色深浅的就代表同一个产品族，相同形状的代表同一个产品等级结构。同样可以从生活中来举例，比如，美的电器生产多种家用电器。那么上图中，颜色最深的正方形就代表美的洗衣机、颜色最深的圆形代表美的空调、颜色最深的菱形代表美的热水器，颜色最深的一排都属于美的品牌，都是美的电器这个产品族。再看最右侧的菱形，颜色最深的我们指定了代表美的热水器，那么第二排颜色稍微浅一点的菱形，代表海信的热水器。同理，同一产品结构下还有格力热水器，格力空调，格力洗衣机。

再看下面的这张图，最左侧的小房子我们就认为具体的工厂，有美的工厂，有海信工厂，有格力工厂。
每个品牌的工厂都生产洗衣机、热水器和空调。

4.2 抽象工厂模式案例

public class AbstractFactoryTest {
    public static void main(String[] args) {
        JavaCourseFactory factory = new JavaCourseFactory();
        factory.createNote().edit();
        factory.createVideo().record();
    }
}
/**
 * 抽象工厂CourseFactory类：
 * 抽象工厂是用户的主入口
 * 在Spring中应用得最为广泛的一种设计模式
 * 易于扩展
 */
public abstract class CourseFactory {
    public void init(){
        System.out.println("初始化基础数据");
    }
    protected abstract INote createNote();
    protected abstract IVideo createVideo();
}
/**
 * 创建Java产品族的具体工厂JavaCourseFactory
 */
public class JavaCourseFactory extends CourseFactory {
    public INote createNote() {
        super.init();
        return new JavaNote();
    }
    public IVideo createVideo() {
        super.init();
        return new JavaVideo();
    }
}
/**
 * 创建Java产品族，Java视频JavaVideo类：Java视频
 */
public class JavaVideo implements IVideo {
    public void record() {
        System.out.println("录制Java视频");
    }
}
/**
 * 录播视频：IVideo接口
 */
public interface IVideo {
    void record();
}
/**
 * 扩展产品等级Java课堂笔记JavaNote类：Java笔记
 */
public class JavaNote implements INote {
    public void edit() {
        System.out.println("编写Java笔记");
    }
}
/**
 * 课堂笔记：INote接口
 */
public interface INote {
    void edit();
}
// 创建Python产品族的具体工厂PythonCourseFactory省略。。。

上面的代码完整地描述了两个产品族Java课程和Python课程，也描述了两个产品等级视频和手记。抽象工厂非常完美清晰地描述这样一层复杂的关系。但是，不知道大家有没有发现，如果我们再继续扩展产品等级，将源码 Source也加入到课程中，那么我们的代码从抽象工厂，到具体工厂要全部调整，很显然不符合开闭原则。

4.3 抽象工厂模式优缺点

抽象工厂缺点

1. 规定了所有可能被创建的产品集合，产品族中扩展新的产品困难，需要修改抽象工厂的接口。
2. 增加了系统的抽象性和理解难度。

5 简单工厂 vs 工厂方法 vs 抽象工厂

简单工厂：产品的工厂
工厂方法：工厂的工厂
抽象工厂：复杂产品的工厂
简单工厂：工厂是一个实体类，内部直接根据逻辑创建对应的产品。
工厂方法：工厂首先有个接口定义规范。不同的产品使用不同的实体类工厂根据规范和需求创建对应的产品。这就是它们的区别。
工厂方法是生产一类产品，抽象工厂是生产一个产品族