Python设计模式 - 工厂方法模式

定义

工厂方法模式是一种创建型设计模式，它定义一个创建对象的接口，让其子类来处理对象的创建，而不是直接实例化对象。

结构

• 抽象工厂（Factory）：声明工厂方法，返回一个产品对象。具体工厂类都必须实现该方法。
• 具体工厂（Concrete Factory）：实现工厂方法以创建具体的产品对象。
• 抽象产品（Product）：定义产品对象的接口。
• 具体产品（Concrete Product）：实现产品接口的具体产品对象。

应用场景

1. 产品类型繁多且结构相似：当产品类型较多且具有相似的结构时，可以使用工厂方法模式来管理创建逻辑。抽象工厂类定义抽象方法，具体工厂类实现抽象方法创建具体的产品对象，从而简化客户端代码。例如不同类型的日志记录器、不同类型的报表生成器等。
2. 处理复杂创建过程：当对象的创建过程比较复杂，需要很多步骤或依赖其他对象。工厂方法模式可以将这些复杂的创建过程封装在工厂方法中，从而简化客户端代码，并确保对象创建的一致性。例如，不同类型的数据库连接、复杂的对象初始化流程等。
3. 系统需要良好的扩展性：当系统需要能够方便地引入新的产品对象时，可以使用工厂方法模式。通过新增具体工厂类并实现工厂方法，可以在不修改现有代码的情况下扩展系统的功能。

优缺点

优点：

1. 简化客户端代码：客户端代码不需要了解具体产品类的创建细节，只需调用工厂类的创建方法即可获得所需的对象。这减少了客户端代码的复杂性，使其更容易维护和理解。
2. 提高代码的可维护性：工厂方法模式将复杂的对象创建过程封装在工厂方法中，便于统一管理和控制，避免了在多个地方重复修改代码，提高了代码的可维护性。
3. 符合开闭原则：工厂方法模式符合面向对象设计中的开闭原则，即对扩展开放，对修改关闭。新增产品类时，无需修改现有的工厂类，只要新增具体工厂类即可。

缺点：

1. 增加代码复杂性：工厂方法模式引入了额外的类和接口，这可能会增加代码的复杂性，也会增加运行时资源的开销，尤其是在产品类和工厂类数量较多的情况下。

代码示例

from abc import ABC, abstractmethod


# 抽象产品类
class Vehicle(ABC):
    @abstractmethod
    def drive(self) -> str:
        pass


# 具体产品类 - 汽车
class Car(Vehicle):
    def drive(self) -> str:
        return "Driving a car"


# 具体产品类 - 自行车
class Bicycle(Vehicle):
    def drive(self) -> str:
        return "Riding a bicycle"


# 抽象工厂类
class VehicleFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_vehicle(self) -> Vehicle:
        pass


# 具体工厂类 - 汽车工厂
class CarFactory(VehicleFactory):
    def create_vehicle(self) -> Vehicle:
        return Car()


# 具体工厂类 - 自行车工厂
class BicycleFactory(VehicleFactory):
    def create_vehicle(self) -> Vehicle:
        return Bicycle()


# 客户端代码
def client_code(factory: VehicleFactory) -> None:
    vehicle = factory.create_vehicle()
    print(f"Client: {vehicle.drive()}")


if __name__ == "__main__":
    print("App: Using the CarFactory.")
    client_code(CarFactory())
    print("\n")
    print("App: Using the BicycleFactory.")
    client_code(BicycleFactory())

工厂方法模式和简单工厂模式的比较

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸，它继承了简单工厂模式的优点，同时也弥补了简单工厂模式的不足。它针对不同的产品提供不同的工厂，可以很好地解决简单工厂模式的以下两个问题：

1. 违反开闭原则：每当需要添加新的产品类型时，都必须修改工厂类以添加新的创建逻辑，违反了开闭原则。
2. 可能包含大量的条件判断：工厂类中的条件判断语句会随着产品种类的增加而变得冗长且复杂。

工厂方法模式和简单工厂模式适用于不同的场景：

1. 简单工厂模式的灵活性和扩展性较低，适用于产品种类相对固定且变化不频繁的场景。工厂方法模式适用于产品种类较多且经常变化的场景，尤其需要在不修改现有代码的情况下添加新产品时。
2. 简单工厂模式的实现和使用都较简单，适合小型系统或简单场景。工厂方法模式的实现和使用都较复杂，适合大型系统或复杂场景。

参考

《设计模式的艺术》