设计模式学习笔记（五）：工厂方法模式

1 概述

1.1 引言

尽管简单工厂模式实现了对象的创建和使用分离，但是仍然存在以下两个问题：

• 工厂类过于庞大，包含了大量的判断代码，导致维护和测试难度增大
• 系统扩展不灵活，如果增加了新的产品类型，必须修改静态工厂方法的业务逻辑，违反了开闭原则
• 具体产品与工厂类之间的耦合度高，严重影响了系统的灵活性和扩展性

一个更好的办法是使用工厂方法模式。

1.2 定义

工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。

工厂方法又简称工厂模式或虚拟构造器模式或多态工厂模式，让一个类的实例化延迟到其子类，是一种类创建型模式。

1.3 结构图

1.4 角色

• Product（抽象产品）：定义产品的接口，是工厂方法模式所创建的超类型，也就是产品对象的公共父类
• ConcreteProduct（具体产品）：实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂与具体产品一一对应
• Factory（抽象工厂）：在抽象工厂类中，声明了工厂方法，用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口
• ConcreteFactory（具体工厂）：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例

2 典型实现

2.1 步骤

• 定义抽象产品：定义为接口/抽象类，是所有具体产品的父类
• 定义具体产品：实现/继承抽象产品，一个类对应与一个具体产品
• 定义抽象工厂：定义为接口/抽象类，声明工厂方法，但不需要实现，在运行时确定具体工厂
• 定义具体工厂：实现/继承抽象工厂，实现其中的工厂方法

2.2 抽象产品

这里定义为接口：

interface Product
{
    void method();
}

2.3 具体产品

两个示例具体产品：

class ConcreteProductA implements Product
{
    public void method()
    {
        System.out.println("Concrete Product A");
    }
}

class ConcreteProductB implements Product
{
    public void method()
    {
        System.out.println("Concrete Product B");
    }
}

2.4 抽象工厂

这里定义为接口：

interface Factory
{
    Product get();
}

抽象工厂中声明了工厂方法但没有实现，交由子类具体工厂负责。

2.5 具体工厂

class ConcreteFactoryA implements Factory
{
    public Product get()
    {
        return new ConcreteProductA();
    }
}

class ConcreteFactoryB implements Factory
{
    public Product get()
    {
        return new ConcreteProductB();
    }
}

一个具体产品对应一个具体工厂，每一个具体工厂返回不同的具体产品。

2.6 客户端

客户端针对抽象产品以及抽象工厂进行编程，无需知道具体产品的类名，只需要知道具体产品对应的工厂，即可获取具体产品：

Factory factory = new ConcreteFactoryA();
Product product = factory.get();
product.method();
factory = new ConcreteFactoryB();
product = factory.get();
product.method();

3 实例

日志记录器的设计：该记录器可以通过多种途径保存系统的运行日志，例如文件记录或者数据库记录，使用工厂方法模式进行设计。

设计如下：

• 抽象产品：Logger
• 具体产品：DatabaseLogger+FileLogger
• 抽象工厂：LoggerFactory
• 具体工厂：DatabaseLoggerFactory+FileLoggerFactory

代码如下：

public class Test
{
    public static void main(String[] args) {
        LoggerFactory factory = new FileLoggerFactory();        
        Logger logger = factory.createLogger();
        logger.log();
    }
}

//抽象产品
interface Logger
{
    void log();
}

//具体产品:DatabaseLogger
class DatabaseLogger implements Logger
{
    public void log()
    {
        System.out.println("数据库日志记录");
    }
}

//具体产品:FileLogger
class FileLogger implements Logger
{
    public void log()
    {
        System.out.println("文件日志记录");
    }
}

//抽象工厂
interface LoggerFactory
{
    Logger createLogger();
}

//具体工厂:DatabaseLoggerFactory
class DatabaseLoggerFactory implements LoggerFactory
{
    public Logger createLogger()
    {
        return new DatabaseLogger();
    }
}

//具体工厂:FileLoggerFactory
class FileLoggerFactory implements LoggerFactory
{
    public Logger createLogger()
    {
        return new FileLogger();
    }
}

4 隐藏

可以把抽象工厂设置为抽象类，工厂方法直接可以对客户端隐藏，也就是说可以直接通过抽象工厂调用具体产品类的业务方法，客户端无需创建具体产品，直接通过工厂类调用即可，代码修改如下（抽象产品以及具体产品类不用修改）：

//抽象工厂
abstract class LoggerFactory
{
    public void log()
    {
        this.createLogger().log();
    }
    public abstract Logger createLogger();
}

//具体工厂:DatabaseLoggerFactory
class DatabaseLoggerFactory extends LoggerFactory
{
    public Logger createLogger()
    {
        return new DatabaseLogger();
    }
}

//具体工厂:FileLoggerFactory
class FileLoggerFactory extends LoggerFactory
{
    public Logger createLogger()
    {
        return new FileLogger();
    }
}

public class Test
{
    public static void main(String[] args) {
        LoggerFactory factory = new FileLoggerFactory();
        factory.log();
    }
}

5 主要优点

• 封装细节：工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需关心所需产品对应的工厂，无需关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名
• 多态：工厂方法的多态性能够让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建对象的细节则完全封装在具体工厂内部
• 扩展性好：加入新产品时无须修改抽象工厂，抽象产品的接口，也无须修改客户端与其他的具体产品和具体工厂，只需要增加一个具体工厂以及具体产品，系统扩展性很好，完全符合开闭原则

6 主要缺点

• 类数量多：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，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，给系统带来额外开销
• 增加理解难度：基于系统的扩展性需要引入抽象层，在客户端中均使用了抽象层的定义，增加了系统的抽象性以及理解难度

7 适用场景

• 客户端不知道其所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体的产品类名，只需要知道所对应的工厂即可
• 抽象工厂类通过子类来指定创建哪个对象：工厂方法模式中，抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而有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，从而使得系统更加容易扩展

8 总结

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