设计模式之工厂模式(3种)详解及代码示例

　　工厂模式划分来说总共有三类：简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。其中简单工厂模式不输入23种设计模式之一，但他们又都属于创建型模式。我们依次讲解这三种工厂模式。

一、简单工厂

　　1、什么是简单工厂模式？

　　首先来说简单工厂，简单工厂模式，又叫做静态工厂模式（Static Factory Method），由一个工厂对象决定创建出哪一种产品类的实例，简单工厂模式的实质是由一个工厂类根据传入的参数，动态决定应该创建哪一个产品类。属于创建型模式，但不属于GOF23设计模式。

　　2、简单工厂适用场景

　　工厂类负责创建的对象比较少；客户端（应用层）只需要知道传入工厂类的参数，对于如何创建对象（逻辑）不关心。

　　3、简单工厂优缺点

• 优点：只需要传入一个正确的参数，就可以获取你所需要的对象，而无需知道其细节创建。
• 缺点：工厂类的职责相对过重，增加新的产品，需要修改工厂类的判断逻辑，违背了开闭原则。

　　4、简单工厂实现

　　首先来看类图：

　　　　　　　　　　

 　　代码实现：

public class ShapeFactory {

    public Shape getShape(String shapeType){

        if(shapeType.equalsIgnoreCase("circle")){
            return new Circle();
        }else if(shapeType.equalsIgnoreCase("rectangle")){
            return new Rectangle();
        }else if(shapeType.equalsIgnoreCase("squere")){
            return new Squere();
        }
        return null;
    }

    public Shape getShape(Class clazz) throws Exception{

        return (Shape) clazz.newInstance();
    }
}

二、工厂方法模式

　　1、什么是工厂方法

　　工厂方法模式（Factory Method），又称多态性工厂模式，属于设计模式三大分类中的创建型模式，作为抽象工厂模式的孪生兄弟，工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个，也就是说工厂模式让实例化推迟到子类。如类图所示：

　　　　　　　　　　

　　在工厂模式中，核心的工厂类不再负责所有的产品的创建，而是将具体的工作交给子类去做。该核心类成为一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口，而不接触哪一个产品应当被实例化这种细节。

　　2、工厂方法优缺点

• 优点：用户只需要关系所需产品对应的工厂，无须关心创建细节；加入新产品符合开闭原则，提高可扩展性。
• 缺点：类的个数容易过多，增加复杂度；增加了系统的抽象性和理解难度。

　　工厂方法模式非常符合“开闭原则”，当需要增加一个新产品时，我们只需要增加一个具体的产品类和与之对应的具体工厂即可，无须关系产品的创建过程，甚至连具体的产品类名称都不需要知道。虽然他很好的符合了“开闭原则”，但是由于每新增一个新产品时就需要增加两个类，这样势必就会导致系统的复杂度增加。

　　3、代码实现

　　此处举一个画形状的例子，有圆和矩形两种，如代码（形状部分）：

public interface Shape {
    void draw();
}

public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个圆");
    }
}

public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("画一个矩形");
    }
}

　　代码（工厂部分）：

public abstract class ShapeFactory {
    public abstract Shape getShape();
}

public class CircleFactory extends ShapeFactory {
    @Override
    public Shape getShape() {
        return new Circle();
    }
}

public class RectangleFactroy extends ShapeFactory {
    @Override
    public Shape getShape() {
        return new Rectangle();
    }
}

　　4、工厂方法模式的应用场景

　　工厂方法模式通常适用于以下场景。

• 客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
• 创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
• 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。

　　5、工厂方法模式的扩展

　　当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式，其结构图如图所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

三、抽象工厂模式

　　1、什么是抽象工厂模式

　　抽象工厂（AbstractFactory）模式的定义：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。

　　2、抽象工厂使用条件

　　使用抽象工厂模式一般要满足以下条件。

• 系统中有多个产品族，每个具体工厂创建同一族但属于不同等级结构的产品。
• 系统一次只可能消费其中某一族产品，即同族的产品一起使用。

　　3、优缺点

• 优点：具体产品在应用层代码隔离，无须关心创建细节；将一个系列的产品族统一到一起创建。
• 缺点：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；增加了系统的抽象性和理解难度

　　4、抽象工厂模式实现

　　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 newProduct()，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。

　　抽象工厂模式结构图如图所示：

　　　　　　　　　　　　

　　以华为、小米2个品牌，分别生产手机、路由器为例，代码如下（产品类别接口以及对应工厂接口）：

/**
 * 手机产品接口
 */
public interface IPhoneProduct {

    /**
     * 开机
     */
    void start();

    /**
     * 关机
     */
    void shutdown();

    /**
     * 拨打电话
     */
    void callUp();

    /**
     * 发送短信
     */
    void sendSMS();

}

/**
 * 路由器产品接口
 */
public interface IRouterProduct {

    /**
     * 开机
     */
    void start();

    /**
     * 关机
     */
    void shutdown();

    /**
     * 开启wifi
     */
    void openWifi();

    /**
     * 设置参数
     */
    void setting();

}

/**
 * 抽象产品工厂（定义了同一个产品族的产品生产行为）
 */
public interface IProductFactory {

    /**
     * 生产手机
     * @return
     */
    IPhoneProduct produceTelPhone();

    /**
     * 生产路由器
     * @return
     */
    IRouterProduct produceRouter();
}

　　接下来看产品类：

/**
 * 华为手机产品
 */
public class HuaweiPhone implements IPhoneProduct {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("开启华为手机");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭华为手机");
    }

    @Override
    public void callUp() {
        System.out.println("用华为手机打电话");
    }

    @Override
    public void sendSMS() {
        System.out.println("用华为手机发短信");
    }
}

/**
 * 华为路由器产品
 */
public class HuaweiRouter implements IRouterProduct {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("启动华为路由器");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭华为路由器");
    }

    @Override
    public void openWifi() {
        System.out.println("打开华为路由器的wifi功能");
    }

    @Override
    public void setting() {
        System.out.println("设置华为路由器参数");
    }
}

/**
 * 小米手机产品
 */
public class XiaomiPhone implements IPhoneProduct {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("开启小米手机");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭小米手机");
    }

    @Override
    public void callUp() {
        System.out.println("用小米手机打电话");
    }

    @Override
    public void sendSMS() {
        System.out.println("用小米手机发短信");
    }
}

/**
 * 小米路由器产品
 */
public class XiaomiRouter implements IRouterProduct {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("启动小米路由器");
    }

    @Override
    public void shutdown() {
        System.out.println("关闭小米路由器");
    }

    @Override
    public void openWifi() {
        System.out.println("打开小米路由器的wifi功能");
    }

    @Override
    public void setting() {
        System.out.println("设置小米路由器参数");
    }
}

　　最后看产品工厂：

/**
 * 华为产品工厂
 */
public class HuaweiProductFactory implements IProductFactory{
    @Override
    public IPhoneProduct produceTelPhone() {
        System.out.println(">>>>>>生产华为手机");
        return new HuaweiPhone();
    }

    @Override
    public IRouterProduct produceRouter() {
        System.out.println(">>>>>>生产华为路由器");
        return new HuaweiRouter();
    }

    @Override
    public IComputer produceComput() {
        return null;
    }
}

/**
 * 小米产品工厂
 */
public class XiaomiProductFactory implements IProductFactory {
    @Override
    public IPhoneProduct produceTelPhone() {
        System.out.println(">>>>>>生产小米手机");
        return new XiaomiPhone();
    }

    @Override
    public IRouterProduct produceRouter() {
        System.out.println(">>>>>>生产小米路由器");
        return new XiaomiRouter();
    }

    @Override
    public IComputer produceComput() {
        return null;
    }
}

　　测试类如下：

/**
 * 使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。
 */
public class Test {
   public static void main(String[] args) {

      System.out.println("===================小米系列产品=================");
      //小米产品工厂实例
      IProductFactory xiaomiProductFactory = new XiaomiProductFactory();
      //生产小米路由器
      IRouterProduct xiaomiRouter = xiaomiProductFactory.produceRouter();
      xiaomiRouter.start();
      xiaomiRouter.setting();
      xiaomiRouter.openWifi();
      xiaomiRouter.shutdown();
      //生产小米手机
      IPhoneProduct xiaomiPhone = xiaomiProductFactory.produceTelPhone();
      xiaomiPhone.start();
      xiaomiPhone.callUp();
      xiaomiPhone.sendSMS();
      xiaomiPhone.shutdown();

      System.out.println("===================华为系列产品=================");
      //华为产品工厂实例
      IProductFactory huaweiProductFactory = new HuaweiProductFactory();
      //生产华为路由器
      IRouterProduct huaweiRouter = huaweiProductFactory.produceRouter();
      huaweiRouter.start();
      huaweiRouter.setting();
      huaweiRouter.openWifi();
      huaweiRouter.shutdown();
      //生产华为手机
      IPhoneProduct huaweiPhone = huaweiProductFactory.produceTelPhone();
      huaweiPhone.start();
      huaweiPhone.callUp();
      huaweiPhone.sendSMS();
      huaweiPhone.shutdown();
   }
}

　　测试结果如下：

===================小米系列产品=================
>>>>>>生产小米路由器
启动小米路由器
设置小米路由器参数
打开小米路由器的wifi功能
关闭小米路由器
>>>>>>生产小米手机
开启小米手机
用小米手机打电话
用小米手机发短信
关闭小米手机
===================华为系列产品=================
>>>>>>生产华为路由器
启动华为路由器
设置华为路由器参数
打开华为路由器的wifi功能
关闭华为路由器
>>>>>>生产华为手机
开启华为手机
用华为手机打电话
用华为手机发短信
关闭华为手机

　　5、抽象工厂模式的应用场景

　　抽象工厂模式最早的应用是用于创建属于不同操作系统的视窗构件。如 java 的 AWT 中的 Button 和 Text 等构件在 Windows 和 UNIX 中的本地实现是不同的。

　　抽象工厂模式通常适用于以下场景：

1. 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。
2. 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。
3. 系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

　　6、抽象工厂模式的扩展

　　抽象工厂模式的扩展有一定的“开闭原则”倾斜性：

1. 当增加一个新的产品族时只需增加一个新的具体工厂，不需要修改原代码，满足开闭原则。
2. 当产品族中需要增加一个新种类的产品时，则所有的工厂类都需要进行修改，不满足开闭原则。

　　另一方面，当系统中只存在一个等级结构的产品时，抽象工厂模式将退化到工厂方法模式。