第八章 工厂方法模式 （Factory Method）

问题引入

在第四章的学习中，我们了解到了开闭原则，既对修改关闭，对扩展开放。反过头来去看第一章的简单工厂模式，其中的工厂类，代码如下：

public class OperatorFactory {

    public Operator getOperator(String operator) {

        if ("+".equals(operator)) {
            return new Addition();
        } else if ("-".equals(operator)) {
            return new Subtraction();
        } else if ("*".equals(operator)) {
            return new Multiplication();
        } else if ("/".equals(operator)) {
            return new Division();
        } else {
            System.out.println("不支持此运算");
            return null;
        }
    }
}

如果想增加新的运算符则需要修改OperatorFactory，这样就违反了开闭原则。可以通过工厂方法模式对其进行改造。

工厂方法的定义与特点

工厂方法（FactoryMethod）模式的定义：定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的示例化延迟到了其子类。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。

我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”，它不属于 GoF 的 23 种经典设计模式，它的缺点是增加新产品时会违背“开闭原则”。

本节介绍的“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。

工厂方法模式的主要优点有：

1. 用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程；
2. 在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；

其缺点是：每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

模式的结构与实现

工厂方法模式由抽象工厂、具体工厂、抽象产品和具体产品等4个要素构成。本节来分析其基本结构和实现方法。

1. 模式的结构

工厂方法模式的主要角色如下。
抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
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。
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，它同具体工厂之间一一对应。

2. 模式的实现

以第一章中的计算器例子来演示，对其进行改造，使其符合工厂方法模式：

工厂接口：

public interface FactoryInterface {

    OperatorInterface createOperator();
}

操作符接口：

public interface OperatorInterface {
    double compute(double number1, double number2);
}

加法和减法工厂：

public class AdditionFactory implements FactoryInterface {

    public OperatorInterface createOperator() {
        return new AdditionOperator();
    }
}

public class SubtractionFactory implements FactoryInterface {
    public OperatorInterface createOperator() {
        return new SubtractionOperator();
    }
}

加法和减法操作符：

public class AdditionOperator implements OperatorInterface {
    public double compute(double number1, double number2) {
        return number1 + number2;
    }
}

public class SubtractionOperator implements OperatorInterface {
    public double compute(double number1, double number2) {
        return number1 - number2;
    }
}

测试类：
改造的第一章中的计算器例子，以加法和减法为例。

public class FactoryMethodTest {
    public static void main(String[] args) {

        double firstNumber = 0, secondNumber = 0;
        String sign = null;

        Scanner scanner = new Scanner(new BufferedInputStream(System.in));

        System.out.print("请输入第一个数字：");
        firstNumber = Double.valueOf(scanner.nextLine());

        System.out.print("请输入运算符：（+-）");
        sign = scanner.nextLine();

        System.out.print("请输入第二个数字：");
        secondNumber = Double.valueOf(scanner.nextLine());

        FactoryInterface factory = null;
        OperatorInterface operator = null;

        if ("+".equals(sign)) {
            factory = new AdditionFactory();
        } else if ("-".equals(sign)) {
            factory = new SubtractionFactory();
        }

        operator = factory.createOperator();
        
        System.out.println("计算结果为：" + operator.compute(firstNumber, secondNumber));
    }
}

测试结果：

请输入第一个数字：10
请输入运算符：（+-*/）+
请输入第二个数字：5
计算结果为：15.0

Process finished with exit code 0

工厂方法模式实现时，客户端需要决定实例化哪一个工厂来创建运算类，选择判断的问题还是存在，也就是说，工厂方法把简单工厂的内部逻辑转移到了客户端来实现。

模式的应用场景

工厂方法模式通常适用于以下场景。

1. 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。
2. 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。
3. 客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌。

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，其结构图如下所示。

小结

工厂方法模式是对简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。但缺点是由于每增加一个产品，就需要增加一个产品的共产类，增加了复杂性。