设计模式(一)——工厂方法模式
概念
工厂方法模式(Factory Method Pattern)又称为工厂模式，也叫虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式，它属于类创建型模式。
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。
适用性
在下列情况下可以使用工厂方法模式：
- 当一个类不知道它所创建的对象的类的时候
- 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候
- 当类创建对象的职责委托给多个帮助子类的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候
类图
代码实现
interface IProduct {
public void productMethod();
}
class Product implements IProduct {
public void productMethod() {
System.out.println("产品");
}
}
interface IFactory {
public IProduct createProduct();
}
class Factory implements IFactory {
public IProduct createProduct() {
return new Product();
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IFactory factory = new Factory();
IProduct prodect = factory.createProduct();
prodect.productMethod();
}
}
四个要素
从类图中，我们可以发现，工厂方法模式由4个要素：
- 工厂接口。工厂接口是工厂方法模式的核心，与调用者直接交互用来提供产品。在实际编程中，有时候也会使用一个抽象类来作为与调用者交互的接口，其本质上是一样的。
- 工厂实现。在编程中，工厂实现决定如何实例化产品，是实现扩展的途径，需要有多少种产品，就需要有多少个具体的工厂实现。
- 产品接口。产品接口的主要目的是定义产品的规范，所有的产品实现都必须遵循产品接口定义的规范。产品接口是调用者最为关心的，产品接口定义的优劣直接决定了调用者代码的稳定性。同样，产品接口也可以用抽象类来代替，但要注意最好不要违反里氏替换原则。
- 产品实现。实现产品接口的具体类，决定了产品在客户端中的具体行为。
适用场景
不管是简单工厂模式，工厂方法模式还是抽象工厂模式，他们具有类似的特性，所以他们的适用场景也是类似的。
首先，作为一种创建类模式，在任何需要生成复杂对象的地方，都可以使用工厂方法模式。有一点需要注意的地方就是复杂对象适合使用工厂模式，而简单对象，特别是只需要通过new就可以完成创建的对象，无需使用工厂模式。如果使用工厂模式，就需要引入一个工厂类，会增加系统的复杂度。
其次，工厂模式是一种典型的解耦模式，迪米特法则在工厂模式中表现的尤为明显。假如调用者自己组装产品需要增加依赖关系时，可以考虑使用工厂模式。将会大大降低对象之间的耦合度。
再次，由于工厂模式是依靠抽象架构的，它把实例化产品的任务交由实现类完成，扩展性比较好。也就是说，当需要系统有比较好的扩展性时，可以考虑工厂模式，不同的产品用不同的实现工厂来组装。
典型应用
要说明工厂模式的优点，可能没有比组装汽车更合适的例子了。场景是这样的：汽车由发动机、轮、底盘组成，现在需要组装一辆车交给调用者。假如不使用工厂模式，代码如下：
class Engine {
public void getStyle(){
System.out.println("这是汽车的发动机");
}
}
class Underpan {
public void getStyle(){
System.out.println("这是汽车的底盘");
}
}
class Wheel {
public void getStyle(){
System.out.println("这是汽车的轮胎");
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
Engine engine = new Engine();
Underpan underpan = new Underpan();
Wheel wheel = new Wheel();
ICar car = new Car(underpan, wheel, engine);
car.show();
}
}
可以看到，调用者为了组装汽车还需要另外实例化发动机、底盘和轮胎，而这些汽车的组件是与调用者无关的，严重违反了迪米特法则，耦合度太高。并且非常不利于扩展。另外，本例中发动机、底盘和轮胎还是比较具体的，在实际应用中，可能这些产品的组件也都是抽象的，调用者根本不知道怎样组装产品。假如使用工厂方法的话，整个架构就显得清晰了许多。
interface IFactory {
public ICar createCar();
}
class Factory implements IFactory {
public ICar createCar() {
Engine engine = new Engine();
Underpan underpan = new Underpan();
Wheel wheel = new Wheel();
ICar car = new Car(underpan, wheel, engine);
return car;
}
}
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IFactory factory = new Factory();
ICar car = factory.createCar();
car.show();
}
}
优缺点
优点
- 在工厂方法模式中，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，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
- 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
- 主要目的是为了解耦。在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。
缺点
- 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，在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，会给系统带来一些额外的开销。
- 由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。