工厂模式-简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式

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工厂模式

工厂模式是一种比较常见的创建型设计模式，分为简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式

工厂模式旨在把对象的创建和使用分离开来，把创建对象的职责交给工厂类，这样会有哪些好处？

  • 解耦：对象的创建和使用分离

  • 减少代码重复、创建蔓延，降低维护成本：对于创建较为复杂的对象，可以减少代码重复、降低维护成本

简单工厂模式

介绍

简单工厂模式-又叫做静态工厂方法，工厂类提供创建对象的方法（如create），接收一个参数，通过不同的参数实例化不同的产品类

简单工厂方法并不属于23种常见设计模式之一，适用于相对简单的场景，创建较少的对象。最重要的一点是它违背了开闭原则（对扩展开发，对修改关闭）(可以通过反射机制避免)，因为在扩展产品类的时候需要添加条件分支（如if-else、switch-case），需要修改工厂类方法

简单工厂类图

简单工厂模式角色分配

  • 工厂(Factory)：负责实现创建所有实例的内部逻辑，工厂类可以被外界直接调用，创建所需的产品对象
  • 抽象产品(Product)：负责描述所有实例的公共接口
  • 具体产品(ConcreteProduct)：简单工厂模式的创建目标

代码实例

创建一个可以展示不同图表的工具，可以展示柱状图、饼图、折线图，每个图表对象都有方法display()展示图表。

简单工厂

ChartFactory.java
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public class ChartFactory {

    /**
     * 创建图表  负担太重、不符合开闭原则
     */
    public static IChart create(String type) {
        switch (type) {
            case "bar":
                return new BarChart();
            case "pie":
                return new PieChart();
            case "line":
                return new LineChart();
            default:
                return null;
        }
    }
}

静态方法工厂

ChartFactory2.java
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public class ChartFactory2 {

    public static BarChart createBarChart() {
        return new BarChart();
    }

    public static PieChart createPieChart() {
        return new PieChart();
    }

    public static LineChart createLineChart() {
        return new LineChart();
    }
}

反射机制改良简单工厂

使用简单工厂模式，当我们需要扩展的时候，是不符合开闭原则的，如上面的例子需要多一种图表展示，那么工厂类的创建方法就需要多处理一个条件分支。那如何可以让我们对扩展开放、对修改关闭呢？使用反射机制是可以做到的

ChartFactory3.java
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public class ChartFactory3 {

    public static IChart create(Class<? extends IChart> clazz) {
        IChart chart = null;
        try {
            chart = clazz.newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return chart;
    }

    public static IChart create(String className) {
        IChart chart = null;
        try {
            chart = (IChart) Class.forName(className).newInstance();
        } catch (InstantiationException | IllegalAccessException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return chart;
    }
}

Spring 的Ioc容器是通过配置文件和反射机制解决了简单工厂中的缺点

工厂方法模式

介绍

工厂方法的使用频率很高，经常可以在一些项目中看见

工厂方法(Factory Method) - 定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类

工厂方法针对每一种产品提供一个工厂类，通过不同的工厂实例来创建不同的产品实例，相比于简单工厂来说，不再提供一个统一的工厂创建所有的对象

优点

  • 工厂方法模式很好的减轻了工厂类的负担，把一种类交由一个工厂创建
  • 同时增加产品类并不需要修改工厂类，只需要添加创建该产品的工厂即可，使得工厂类符合开放-封闭原则

缺点

  • 对于某些可以形成产品族（一组产品）的情况处理比较复杂

工厂方法类图

工厂方法模式角色分配

  • 抽象工厂(Factory)：创建对象的工厂类的接口或父类
  • 具体工厂(ConcreteFactory)：实现抽象工厂接口的具体工厂类
  • 抽象产品(Product)：工厂类所创建对象的超类型，也就是具体产品对象的共同父类或接口
  • 具体产品(ConcreteProduct)：具体产品由专门的具体工厂创建

代码示例

对上面简单工厂模式的例子修改，增加一个工厂接口和实现接口的具体工厂类

工厂接口

IChartFactory.java
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public interface IChartFactory {
    IChart getChart();
}

工厂实现-柱状图工厂类

BarChartFactory.java
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public class BarChartFactory implements IChartFactory{
    @Override
    public IChart getChart() {
        return new BarChart();
    }
}

抽象工厂模式

介绍

抽象工厂模式是比较难理解的工厂模式了，它的定义如下

抽象工厂模式(Abstract Factory) - 为创建一组相关或相互依赖的对象提供一个接口，而且无须指定它们的具体类

  • 抽象工厂是应对产品族概念的
  • 工厂方法模式是一种极端情况的抽象工厂模式（即只生产一种产品的抽象工厂模式），而抽象工厂模式
    可以看成是工厂方法模式的一种推广
  • 最大的缺点就是产品族扩展非常困难，增加一个产品，工厂类就需要增加一个创建该产品对象的方法

抽象工厂类图

抽象工厂模式角色分配

  • 抽象工厂(AbstractFactory)：创建对象的工厂类的接口或父类，包含所有产品创建的抽象方法
  • 具体工厂(ConcreteFactory)：实现抽象工厂接口的具体工厂类
  • 抽象产品(AbstractProduct)：具体产品对象的共同父类或接口（有多个，一个产品族）
  • 具体产品(ConcreteProduct)：具体产品由专门的具体工厂创建

如上类图，ProductA和ProductB是一个产品族的两个抽象产品，两个抽象产品都各自有可能有多个实现，ConcreteProductA1、ConcreteProductA2、ConcreteProductB1、ConcreteProductB2都是这些抽象产品的具体实现。AbstractFactory是工厂类的抽象接口，包含所有产品创建的抽象方法，工厂类不止是去创建一个产品对象，而是负责创建一个产品族的对象

代码示例

有组装过台式电脑的人可能知道一台电脑有很多配件组成，有CPU、主板、显卡、内存、硬盘、外设等，这些配件就可以看成是一个产品族的产品，而各个配件有不同的生产厂家和型号，有的可以混合搭配、有的需要指定型号。这里为了简单，假设只需要CPU和主板，CPU的生产厂家主要是Intel和AMD、对应的主板型号也不尽相同

抽象工厂

IFactory.java
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public interface IFactory {

    ICpu createCpu();

    IMainboard createMainboard();
}

抽象产品

ICpu.java
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public interface ICpu {
    void installCpu();
}
IMainboard.java
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public interface IMainboard {
    void installMainboard();
}

总结

工厂模式区别

  • 简单工厂：使用一个工厂对象用来生产同一等级结构中的任意产品。（不支持拓展增加产品）
  • 工厂方法：使用多个工厂对象用来生产同一等级结构中对应的固定产品。（支持拓展增加产品）
  • 抽象工厂：使用多个工厂对象用来生产不同产品族的全部产品。（不支持拓展增加产品族；支持增加产品）
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