【设计模式】工厂模式（Factory Pattern）

1. 概述

工厂模式（Factory Pattern）是最常用的设计模式之一，它属于创建类型的设计模式。它提供了一种创建对象的最佳方式，在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过一个共同的接口来指向新创建的对象。

工厂模式（Factory Pattern）是 3 种工厂模式的总称 —— 简单工厂模式（Simple Factory）、工厂方法模式（Factory Method）、抽象工厂模式（Abstract Factory）。

这 3 种模式从上到下逐步抽象，并且具有一般性。用一下案例来理解工厂模式：

（1）在没有工厂的时代，如果用户需要一款宝马车，那么就需要用户自己去创建一款宝马车，即用户自己去执行创建一款宝马车所需要的一系列的复杂的操作，然后才能拿来用；
（2）简单工厂模式：后来出现了工厂，用户不再需要去创建宝马车，由工厂进行创建，即由工厂来执行创建宝马车的一些列复杂的操作，用户不用关心复杂的创建过程，用户想要什么车，直接通过工厂创建就可以了。比如，想要320i系列车，工厂就创建这个系列的车；
（3）工厂方法模式：为了满足不同用户的需求，宝马车推出了越来越多的车系以满足不同用户的需求，如320i系列、523i等等系列。原先一个工厂无法创建所有的宝马车系，于是又单独分出来多个具体的工厂，每个工厂创建一种车系，即具体工厂类只能创建一个具体产品。但是宝马工厂还是个抽象，用户需要指定某个具体的工厂才能生产出他所需要的车。例如，客户需要宝马320i系列的车，那么他就需要执行生产宝马320i系列车的工厂生产一辆他所需要的车；
（4）抽象工厂模式：随着客户要求越来越高，宝马车必须配置空调，于是这个工厂开始生产宝马车和所需要的空调。用户只要提出他需要宝马320i空调车，宝马工厂就直接给他提供宝马320i空调车，而不用自己去创建宝马320i空调宝马车。

2. 简单工厂模式

简单工厂模式的核心是定义一个创建对象的接口，讲对象的创建和本身的业务逻辑分离，降低系统的耦合度，使得两个修改起来相对容易些，当以后实现改变时，只需要修改工厂类即可。

如果不使用工厂，用户将需要自己创建宝马车。

public class BMW320 {public BMW320() {System.out.println("制造-->BMW320");}
}public class BMW523 {public BMW523() {System.out.println("制造-->BMW523");}
}public class Customer {public static void main(String[] args) {// 不适用简单工厂模式时，用户需要宝马车，则需要自己去创建BMW320 bmw320 = new BMW320();BMW523 bmw523 = new BMW523();}
}

用户需要知道怎么创建一款车，这样客户和车就紧密耦合在一起了，为了降低耦合性，就出现了简单工厂模式，把创建宝马车的操作细节都放到了工厂里，而客户直接使用工厂的创建方法，传入想要的宝马车型号就行了，而不必去知道创建的细节。

UML类图

工厂类角色：该模式的核心，用来创建产品，含有一定的商业逻辑和判断逻辑
抽象产品角色：它一般是具体产品集成的父类或者实现的接口
具体产品角色：工厂类所创建的对象就是次角色的实例，在JAVA中由一个具体的类实现

代码实现

产品类

public abstract class BMW {protected String type;public BMW() {}abstract public String getBMWType();
}public class BMW320 extends BMW {public BMW320() {System.out.println("制造-->BMW320");type = "BMW320";}@Overridepublic String getBMWType() {return type;}
}public class BMW523 extends BMW {public BMW523() {System.out.println("制造-->BMW523");type = "BMW523";}@Overridepublic String getBMWType() {return type;}
}

工厂类

public class BMWFactory {public BMW createBMW(String type) {switch (type) {case "320":return new BMW320();case "523":return new BMW523();default:break;}return null;}
}

Customer类

public class Customer {public static void main(String[] args) {BMWFactory bmwFactory = new BMWFactory();BMW bmw = bmwFactory.createBMW("320");System.out.println("BMW type: " + bmw.getBMWType());}
}

测试

简单工厂模式优缺点

优点
简单工厂模式提供专门的工厂类用于创建对象，实现了对象创建和使用的职责分离，客户端不需知道所创建的具体产品类的类名以及创建过程，只需要知道具体产品类所对应的参数即可。通过引入配置文件，可以在不修改任何客户端代码的情况下更换和增加新的具体产品类，在一定程度上提高了系统的灵活性。

缺点
缺点在于不符合设计模式的 “开闭原则”（对扩展开放，对修改关闭），每次添加新的产品就需要修改工厂类。在产品类型较多时，有可能造成工厂逻辑过于复杂，不利于系统的扩展维护，并且工厂类集中了所有产品创建逻辑，一旦不能正常工作，整个系统都要收到影响。

为了解决简单工厂模式的问题，出现了工厂方法模式。

3. 工厂方法模式

UML图

抽象工厂 AbstractFactory：工厂方法模式的核心，是具体工厂角色必须实现的接口或者必须继承的父类，在JAVA中它由接口或者抽象类来实现；
具体工厂 Factory：被应用程序调用以创建具体产品的对象，含有和具体业务逻辑有关的代码；
抽象产品 AbstractProduct：是具体产品类继承的父类或实现的接口，在JAVA中一般由抽象类或者接口来实现；
具体产品 Product：具体工厂角色所创建的对象就是此角色的实例。

代码实现

产品类

public abstract class BMW {protected String type;public BMW() {}abstract public String getBMWType();
}public class BMW320 extends BMW {public BMW320() {System.out.println("制造-->BMW320");type = "BMW320";}@Overridepublic String getBMWType() {return type;}
}public class BMW523 extends BMW {public BMW523() {System.out.println("制造-->BMW523");type = "BMW523";}@Overridepublic String getBMWType() {return type;}
}

工厂类

public interface BMWFactory {BMW createBMW();
}public class BMW320Factory implements BMWFactory  {@Overridepublic BMW createBMW() {System.out.println("BMW320 工厂生产 BMW320");return new BMW320();}
}public class BMW523Factory implements BMWFactory  {@Overridepublic BMW createBMW() {System.out.println("BMW523 工厂生产 BMW523");return new BMW523();}
}

Consumer类

public class Consumer {public static void main(String[] args) {// 用户指定具体的生产工厂BMWFactory bmwFactory= new BMW523Factory();// 由指定的工厂生产产品BMW bmw = bmwFactory.createBMW();System.out.println("BMW type: " + bmw.getBMWType());}
}

测试

工厂方法模式的优缺点

4. 抽象工厂模式

在工厂方法模式中，我们使用一个工厂创建一个产品，一个具体的工厂对应一个具体产品。但我们有时希望一个工厂能够提供多个产品对象，而不是单一的产品对象，这个时候就需要抽象工厂模式。

在了解抽象工厂模式之前，需要先理清楚 产品等级结构 和 产品族 两个概念：

产品等级结构
产品等级结构指的是产品的继承结构，例如一个空调抽象类，它有海尔空调、隔离空调、美的空调等一系列的子类，那么这个空调抽象类和它的子类就构成了一个产品等级结构；
产品族
产品族是指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。例如，海尔工厂生产海尔空调、海尔冰箱，那么海尔空调、海尔冰箱就位于海尔产品族中。

抽象工厂主要用于创建相关对象的家族，当一个产品族中需要被设计在一起工作时，通过抽象工厂模式，能够保证客户端始终只使用一个产品族中的对象；并且通过隔离具体类的生产，使得客户端不需要明确指定具体生成类；所有的具体工厂都实现了抽象工厂中定义的公共接口，因此只需改变具体工厂的实例，就可以在某种程度上改变整个软件系统的行为。

但该模式的缺点在于添加新的行为时比较麻烦，如果需要添加一个新的产品族对象时，需要更改接口及其下所有子类，这必然会带来很大的麻烦。

UML图

抽象工厂 AbstractFactory：定义了一个接口，这个接口包含了一组方法用来生产产品，所有的具体工厂都必须实现此接口；
具体工厂 ConcreteFactory：用于生产不同的产品族，要创建一个产品，用户只需使用其中一个工厂进行获取，完全不需要实例化任何产品对象；
抽象产品 AbstractProduct：这是一个产品家族，每一个具体工厂都能够生产一整组产品；
具体产品 Product；

代码实现

通过抽象工厂模式，我们可以实现以下的效果：比如宝马320系列使用空调型号A和发动机型号A，而宝马523系列使用空调型号B和发动机型号B，在为320系列生产相关配件时，就无需指定配件的型号，它会自动根据车型生产对应的配件型号A。

也就是说，当每个抽象产品都有多余一个具体子类的时候（空调有型号A和B两种，发动机也有型号A和B两种），工厂角色怎么知道实例化哪一个子类呢？抽象工厂模式提供两个具体工厂角色（宝马320系列工厂和宝马523系列工厂），分别对应于这两个具体产品角色，每一个具体工厂角色只负责某一个产品角色的实例化，每一个具体工厂类只负责创建抽象产品的某一个具体子类的实例。

产品类

// Engine
public abstract class AbstractEngine {/*** 引擎的型号*/protected String type;abstract public String getType();
}public class EngineA extends AbstractEngine {public EngineA() {this.type = "Engine A";}@Overridepublic String getType() {return this.type;}
}public class EngineB extends AbstractEngine {public EngineB() {this.type = "Engine B";}@Overridepublic String getType() {return this.type;}
}// AirConditioner
public abstract class AbstractAirConditioner {/*** 空调的型号*/protected String type;abstract public String getType();
}public class AirConditionerA extends AbstractAirConditioner {public AirConditionerA() {this.type = "AirConditioner A";}@Overridepublic String getType() {return this.type;}
}public class AirConditionerB extends AbstractAirConditioner {public AirConditionerB() {this.type = "AirConditioner B";}@Overridepublic String getType() {return this.type;}
}

工厂类

public interface BMWFactory {AbstractEngine createEngine();AbstractAirConditioner createAirConditioner();
}public class BMW320Factory implements BMWFactory {@Overridepublic AbstractEngine createEngine() {System.out.println("制造 Engine A");return new EngineA();}@Overridepublic AbstractAirConditioner createAirConditioner() {System.out.println("制造 AirConditioner A");return new AirConditionerA();}
}public class BMW523Factory implements BMWFactory {@Overridepublic AbstractEngine createEngine() {System.out.println("制造 Engine B");return new EngineB();}@Overridepublic AbstractAirConditioner createAirConditioner() {System.out.println("制造 AirConditioner B");return new AirConditionerB();}
}

Consumer类

public class Consumer {public static void main(String[] args) {BMWFactory bmwFactory = new BMW523Factory();AbstractEngine engine = bmwFactory.createEngine();AbstractAirConditioner airConditioner = bmwFactory.createAirConditioner();System.out.println("Engine型号: " + engine.getType());System.out.println("AirConditioner型号: " + airConditioner.getType());}
}