JAVA高级之设计模式（工厂模式）

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1、什么是工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，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，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

工厂模式将目的将创建对象的具体过程屏蔽隔离起来，从而达到更高的灵活性。客户端代码只需要关心从工厂获取对象的过程，而不需要了解对象的创建细节。这样可以降低代码的耦合度，提高代码的可维护性和可扩展性。工厂模式有三种，分别是简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式。三种模式从前到后越来越抽象，也更具有一般性。

• 简单工厂模式（Simple Factory）
• 工厂方法模式（Factory Method）
• 抽象工厂模式（Abstract Factory）

工厂模式通常涉及以下几个角色：

抽象工厂（Abstract Factory）：定义一个创建对象的接口，但不负责具体的对象创建过程。它通常是一个接口或者抽象类，其中定义了一个或多个创建对象的方法。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 中它由抽象类或者接口来实现。

具体工厂（Concrete Factory）：实现抽象工厂接口，负责实际创建具体的对象。每个具体工厂都对应着一种具体的对象类型。是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（Product）：是具体产品继承的父类或实现的接口，在 Java 中一般有抽象类或者接口来实现。

具体产品（Concrete Product）：具体工厂角色所创建的对象就是此角色的实例。

场景：

（1）在没有工厂的时代，如果客户需要一款宝马车，那么就需要客户去创建一款宝马车，然后拿来用。

（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，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：为了满足客户，宝马车系列越来越多，如320i、523i等等系列，一个工厂无法创建所有的宝马系列，于是又单独分出来多个具体的工厂，每个具体工厂创建一种系列，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，你需要指定某个具体的工厂才能生产车出来。

（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需要的空调。最终是客户只要对宝马的销售员说：我要523i空调车，销售员就直接给他523i空调车了。而不用自己去创建523i空调车宝马车。

下面我们就针对几种不同的工厂模式进行详细的说明：

2、简单工厂模式

单工厂模式的核心是定义一个创建对象的接口，将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，用户将自己创建宝马车，具体UML图和代码如下：

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) { BMW320 bmw320 = new BMW320(); BMW523 bmw523 = new BMW523(); } }

    用户需要知道怎么创建一款车，这样子客户和车就紧密耦合在一起了，为了降低耦合，就出现了简单工厂模式，把创建宝马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。 

简单工厂模式的UML图

 代码实现

产品类：

abstract class BMW { public BMW(){} } public class BMW320 extends BMW { public BMW320() { System.out.println("制造-->BMW320"); } } public class BMW523 extends BMW{ public BMW523(){ System.out.println("制造-->BMW523"); } }

工厂类：

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

用户类：

public class Customer { public static void main(String[] args) { Factory factory = new Factory(); BMW bmw320 = factory.createBMW(320); BMW bmw523 = factory.createBMW(523); } }

简单工厂模式的优缺点

        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。

        但缺点在于不符合“开放-封闭原则”（OCP），每次添加新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，整个系统都要受到影响。 

    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

        工厂方法模式将工厂抽象化，并定义一个创建对象的接口。每增加新产品，只需增加该产品以及对应的具体实现工厂类，由具体工厂类决定要实例化的产品是哪个，将对象的创建与实例化延迟到子类，这样工厂的设计就符合“开闭原则”了，扩展时不必去修改原来的代码。

代码实现：

产品类：

abstract class BMW { public BMW(){} } public class BMW320 extends BMW { public BMW320() { System.out.println("制造-->BMW320"); } } public class BMW523 extends BMW{ public BMW523(){ System.out.println("制造-->BMW523"); } }

工厂类：

interface FactoryBMW { BMW createBMW(); } public class FactoryBMW320 implements FactoryBMW{ @Override public BMW320 createBMW() { return new BMW320(); } } public class FactoryBMW523 implements FactoryBMW { @Override public BMW523 createBMW() { return new BMW523(); } }

客户类：

public class Customer { public static void main(String[] args) { FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320(); BMW320 bmw320 = factoryBMW320.createBMW(); FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523(); BMW523 bmw523 = factoryBMW523.createBMW(); } }

在使用时，用于只需知道产品对应的具体工厂，关注具体的创建过程，甚至不需要知道具体产品类的类名，当我们选择哪个具体工厂时，就已经决定了实际创建的产品是哪个了。

        但缺点在于，每增加一个产品都需要增加一个具体产品类和实现工厂类，使得系统中类的个数成倍增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，同时也增加了系统具体类的依赖。

4、抽象工厂

在工厂方法模式中，我们使用一个工厂创建一个产品，一个具体工厂对应一个具体产品，但有时候我们需要一个工厂能够提供多个产品对象，而不是单一的对象，这个时候我们就需要使用抽象工厂模式。 

在介绍抽象工厂模式前，我们先理清两个概念：

• 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、格力空调、美的空调等一系列的子类，那么这个空调抽象类和他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。比如，海尔工厂生产海尔空调、海尔冰箱，那么海尔空调则位于海尔族中。

产品等级结构和产品族结构示意图如下：

 什么是抽象工厂模式

        抽象工厂模式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同一个产品族中的对象；并且通过隔离具体类的生成，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，因此只需要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结构图

• 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230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，就无需制定配件的型号，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于一个的具体子类的时候（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230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：

//发动机以及型号 public interface Engine {} public class EngineA implements Engine{ public EngineA(){ System.out.println("制造-->EngineA"); } } public class EngineB implements Engine{ public EngineB(){ System.out.println("制造-->EngineB"); } } //空调以及型号 public interface Aircondition {} public class AirconditionA implements Aircondition{ public AirconditionA(){ System.out.println("制造-->AirconditionA"); } } public class AirconditionB implements Aircondition{ public AirconditionB(){ System.out.println("制造-->AirconditionB"); } } 

创建工厂类：

//创建工厂的接口 public interface AbstractFactory { //制造发动机 public Engine createEngine(); //制造空调 public Aircondition createAircondition(); } //为宝马320系列生产配件 public class FactoryBMW320 implements AbstractFactory{ @Override public Engine createEngine() { return new EngineA(); } @Override public Aircondition createAircondition() { return new AirconditionA(); } } //宝马523系列 public class FactoryBMW523 implements AbstractFactory { @Override public Engine createEngine() { return new EngineB(); } @Override public Aircondition createAircondition() { return new AirconditionB(); } } 

客户：

public class Customer { public static void main(String[] args){ //生产宝马320系列配件 FactoryBMW320 factoryBMW320 = new FactoryBMW320(); factoryBMW320.createEngine(); factoryBMW320.createAircondition(); //生产宝马523系列配件 FactoryBMW523 factoryBMW523 = new FactoryBMW523(); factoryBMW523.createEngine(); factoryBMW523.createAircondition(); } }

5、总结

1、简单工厂模式 (Simple Factory Pattern)

工厂方法模式与抽象工厂模式的区别在于：

（1）工厂方法只有一个抽象产品类和一个抽象工厂类，但可以派生出多个具体产品类和具体工厂类，每个具体工厂类只能创建一个具体产品类的实例。

（2）抽象工厂模式拥有多个抽象产品类（产品族）和一个抽象工厂类，每个抽象产品类可以派生出多个具体产品类；抽象工厂类也可以派生出多个具体工厂类，同时每个具体工厂类可以创建多个具体产品类的实例