工厂方法模式

简单工厂模式虽然简单，但是存在一个很严重的问题：当系统中需要引入新产品时，由于工厂类的静态工厂方法通过传入的参数的不同来创建不同的产品，这必定要修改工厂类的源代码，这就违背了开闭原则。此外，在简单工厂模式中，所有的产品都由同一个工厂创建，工厂类的职责较重，业务逻辑较为复杂，具体产品与工厂类之间的耦合度较高，严重影响了系统的灵活性和扩展性。

如何实现在增加新产品时不影响已有的代码？工厂方法模式为此应运而生。

在工厂方法模式中，不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同的产品提供不同的工厂，系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构。

工厂方法模式的定义如下：

工厂方法模式（Factory Method Pattern）：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工厂方法模式又简称为工厂模式（Factory Pattern），又可称作虚拟构造器模式（Virtual Constructor Pattern）或多态工厂模式（Polymorphic Factory Pattern）。工厂方法模式是一种类创建型模式。

工厂方法模式的UML图如下所示：

其中工厂方法模式主要包含以下4个角色：

1.Product（抽象产品）：它是定义产品的接口，时工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是具体产品类的公共父类；

2.ConcreteProduct（具体产品）：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂负责创建，具体工厂和具体产品一一对应；

3.Factory（抽象工厂）：在抽象工厂类中，声明了工厂方法（Factory Method），用于返回一个产品。抽象工厂时工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口；

4.ConcreteFactory（具体工程）：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

工厂方法模式的Java代码实现如下：

/**
 * 抽象产品类
 */
public abstract class Product {

    //所有产品类的公共业务方法
    public void methodSame() {
        //公共方法的实现
    }

    //声明抽象的业务方法，由不同的产品子类来实现
    public abstract void methodDiff();

}

/**
 * 具体产品类
 */
public class ConcreteProductA extends Product {

    //实现具体的业务方法
    @Override
    public void methodDiff() {

    }
}

/**
 * 具体产品类
 */
public class ConcreteProductB extends Product {

    //实现具体的业务方法
    @Override
    public void methodDiff() {

    }
}

/**
 * 抽象工厂类
 */
public interface Factory {


    //工厂方法
    Product factoryMethod();
}

package com.dp.factorymethod;


/**
 * 具体产品A工厂，只负责创建A产品
 */
public class ConcreteFactoryA implements Factory {


    @Override
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProductA();
    }
}

package com.dp.factorymethod;


/**
 * 具体产品B工厂，只负责创建B产品
 */
public class ConcreteFactoryB implements Factory {


    @Override
    public Product factoryMethod() {
        return new ConcreteProductB();
    }
}

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        //在客户端类中，通过不同的具体工厂类创建不同的具体产品对象
        Factory factoryA = new ConcreteFactoryA();
        Product productA = factoryA.factoryMethod();

        Factory factoryB = new ConcreteFactoryB();
        Product productB = factoryB.factoryMethod();
    }
}

工厂方法模式的主要优点如下：

1.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，用户只需关心所需产品对应的工厂，而无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名；

2.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。它能够让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整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，正是因为所有的具体工厂类都具有同一个抽象父类；

3.使用工厂方法模式的另一个优点是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类和一个具体产品类就可以了，这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合开闭原则。

工厂方法模式的主要缺点如下：

1.在添加新产品时，除了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；

2.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。

以下情况可以考虑使用工厂方法模式：

1.客户端不知道其所需要的对象的类。在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中；

2.抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。在工厂方法模式中，抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体需要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏替换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使系统更容易扩展。