【设计模式】3.深入理解 Java 中的工厂方法模式-优快云博客

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深入理解 Java 中的工厂方法模式

工厂方法模式（Factory Method Pattern） 是一种创建型设计模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个具体类。工厂方法模式让类的实例化推迟到子类，从而使设计更加灵活，符合面向对象设计的“开闭原则”，即对扩展开放、对修改关闭。

一、工厂方法模式的基本概念

工厂方法模式的核心是为了解决对象创建的问题。在许多情况下，客户端并不关心某个对象的具体类，而是关注它们的抽象行为。工厂方法模式通过将对象创建的逻辑封装起来，让子类来决定具体类的实例化，从而减少代码的耦合性，提高系统的灵活性。

工厂方法模式包括以下角色：

抽象产品（Product）：定义了产品的接口，所有的具体产品都必须实现该接口。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品接口，定义了具体产品的行为。
抽象工厂（Creator）：声明了工厂方法，返回一个产品的对象。可以通过这个方法来创建抽象产品。
具体工厂（ConcreteCreator）：实现了工厂方法，返回具体产品实例。

二、工厂方法模式的结构

工厂方法模式的 UML 图如下：

+-------------------+           +-------------------+
|    Creator        |<----------| ConcreteCreator    |
+-------------------+           +-------------------+
| + factoryMethod() |           | + factoryMethod()  |
+-------------------+           +-------------------+
       ^                                    ^
       |                                    |
+-------------------+           +-------------------+
|    Product        |           | ConcreteProduct    |
+-------------------+           +-------------------+
| + useProduct()    |           | + useProduct()     |
+-------------------+           +-------------------+

工厂方法模式将对象创建的逻辑推迟到子类，这样做可以使系统更加灵活，便于扩展和维护。

三、工厂方法模式的代码实现

我们通过一个简单的实例来展示工厂方法模式的使用。假设我们有一个场景，需要创建不同类型的日志记录器，日志记录器有两种类型：文件日志记录器和数据库日志记录器。

1. 定义产品接口

首先，我们定义日志记录器的抽象产品接口 Logger：

public interface Logger {
    void log(String message);
}

2. 定义具体产品

接下来，我们为 Logger 定义两个具体产品：文件日志记录器和数据库日志记录器。

public class FileLogger implements Logger {
    @Override
    public void log(String message) {
        System.out.println("File Logger: " + message);
    }
}

public class DatabaseLogger implements Logger {
    @Override
    public void log(String message) {
        System.out.println("Database Logger: " + message);
    }
}

3. 定义抽象工厂

我们定义一个抽象工厂类 LoggerFactory，它声明了一个工厂方法 createLogger()，用于创建 Logger 对象。

public abstract class LoggerFactory {
    public abstract Logger createLogger();
    
    public void logMessage(String message) {
        Logger logger = createLogger();
        logger.log(message);
    }
}

4. 实现具体工厂

接着，我们为每个具体的日志记录器实现对应的工厂类。

public class FileLoggerFactory extends LoggerFactory {
    @Override
    public Logger createLogger() {
        return new FileLogger();
    }
}

public class DatabaseLoggerFactory extends LoggerFactory {
    @Override
    public Logger createLogger() {
        return new DatabaseLogger();
    }
}

5. 客户端使用

客户端通过调用具体工厂类来获取具体的日志记录器对象：

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        LoggerFactory fileLoggerFactory = new FileLoggerFactory();
        fileLoggerFactory.logMessage("This is a file log.");

        LoggerFactory databaseLoggerFactory = new DatabaseLoggerFactory();
        databaseLoggerFactory.logMessage("This is a database log.");
    }
}

输出结果：

File Logger: This is a file log.
Database Logger: This is a database log.

四、工厂方法模式的优缺点

优点：

解耦创建和使用：客户端不需要知道具体类的名称和创建过程，避免了在客户端代码中出现 new 操作符，提高了代码的灵活性。
遵循开闭原则：通过子类来扩展新的产品而不修改现有代码，符合开闭原则（Open-Closed Principle）。
提高可维护性：对象创建逻辑集中在工厂类中，便于统一管理和维护。

缺点：

类的数量增加：每增加一种产品，都需要增加相应的工厂类，可能会导致类的数量大幅增加。
系统结构复杂：当产品种类较多时，系统中会有较多的工厂类，使系统结构变得复杂。

五、工厂方法模式的应用场景

工厂方法模式在以下场景中非常适用：

对象的创建过程较为复杂时：如果对象的创建过程涉及很多步骤或条件判断，将创建过程封装到工厂方法中可以简化客户端的代码。
系统需要灵活扩展时：当系统需要根据需求扩展新产品时，工厂方法模式可以很方便地通过新增工厂类来实现扩展，而无需修改现有代码。
需要隔离具体类的客户端时：客户端不关心产品的具体类，只关心它们的接口，通过工厂方法可以隐藏具体产品的实现，客户端只需与抽象产品交互。

六、工厂方法模式的变体

在工厂方法模式中，我们还可以对工厂方法进行一些改进，使其更加灵活：

参数化工厂方法：工厂方法可以根据传递的参数返回不同的产品。

public abstract class LoggerFactory {
    public abstract Logger createLogger(String type);
}

public class ConcreteLoggerFactory extends LoggerFactory {
    @Override
    public Logger createLogger(String type) {
        if ("file".equals(type)) {
            return new FileLogger();
        } else if ("database".equals(type)) {
            return new DatabaseLogger();
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Unknown type: " + type);
        }
    }
}