工厂方法 Factory Method

工厂方法模式是一种创建型设计模式，其在父类中提供一个创建对象的方法，允许子类决定实例化对象的类型。

工厂模式分为：简单工厂、工厂方法、抽象工厂。


为什么要使用？

工厂方法模式的对象职责：

在父类中提供一个创建对象的方法， 允许子类决定实例化对象的类型。换句话说，父类只需要知道它能创建对象，具体什么是实例对象让子类去考虑。

例如在实际开发中，你需要用户能够去自定义组件，那么你就需要制定一套规则，让用户依照你的规则去开发。工厂方法模式🏭就是非常好的选择。它能够让创建产品和使用产品分离，那么用户就可以在不修改核心代码的同时，更改为自定义组件。

父类决定实例的生成方式，但并不决定所要生成的具体的类，具体的类全部交由子类去负责。这样就能让创建者和具体产品解耦。


模式结构

  • 产品 （Product） 将会对接口进行声明。 对于所有由创建者及其子类构建的对象， 这些接口都是通用的。
  • 具体产品 （Concrete Products） 是产品接口的不同实现。
  • 创建者 （Creator） 类声明返回产品对象的工厂方法。 该方法的返回对象类型必须与产品接口相匹配。注意， 并不一定每次调用工厂方法都会创建新的实例。 工厂方法也可以返回缓存、 对象池或其他来源的已有对象。
  • 具体创建者 （Concrete Creators） 将会重写基础工厂方法， 使其返回不同类型的产品。

工厂方法模式的类图：

Creator 类只需要知道 create() 方法可以创建出 Product，而不需要知道其他具体实现。

当我们更换实现为新的 ConcreteCreator 类时，那么 create() 方法创建的 ConcreteProduct 也会更改。如果 Creator 类中能够创建不同的 Product 时，它就离抽象工厂更近一步了。

工厂方法模式侧重于直接对具体产品的实现进行封装和调用，通过统一的接口定义来约束程序的对外行为。


模式实现

该示例使用工厂方法模式来构建 Dialog 和 Button 的关系，并提供了一套默认样式。该模式使得用户也可以自定义样式，只需要继承抽象类并实现。

示例程序的类图

代码实现

抽象创建者 Creator
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package example.framework;

/** 抽象对话框 */
public abstract class Dialog {
    /** 显示对话框 */
    public void show() {
        Button button = createButton();
        button.render();
    }

    /**
     * 创建按键组件
     * @return 按键组件实例
     */
    public abstract Button createButton();
}
抽象产品 Product
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package example.framework;

/** 抽象按键产品 */
public abstract class Button {
    /** 按键标签 */
    protected String label = "Button";

    /**
     * 展示按键
     */
    public abstract void render();
}
默认实现
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package example.concrete;

import example.framework.Button;
import example.framework.Dialog;

/** 默认对话框实现 */
public class DefaultDialog extends Dialog {
    /**
     * 创建按键组件
     * @return 按键组件实例
     */
    @Override
    public Button createButton() {
        return new DefaultButton();
    }
}
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package example.concrete;

import example.framework.Button;

/** 默认按键产品实现 */
public class DefaultButton extends Button {
    /** 展示按键 */
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("| " + this.label + " |");
    }
}
自定义实现
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package example.my;

import example.framework.Button;
import example.framework.Dialog;

/** 自定义对话框实现 */
public class MyDialog extends Dialog {
    /**
     * 创建按键组件
     * @return 按键组件实例
     */
    @Override
    public Button createButton() {
        return new MyButton();
    }
}
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package example.my;

import example.framework.Button;

/** 自定义按键产品实现 */
public class MyButton extends Button {
    /** 展示按键 */
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("( " + this.label + " )");
    }
}

代码测试

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import example.concrete.DefaultDialog;
import example.framework.Dialog;
import example.my.MyDialog;

/** 测试工厂方法模式 */
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Dialog defaultDialog = new DefaultDialog();
        defaultDialog.show();
        System.out.println("------------- 分割线 -------------");
        Dialog myDialog = new MyDialog();
        myDialog.show();
    }
}

输出结果

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| Button |
------------- 分割线 -------------
( Button )

由上述可以看出，我们不需要去修改默认实现类就可以将样式替换成自定义的。


常用场景和解决方案

  • 有限、可重用的对象，使用工厂方法模式可以有效节约资源，例如：
    • 需要使用很多重复代码创建对象时，比如，DAO 层的数据对象、API 层的 VO 对象等。
    • 创建对象要访问外部信息或资源时，比如，读取数据库字段、获取访问授权 token 信息、配置文件等。
    • 创建需要统一管理生命周期的对象时，比如，会话信息、用户网页浏览轨迹对象等。
    • 创建池化对象时，比如，连接池对象、线程池对象、日志对象等。
  • 希望隐藏对象的真实类型时，比如，不希望使用者知道对象的真实构造函数参数等。
  • 不确定对象确切类别及其依赖关系时，可以使用工厂方法。工厂方法能让你在使用时不考虑它以后可能会拓展的具体实现。
  • 如果你希望用户能扩展你软件库或框架的内部组件，可使用工厂方法。

模式的优缺点

优点 缺点
你可以避免创建者和具体产品之间的紧密耦合。 应用工厂方法模式需要引入许多新的子类， 代码可能会因此变得更复杂。 最好的情况是将该模式引入创建者类的现有层次结构中。
能根据用户的需求定制化地创建对象。 具体工厂实现逻辑不统一，增加代码理解难度。
隐藏了具体使用哪种产品来创建对象。
单一职责原则。 你可以将产品创建代码放在程序的单一位置， 从而使得代码更容易维护。
开闭原则。 无需更改现有客户端代码， 你就可以在程序中引入新的产品类型。

拓展知识

  • 在许多设计工作的初期都会使用工厂方法模式（较为简单， 而且可以更方便地通过子类进行定制），随后演化为使用抽象工厂模式、原型模式或生成器模式（更灵活但更加复杂）。
  • 抽象工厂模式通常基于一组工厂方法，但你也可以使用原型模式来生成这些类的方法。
  • 工厂方法和抽象工厂的区别：
    1. 工厂方法模式侧重于继承的连续性，核心为“里氏替换原则”；而抽象工厂模式侧重于组合的拓展性，核心为“分析共性，找出更好的抽象产品”。
    2. 工厂方法适用单产品，抽象工厂适用于多产品。


🔙 设计模式

📌最后：希望本文能够给您提供帮助，文章中有不懂或不正确的地方，请在下方评论区💬留言！

🔗参考文献：

🌐 设计模式 –refactoringguru

▶️ bilibili-趣学设计模式；黄靖锋. –拉勾教育

📖 图解设计模式 /（日）结城浩著；杨文轩译. –北京：人民邮电出版社，2017.1