工厂模式详解：定义、类型、结构与实现

工厂模式详解：定义、类型、结构与实现

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一，它提供了一种创建对象的方式，使得创建对象的过程与使用对象的过程分离。

工厂模式提供了一种创建对象的方式，而无需指定要创建的具体类。通过使用工厂模式，可以将对象的创建逻辑封装在一个工厂类中，而不是在客户端代码中直接实例化对象，这样可以提高代码的可维护性和可扩展性。

工厂模式的类型

1、简单工厂模式（Simple Factory Pattern）：

• 简单工厂模式不是一个正式的设计模式，但它是工厂模式的基础。它使用一个单独的工厂类来创建不同的对象，根据传入的参数决定创建哪种类型的对象。

2、工厂方法模式（Factory Method Pattern）：

• 工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。工厂方法将对象的创建延迟到子类。

3、抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）：

• 抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或互相依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

概要

意图

定义一个创建对象的接口，让其子类决定实例化哪一个具体的类。工厂模式使对象的创建过程延迟到子类。

主要解决

接口选择的问题。

何时使用

当我们需要在不同条件下创建不同实例时。

如何解决

通过让子类实现工厂接口，返回一个抽象的产品。

关键代码

对象的创建过程在子类中实现。

应用实例

1. 汽车制造：你需要一辆汽车，只需从工厂提货，而不需要关心汽车的制造过程及其内部实现。
2. Hibernate：更换数据库时，只需更改方言（Dialect）和数据库驱动（Driver），即可实现对不同数据库的切换。

优点

1. 调用者只需要知道对象的名称即可创建对象。
2. 扩展性高，如果需要增加新产品，只需扩展一个工厂类即可。
3. 屏蔽了产品的具体实现，调用者只关心产品的接口。

缺点

每次增加一个产品时，都需要增加一个具体类和对应的工厂，使系统中类的数量成倍增加，增加了系统的复杂度和具体类的依赖。

使用场景

1. 日志记录：日志可能记录到本地硬盘、系统事件、远程服务器等，用户可以选择记录日志的位置。
2. 数据库访问：当用户不知道最终系统使用哪种数据库，或者数据库可能变化时。
3. 连接服务器的框架设计：需要支持 "POP3"、"IMAP"、"HTTP" 三种协议，可以将这三种协议作为产品类，共同实现一个接口。

注意事项

工厂模式适用于生成复杂对象的场景。如果对象较为简单，通过 new 即可完成创建，则不必使用工厂模式。使用工厂模式会引入一个工厂类，增加系统复杂度。

结构

工厂模式包含以下几个主要角色：

• 抽象产品（Abstract Product）：定义了产品的共同接口或抽象类。它可以是具体产品类的父类或接口，规定了产品对象的共同方法。
• 具体产品（Concrete Product）：实现了抽象产品接口，定义了具体产品的特定行为和属性。
• 抽象工厂（Abstract Factory）：声明了创建产品的抽象方法，可以是接口或抽象类。它可以有多个方法用于创建不同类型的产品。
• 具体工厂（Concrete Factory）：实现了抽象工厂接口，负责实际创建具体产品的对象。

实现

我们将创建一个Shape接口和实现Shape接口的实体类。下一步是定义工厂类ShapeFactory。

FactoryPatternDemo类使用ShapeFactory来获取Shape对象。它将向ShapeFactory传递信息（CIRCLE / RECTANGLE / SQUARE），以便获取它所需对象的类型。

步骤 1

创建一个接口:

public interface Shape {
    void draw();
}

步骤 2

创建实现接口的实体类。

Rectangle.java

public class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
    }
}

Square.java

public class Square implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Square::draw() method.");
    }
}

Circle.java

public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
    }
}

步骤 3

创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

ShapeFactory.java

public class ShapeFactory {
    // 使用 getShape 方法获取形状类型的对象
    public Shape getShape(String shapeType) {
        if (shapeType == null) {
            return null;
        }
        if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
            return new Circle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
            return new Rectangle();
        } else if (shapeType.equalsIgnoreCase("SQUARE")) {
            return new Square();
        }
        return null;
    }
}

步骤 4

使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

FactoryPatternDemo.java

public class FactoryPatternDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();

        // 获取 Circle 的对象，并调用它的 draw 方法
        Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
        // 调用 Circle 的 draw 方法
        shape1.draw();

        // 获取 Rectangle 的对象，并调用它的 draw 方法
        Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
        // 调用 Rectangle 的 draw 方法
        shape2.draw();

        // 获取 Square 的对象，并调用它的 draw 方法
        Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");
        // 调用 Square 的 draw 方法
        shape3.draw();
    }
}

步骤 5

执行程序，输出结果：

Inside Circle::draw() method.
Inside Rectangle::draw() method.
Inside Square::draw() method.