软件设计模式系列之四——简单工厂模式

2023-09-13 07:16 由 cooldream2009 发表于 #软件工程

1 模式的定义

简单工厂模式（Simple Factory Pattern）是一种创建型设计模式，用于对象的创建，它属于工厂模式的一种。简单工厂模式的主要目标是封装对象的创建过程，使客户端代码与具体类的实例化解耦，从而提高代码的可维护性和可扩展性。

简单工厂模式定义了一个工厂类，该工厂类负责根据客户端的需求创建不同类型的对象，而客户端只需提供一个参数或者条件，工厂类就能返回相应的具体对象实例。

2 举例说明

利用富士康代工生产小米手机、华为手机为例来说明一下简单工厂模式，其中

富士康工厂就是简单工厂，负责根据客户（小米和华为）的要求来制造手机。

小米手机和华为手机是具体的产品，它们有不同的特性和功能，但都属于手机产品。

在这个例子中，富士康工厂就像是一个手机制造工厂，客户（小米和华为）只需要向工厂提出订单（传递一个参数或条件，例如手机品牌），工厂根据客户的要求生产出相应的手机产品。客户不需要了解手机制造的具体细节，只需与工厂交互即可。这种方式将手机的创建过程与客户代码解耦，使得客户端更加简洁，并且富士康工厂可以根据市场需求轻松地生产不同品牌的手机，而不需要修改客户端代码。

简单工厂模式在这个例子中帮助了富士康工厂代工制造手机，客户只需要告诉工厂需要哪种手机，而无需关心手机的具体制造过程，这体现了简单工厂模式的核心思想，即将对象的创建与客户端代码解耦，从而提高了灵活性和可维护性。

3 结构

简单工厂模式的结构主要包括以下三个关键元素：

具体产品类(Concrete Products)

具体产品类是工厂类创建的对象类型，它们共享一个公共的抽象产品类或接口。每个具体产品类实现了抽象产品类或接口中定义的方法，以提供特定的功能和行为。

工厂类(Factory)

工厂类是简单工厂模式的核心部分，负责根据客户端的请求创建具体产品对象。工厂类通常包含一个或多个工厂方法，每个工厂方法用于创建不同类型的具体产品对象。工厂类的目标是封装对象的创建逻辑，使客户端免于了解具体产品的构造过程。

客户端(Client)

客户端是使用简单工厂模式的代码部分，负责向工厂类发送请求以获取所需的具体产品对象。客户端通常不直接实例化具体产品对象，而是通过工厂类来获取对象。

简单工厂模式的关键思想是将对象的创建和客户端解耦，客户端只需要知道如何使用工厂类来获取所需的对象，而无需关心对象的具体创建过程。这种模式有助于提高代码的可维护性和可扩展性，因为它允许在不修改客户端代码的情况下添加新的具体产品类。

4 实现步骤

简单工厂模式的实现步骤如下：

4.1 定义抽象产品类（Abstract Product）

首先，定义一个抽象产品类或接口，它声明了具体产品类必须实现的方法。这个抽象产品类将统一具体产品的接口。

4.2 创建具体产品类（Concrete Products）

为每个具体产品创建一个相应的类，这些类应该实现抽象产品类中定义的方法。

具体产品类表示不同类型的对象，具体产品的特性和行为由这些类来定义。

4.3 创建工厂类（Factory）

创建一个工厂类，该工厂类负责对象的创建。

在工厂类中定义一个或多个工厂方法，用于根据客户端的请求创建具体产品对象。

工厂方法通常会包括条件判断或者其他逻辑，以确定创建哪个具体产品对象。

4.4 客户端使用工厂类

客户端不直接实例化具体产品对象，而是通过调用工厂类的方法来获取所需的对象。

客户端需要知道如何使用工厂类，以及如何传递参数或条件给工厂类来获取合适的对象。

4.5 客户端调用工厂方法

客户端在需要具体产品对象的地方，调用工厂方法并传递必要的参数或条件。

工厂方法会根据参数或条件来创建并返回相应的具体产品对象。

总的来说，简单工厂模式通过将对象的创建逻辑封装在工厂类中，使客户端代码与具体产品的构造过程解耦，从而提高了代码的可维护性和可扩展性。客户端只需要关注如何使用工厂类来获取对象，而无需了解对象的创建细节。这种模式适用于那些对象的创建过程相对简单，不需要频繁变化的场景。

5 代码实现

首先，定义抽象手机类 AbstractMobile，其中只包含一个抽象方法 action：

public abstract class AbstractMobile {
    public abstract void action();
}

接下来，创建具体手机类 XiaomiMobile 和 HuaweiMobile，它们分别继承自 AbstractMobile 并实现 action 方法：

public class XiaomiMobile extends AbstractMobile {
    @Override
    public void action() {
        System.out.println("Xiaomi Mobile is performing an action.");
    }
}

public class HuaweiMobile extends AbstractMobile {
    @Override
    public void action() {
        System.out.println("Huawei Mobile is performing an action.");
    }
}

然后，创建工厂类 FuFactory，该工厂类包含一个方法 createMobile 用于根据客户端的需求创建具体产品对象：

public class FuFactory {
    public static AbstractMobile createMobile(String brand) {
        if ("Xiaomi".equals(brand)) {
            return new XiaomiMobile();
        } else if ("Huawei".equals(brand)) {
            return new HuaweiMobile();
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid brand. Supported brands are Xiaomi and Huawei.");
        }
    }
}

最后，客户端代码可以使用 FuFactory 来创建手机对象，并调用 action 方法：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractMobile xiaomiPhone = FuFactory.createMobile("Xiaomi");
        AbstractMobile huaweiPhone = FuFactory.createMobile("Huawei");

        xiaomiPhone.action();
        huaweiPhone.action();
    }
}

这段 Java 代码将输出以下结果：

Xiaomi Mobile is performing an action.
Huawei Mobile is performing an action.

这个示例中，我们定义了一个抽象方法 action，要求具体手机类必须实现该方法。通过简单工厂模式，我们成功地创建了 XiaomiMobile 和 HuaweiMobile 对象，并在客户端代码中调用了 action 方法。这种方式可以确保每个具体手机类都必须提供一个特定的行为实现。

6 典型应用场景

简单工厂模式适用于以下应用场景：

需要根据条件创建不同对象的情况 ：当系统中的某个类有多个子类，而客户端在不同情况下需要创建不同子类的对象时，可以使用简单工厂模式。通过简单工厂，客户端只需提供条件或参数，而无需了解对象的具体构造过程。

对象的创建过程相对简单 ：如果对象的创建逻辑相对简单，不涉及复杂的初始化操作或依赖关系的管理，那么简单工厂模式是一个合适的选择。它有助于将创建逻辑集中在一个工厂类中，提高了代码的可维护性。

需要降低客户端和具体产品类之间的耦合度 ：通过简单工厂模式，客户端代码与具体产品类之间的耦合度降低，因为客户端只需要与工厂类交互，而无需直接与具体产品类交互。这使得客户端更加灵活，能够轻松适应变化。

需要在系统中集中管理对象的创建逻辑 ：如果希望在整个系统中集中管理对象的创建逻辑，可以使用简单工厂模式。这有助于在将来的维护和扩展中更容易地修改或添加新的产品类。

对象创建频率较低 ：如果某种类型的对象在系统中的创建频率相对较低，而且不需要支持多态性，简单工厂模式可以满足需求，避免创建大量的工厂方法。

需要注意的是，虽然简单工厂模式有其优点，但它也有一些缺点，例如不符合开闭原则，因为每次添加新的产品类都需要修改工厂类，可能导致工厂类变得庞大。因此，在某些情况下，工厂方法模式或抽象工厂模式可能更适合处理对象的创建需求。选择适当的创建型模式取决于具体的项目需求和设计目标。

7 优缺点

简单工厂模式有一些优点和缺点，下面是简单工厂模式的主要优缺点：

优点：

封装对象创建过程：简单工厂模式将对象的创建过程封装在工厂类中，使客户端无需关心对象的具体构造过程，从而降低了客户端代码与具体产品类之间的耦合度。
代码重用：通过工厂类来创建对象，可以在不同的地方多次使用相同的创建逻辑，提高了代码的重用性。
集中管理：简单工厂模式将对象的创建逻辑集中管理，有助于在系统中统一管理对象的创建，便于维护和修改。
客户端简化：客户端代码只需要与工厂类交互，无需了解具体产品类的细节，使客户端代码更加简洁和易懂。
降低错误风险：通过工厂类创建对象可以减少客户端可能出现的错误，因为客户端无法直接实例化具体产品类。

缺点：

违反开闭原则：每次添加新的具体产品类都需要修改工厂类，违反了开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。这可能导致工厂类变得庞大，影响代码的可维护性。
不支持多态性：简单工厂模式不能很好地支持多态性，因为所有的对象创建逻辑都集中在一个工厂类中，无法实现不同产品的不同工厂，导致无法使用多态来处理对象。
工厂类职责过重：随着具体产品类的增加，工厂类可能会变得庞大，包含大量的分支逻辑，不利于维护和扩展。
可定制性有限：简单工厂模式的定制性较低，因为工厂类负责所有产品的创建，如果需要针对不同客户定制不同的创建逻辑，可能不太适用。

8 类似模式

简单工厂模式是创建型设计模式之一，它通过一个工厂类来创建对象，客户端只需要提供一个参数或条件，工厂类就能返回相应的具体对象实例。这种模式适用于对象的创建相对简单的情况，但不支持多态性，每次添加新的产品类都需要修改工厂类。

工厂方法模式是建立在简单工厂模式的基础上的进一步抽象和扩展，它将对象的创建延迟到子类。每个具体产品类都有对应的工厂类，客户端通过与工厂接口或抽象类交互，具体产品的创建由子类工厂来完成。工厂方法模式支持多态性，允许不同的具体工厂创建不同的产品对象。

抽象工厂模式是创建型设计模式，它提供一个接口或抽象类来创建一系列相关或相互依赖的对象，而无需指定它们的具体类。抽象工厂模式通常用于创建一组有关联的产品，例如在制造电子设备时，可能需要同时创建屏幕、主板、CPU等相关组件，抽象工厂能够确保这些组件之间的兼容性。这种模式支持多态性，并且允许客户端使用不同的具体工厂创建一组相关的产品。

这三种模式之间的关系可以看作是一种逐步抽象和扩展的关系。简单工厂模式是最简单的工厂模式，它将对象的创建过程封装在一个工厂类中。工厂方法模式在简单工厂的基础上引入了多态性，通过子类工厂来创建不同类型的产品。抽象工厂模式进一步抽象，它用于创建一组相关的产品，并提供一种更高级别的抽象，以确保这些产品之间的协调和兼容。选择使用哪种工厂模式取决于具体的项目需求和设计目标。

9 小结

总的来说，简单工厂模式适用于对象创建过程相对简单且稳定的情况，能够有效地将对象的创建与使用分离，提高代码的可维护性和可扩展性。但在需要频繁添加新的具体产品类或需要支持多态性的情况下，工厂方法模式或抽象工厂模式可能更适合。选择适当的创建型模式取决于具体的项目需求和设计目标。

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