一文搞懂设计模式之工厂模式

大家好，我是晴天，本周将同大家一起学习设计模式系列的第二篇文章------工厂模式，我们将依次学习简单工厂模式，工厂方法模式和抽象工厂模式。拿好纸和笔，我们现在开始啦~

前言

我们在进行软件开发的时候，虽然不使用任何设计模式也不耽误搬砖，但是，这样会导致代码可重用性 、可扩展性 、可读性 、可维护性 都大打折扣。所以强烈建议使用合适的设计模式进行软件开发。设计模式可以划分成三大类：创建型 、结构型 和行为型 。本文将先从最基础的创建型模型------工厂模型介绍，工厂模式具体可以划分成简单工厂模式 、工厂方法模式 和抽象工厂模式，我们依次来学习一下。

为什么需要工厂模式

我们首先先来看一下下面未使用任何工厂模式的代码，看一下有什么问题？

package main

import "fmt"

// 不使用工厂方法模式
// 实现层
type Car struct {
    name string
}

func (c *Car) Show(name string) {
    if name == "AUDI" {
       c.name = "奥迪"
    } else if name == "BMW" {
       c.name = "宝马"
    } else {
       c.name = "保时捷"
    }
    fmt.Println("我是：" + c.name)
}

func NewCar(name string) Car {
    var c Car
    if name == "BMW" {
       c.name = "宝马"
    } else if name == "AUDI" {
       c.name = "奥迪"
    } else {
       c.name = "保时捷"
    }
    return c
}

// 业务逻辑层
func main() {
    // 定义Car
    var c Car
    // 创建一个具体的AUDICar
    c = NewCar("AUDI")
    c.Show("AUDI") // 我是：奥迪
    c = NewCar("BMW")
    c.Show("BMW") // 我是：宝马
    c = NewCar("CHEVROLET")
    c.Show("CHEVROLET") // 我是：保时捷
}

代码解释：首先在实现层定义了一个Car产品，且有一个Show方法展示自己的品牌，同时写了一个构造函数，用来根据入参来创建具体的Car。在业务逻辑层，创建了一个具体的Car，并通过给NewCar传入不同的参数，创建不同的Car。

存在的问题：

1. 当我们新增车的品牌时，需要对NewCar进行调整和改造，并且也需要对Show方法进行改造，这就涉及到新增产品类别的时候，需要修改类的源代码，这显然违背了开闭原则；同时还会使得Show这个方法变得越来越庞大，这也违背了类的单一职责原则。（对这两个原则不太清楚的小伙伴，可以参考这篇文章一文搞懂设计模式之七大原则）
2. 实现层和业务逻辑层是高度耦合的，业务逻辑层既要负责创建对象，又要负责使用对象，如果要修改某些逻辑，不仅要修改实现层的代码，业务逻辑层的代码也需要进行改动，会使得创建的逻辑下沉到了业务逻辑层。这显然也是不符合设计模式最基本的一个思想------高内聚，低耦合

为了解决上述问题，我们使用了工厂模式。

简单工厂模式

类图

先来看一下简单工厂的类图，主要分为四个部分：抽象产品类、具体产品类、具体工厂类和main（业务逻辑）。 抽象产品类定义了一个Show方法，需要具体产品类去实现这个Show方法；具体产品类实现Show方法，打印出自己属于哪个具体的产品类型；具体工厂类有一个具体的生产产品的方法CreateComputer，且返回值为抽象产品类Computer（这里一定要返回抽象产品类，方法内部生产具体的产品对象，使用父类指针指向子类指针实现多态）

tips：类图中抽象产品类和具体产品类之间的箭头表示继承的意思，具体产品类需要继承抽象产品类的方法，即需要完成该方法的具体实现。工厂类和具体产品类之间的箭头表示依赖的意思，表示CreateComputer方法内部需要用到具体产品类的对象。

代码示例：

package main

import "fmt"

// 练习题：
// 实现简单工厂模式
// 产品类是电脑

// 抽象层
// 抽象电脑，有一个Show方法
type Computer interface {
    Show()
}

// 实现层
// 具体产品类
type Macbook struct {
    Name string
}

func (m *Macbook) Show() {
    fmt.Println(m.Name)
}

type Lenovo struct {
    Name string
}

func (l *Lenovo) Show() {
    fmt.Println(l.Name)
}

// 工厂类
type EasyFactory struct {
}

// 根据入参，生产具体的产品
func (e *EasyFactory) CreateComputer(name string) Computer {
    var c Computer
    if name == "Macbook" {
       c = &Macbook{Name: name}
    } else if name == "Lenovo" {
       c = &Lenovo{Name: name}
    }
    return c
}

// 对产品类符合开闭原则
// 对于工厂类来说，不符合开闭原则，每新增一个产品种类，都需要修改工厂类的方法
// 业务逻辑
func main() {
    // 1.创建一个抽象产品
    var c Computer
    // 2.创建一个具体工厂对象
    var ef = EasyFactory{}
    // 3.调用工厂方法，生产具体产品
    c = ef.CreateComputer("Macbook")
    // 4.调用具体产品的方法
    c.Show()
    // 5.再次调用工厂方法，生产具体产品 (实现多态)
    c = ef.CreateComputer("Lenovo")
    c.Show()
}

代码解释：定义一个Computer抽象产品，定义两个品牌的具体产品类Macbook和Lenovo，定义一个具体工厂类，并且定义一个根据入参创建具体电脑品牌的产品。main函数内部的注释就是按照步骤创建抽象产品、创建工厂、创建具体产品并调用产品方法的过程。

优点：

1. 把具体产品对象的创建和使用进行了解耦合，由工厂实现对具体产品对象的创建，业务逻辑层只需要跟工厂交互，然后使用工厂生产出来的具体产品即可，不用关心对象的创建过程如何。
2. 将具体产品的初始化工作放到了工厂方法里面，做到了对产品的面向接口编程。

缺点：

1. 对工厂来说，不符合开闭原则，每新增一个具体产品，都需要修改工厂方法。
2. 工厂的创建方法业务逻辑过于繁重，如果该方法不能顺利执行，将会发生非常严重的问题，整个程序将无法正常运行。

工厂方法模式

工厂方法模式可以理解成：简单工厂模式+开闭原则

类图

来看一下工厂方法模式的类图，分为五个部分：抽象产品类、具体产品类、抽象工厂类、具体工厂类和main（业务逻辑）。抽象产品类定义了一个Brand方法，需要具体产品类去实现这个Brand方法；具体产品类实现Brand方法，打印出自己属于哪个具体的产品品牌；抽象工厂类定义了ProduceMilk方法，具体工厂类继承抽象工厂类，需要实现ProduceMilk方法，且返回值为抽象产品类Milk（这里一定要返回抽象产品类，方法内部生产具体的产品对象，使用父类指针指向子类指针实现多态）

代码示例：

package main

import "fmt"

// 工厂方法就是：简单工厂+开闭原则

// 抽象层
// 抽象产品类
type Milk interface {
    Brand()
}

// 抽象工厂类
type AbstractMilkFactory interface {
    ProduceMilk() Milk
}

// 实现层
// 牛奶类的具体产品类
type MengNiu struct {
    brand string
}

func (m *MengNiu) Brand() {
    fmt.Println("品牌:" + m.brand)
}

// 牛奶类的具体产品类
type YiLi struct {
    brand string
}

func (y *YiLi) Brand() {
    fmt.Println("品牌:" + y.brand)
}

// 工厂类的具体对象
// 蒙牛工厂
type MengNiuFactory struct {
}

func (m *MengNiuFactory) ProduceMilk() Milk {
    var mengNiu MengNiu
    mengNiu.brand = "蒙牛"
    return &mengNiu
}

// 伊利工厂
type YiLiFactory struct {
}

func (y *YiLiFactory) ProduceMilk() Milk {
    var yili YiLi
    yili.brand = "伊利"
    return &yili
}

// 业务逻辑层
func main() {
    // 1.创建蒙牛抽象牛奶工厂
    var mnFacroty AbstractMilkFactory
    // 2.实例化成蒙牛工厂
    mnFacroty = new(MengNiuFactory)
    // 3.生产蒙牛牛奶
    mnMilk := mnFacroty.ProduceMilk()
    // 4.显示牛奶品牌
    mnMilk.Brand()
    // 5.创建伊利抽象牛奶工厂
    var ylFactory AbstractMilkFactory
    // 6.实例化成伊利工厂
    ylFactory = new(YiLiFactory)
    // 7.生产伊利牛奶
    ylMilk := ylFactory.ProduceMilk()
    // 8.显示牛奶品牌
    ylMilk.Brand()
}

代码解释 ：定义抽象牛奶产品和抽象牛奶工厂，定义蒙牛和伊利两种具体牛奶产品和具体牛奶工厂。main函数（业务逻辑层）只需要跟抽象牛奶产品和抽象牛奶工厂进行交互，符合依赖倒转原则（对这个原则不太清楚的小伙伴，可以参考这篇文章一文搞懂设计模式之七大原则）

优点：

1. 新增一个具体产品时，无需修改产品和工厂的源代码，符合开闭原则
2. 每个工厂只负责创建一个产品，不需要多个if...else判断创建什么产品，符合单一职责原则
3. 业务逻辑层只需要跟抽象的产品和抽象的工厂进行交互，符合依赖倒转原则

缺点：

1. 每新增一个具体产品类，都需要新增一个对应的工厂类，代码新增程度是1:1的，增加了程序的复杂程度和代码工作量。
2. 很难对抽象产品类或者抽象工厂类进行扩展，一旦扩展，所有子类都需要进行修改。

抽象工厂模式

在介绍抽象工厂模式之前先介绍两个概念：产品等级结构 和产品族

产品等级结构：产品等级结构即产品的继承结构。通俗理解：具有相同功能但是来自于不同生产厂商的产品零部件，它们的一个完备集合叫做产品等级结构。

产品族：指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。

类图

来看一下抽象工厂的类图，首先明确有哪些抽象类和哪些具体类，抽象类是一个完整的产品等级结构，抽象衣服类、抽象裤子类、抽象鞋类，抽象的工厂类；具体类有中国衣服类、中国裤子类、中国鞋类、日本衣服裤子鞋类，中国工厂类和日本工厂类。中国的衣服裤子鞋组成了中国的产品族，日本衣服裤子鞋组成了日本产品族。中国工厂只依赖于（生产）中国的衣服裤子鞋，日本工厂只依赖于（生产）日本的衣服裤子鞋。

代码示例：

package main

import "fmt"

// 抽象工厂的作用在于不用每新建一个品类，都创建一个工厂，每个工厂生产一整套产品等级结构
// 练习：产品等级结构为
// clothes trousers shoes  衣服 裤子 鞋

// 抽象层
// 产品等级结构为Clothes，trousers，shoes
type Clothes interface {
    PutOn()
}
type Trousers interface {
    PutOn()
}
type Shoes interface {
    TakeOn()
}

// 产品族：生产完整的产品等级结构的工厂
// 一个工厂能生产出完整的产品
type AbsFactory interface {
    CreateClothes() Clothes
    CreateTrousers() Trousers
    CreateShoes() Shoes
}

// 实现层
// 不同产品族的产品等级结构全部创建完成
type ChinaClothes struct {
}

func (c *ChinaClothes) PutOn() {
    fmt.Println("穿上中国衣服")
}

type ChinaTrousers struct {
}

func (c *ChinaTrousers) PutOn() {
    fmt.Println("穿上中国裤子")
}

type ChinaShoes struct {
}

func (c *ChinaShoes) TakeOn() {
    fmt.Println("穿上中国鞋")
}

type JapanClothes struct {
}

func (j *JapanClothes) PutOn() {
    fmt.Println("穿上日本衣服")
}

type JapanTrousers struct {
}

func (j *JapanTrousers) PutOn() {
    fmt.Println("穿上日本裤子")
}

type JapanShoes struct {
}

func (j *JapanShoes) TakeOn() {
    fmt.Println("穿上日本鞋")
}

// 创建中国和日本工厂
type ChinaFactory struct {
}

func (c *ChinaFactory) CreateClothes() Clothes {
    return &ChinaClothes{}
}
func (c *ChinaFactory) CreateTrousers() Trousers {
    return &ChinaTrousers{}
}
func (c *ChinaFactory) CreateShoes() Shoes {
    return &ChinaShoes{}
}

type JapanFactory struct {
}

func (j *JapanFactory) CreateClothes() Clothes {
    return &JapanClothes{}
}
func (j *JapanFactory) CreateTrousers() Trousers {
    return &JapanTrousers{}
}
func (j *JapanFactory) CreateShoes() Shoes {
    return &JapanShoes{}
}

// 业务逻辑层
func main() {
    // 1.定义抽象中国工厂
    var chinaFac AbsFactory
    // 2.实例化中国工厂
    chinaFac = new(ChinaFactory)
    // 3.中国工厂生产中国衣服
    chinaClothes := chinaFac.CreateClothes()
    // 4.中国工厂生产中国裤子
    chinaTrousers := chinaFac.CreateTrousers()
    // 5.中国工厂生产中国鞋
    chinaShoes := chinaFac.CreateShoes()
    // 6.调用中国产品的方法
    chinaClothes.PutOn()
    chinaTrousers.PutOn()
    chinaShoes.TakeOn()
    // 日本工厂同理
    var japanFac AbsFactory
    japanFac = new(JapanFactory)
    japanClothes := japanFac.CreateClothes()
    japanTrousers := japanFac.CreateTrousers()
    japanShoes := japanFac.CreateShoes()
    japanClothes.PutOn()
    japanTrousers.PutOn()
    japanShoes.TakeOn()
}

优点：

1. 拥有工厂模式的优点
2. 新增一个产品族的时候，只需要新增一个具体的工厂即可，符合开闭原则

缺点：

1. 如果产品等级结构发生变化，对于工厂类来说，抽象工厂类需要新增方法，所有产品族都需要进行修改，不符合开闭原则。
2. 抽象程度比较高，代码理解起来有一定的困难

总结：

1. 简单工厂模式：让一个工厂类创建所有的产品，不利于扩展和维护，违背了开闭原则
2. 工厂方法模式：就是在简单工厂模式的基础上，增加了开闭原则，但是每个工厂类只能创建一种产品，使得代码中类的数量过于庞大
3. 抽象工厂模式：拥有工厂方法模式的优点，但是对于扩充产品等级结构不友好，违反开闭原则。

写在最后：

感谢大家的阅读，晴天将继续努力，分享更多有趣且实用的主题，如有错误和纰漏，欢迎给予指正。 更多文章敬请关注作者个人公众号 晴天码字。 我们下期不见不散，to be continued...

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