【Java】设计模式——工厂模式

前言

在软件开发中，设计模式是一种解决常见问题的标准方法。工厂模式（Factory Pattern）是其中最常用的一种创建型设计模式，它提供了一个接口用于创建对象，但不暴露对象的创建逻辑。通过工厂模式，我们可以将对象的创建与使用分离，使得系统具有更好的灵活性和可扩展性。

1. 什么是工厂模式

工厂模式属于创建型模式，其核心思想是通过工厂类（或方法）来创建对象，而不是直接在客户端代码中使用 new 关键字来实例化对象。通过这种方式，工厂模式将对象的创建过程封装起来，减少了系统中直接依赖具体类的情况，从而使得系统在扩展时更加灵活。

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2. 工厂模式的分类

工厂模式可以分为三种常见的形式：

• 简单工厂模式（Simple Factory）：通过一个工厂类来实例化不同类型的对象。
• 工厂方法模式（Factory Method）：通过子类来决定具体创建哪个类的实例。
• 抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个接口，用来创建相关或依赖对象的家族。

我们下面将重点介绍简单工厂模式和工厂方法模式。

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2.1 简单工厂模式

假设我们有一个场景，需要根据用户的选择创建不同类型的汽车。我们可以使用简单工厂模式来实现这一功能。

首先，定义一个产品接口或抽象类，表示所有产品的公共方法。

public interface Car {
    void drive();
}

然后，实现具体的汽车类。

public class SedanCar implements Car {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶轿车");
    }
}

public class SUVCar implements Car {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶SUV");
    }
}

接下来，创建一个工厂类，根据参数决定创建哪种类型的汽车。

public class CarFactory {
    public static Car createCar(String type) {
        if ("sedan".equals(type)) {
            return new SedanCar();
        } else if ("suv".equals(type)) {
            return new SUVCar();
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("未知的汽车类型");
        }
    }
}

最后，在客户端代码中使用工厂类来创建汽车对象。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Car sedan = CarFactory.createCar("sedan");
        sedan.drive();

        Car suv = CarFactory.createCar("suv");
        suv.drive();
    }
}

简单工厂模式通过一个 CarFactory 类来决定创建具体的 Car 实现类。在客户端代码中，我们只需要通过工厂类获取所需对象，而无需关心具体对象的创建过程。这种方式使得系统更具灵活性，客户端代码的耦合度也较低，适用于产品种类较少且不需要扩展的情况。

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2.2 工厂方法模式

假设我们希望每个子类都能创建自己的产品，可以使用工厂方法模式。

同样，定义一个产品接口或抽象类。

public interface Car {
    void drive();
}

实现具体的汽车类。

public class SedanCar implements Car {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶轿车");
    }
}

public class SUVCar implements Car {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶SUV");
    }
}

定义一个工厂接口，声明创建产品的抽象方法。

public interface CarFactory {
    Car createCar();
}

实现具体的工厂类，每个工厂类负责创建一种特定的产品。

public class SedanCarFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new SedanCar();
    }
}

public class SUVCarFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new SUVCar();
    }
}

在客户端代码中使用工厂方法来创建汽车对象。

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CarFactory sedanFactory = new SedanCarFactory();
        Car sedan = sedanFactory.createCar();
        sedan.drive();

        CarFactory suvFactory = new SUVCarFactory();
        Car suv = suvFactory.createCar();
        suv.drive();
    }
}

工厂方法模式将对象的创建委托给具体的工厂类，而不是由客户端直接决定对象的创建方式。每个工厂类都负责创建一种特定类型的对象，这使得系统在扩展时可以灵活地添加新的产品类型，而无需修改现有的代码，适用于产品种类较多且需要扩展的情况。

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3. 工厂模式的优缺点

优点：

• 解耦：工厂模式通过抽象工厂类和具体实现类，将对象的创建与使用分离，从而减少了客户端对具体类的依赖。
• 扩展性强：如果需要增加新的产品类型，只需添加一个新的具体产品类及相应的工厂类，而不需要修改现有的代码。
• 单一职责：工厂类负责创建对象，符合单一职责原则，使得系统的设计更加清晰。

缺点：

• 增加类的数量：工厂模式需要额外的工厂类和产品类，会导致系统中类的数量增加。
• 复杂性增加：对于简单的对象创建，使用工厂模式可能会显得过于复杂。

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4. 总结

工厂模式是一种常用的创建型设计模式，它通过将对象的创建过程封装到工厂类中，减少了客户端与具体类的耦合。通过使用工厂模式，我们可以更好地组织和管理对象的创建，提升代码的灵活性和可维护性。在实际开发中，工厂模式特别适合处理需要创建多个相似对象的场景，尤其是在产品种类较多、类的扩展较为频繁时，工厂模式显得尤为重要。