Java 设计模式之工厂模式详解

在软件开发中，我们经常会遇到创建对象的需求。通常情况下，我们可以直接使用 new 关键字来创建对象，但在某些情况下，直接创建对象可能会导致代码的耦合度增加，不利于代码的扩展和维护。这时候，工厂模式就可以发挥作用了。

例如:

• 类耦合： 客户端代码直接引用了具体的类，这使得客户端代码依赖于具体类的实现，从而增加了类之间的耦合度。
• 模块耦合： 客户端代码依赖于特定的实现模块，如果需要替换或修改该模块，则需要修改客户端代码。
• 依赖耦合： 客户端代码依赖于具体类的构造函数参数或方法参数，从而增加了与具体类的依赖关系。

什么是工厂模式？

工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式，而不需要暴露对象的创建逻辑。简单来说，工厂模式就是将对象的创建过程封装起来，客户端不需要关心对象是如何创建的，只需要通过工厂来获取所需的对象即可。

工厂模式的优点

工厂模式的类型

工厂模式通常分为三种类型：简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。

1. 简单工厂模式（Simple Factory Pattern）： 简单工厂模式是工厂模式中最简单的一种，它通过一个工厂类来负责创建所有的产品对象。客户端只需要知道工厂类即可，不需要关心具体的产品类。设计类图：                  
2. 工厂方法模式（Factory Method Pattern）： 工厂方法模式定义了一个用于创建对象的接口，由子类来决定实例化哪一个类。客户端通过调用工厂方法来创建所需的对象，从而实现了解耦。设计类图：                          
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory Pattern）： 抽象工厂模式提供了一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。它是工厂方法模式的扩展，通过定义一个工厂接口来创建一系列相关的产品。设计类图：

4. 三者使用场景：

实现一个简单工厂模式示例

让我们通过一个简单的示例来说明简单工厂模式的具体实现。假设我们有一个形状接口 Shape 和其实现类 Circle 和 Rectangle，我们希望通过一个工厂类 ShapeFactory 来创建这些形状对象。

// 形状接口
interface Shape {
    void draw();
}

// 圆形类
class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

// 矩形类
class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

// 形状工厂类
class ShapeFactory {
    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();
        }
        return null;
    }
}

// 客户端代码
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();

        // 获取圆形对象，并调用绘制方法
        Shape circle = shapeFactory.getShape("Circle");
        circle.draw();

        // 获取矩形对象，并调用绘制方法
        Shape rectangle = shapeFactory.getShape("Rectangle");
        rectangle.draw();
    }
}

实现一个工厂方法模式示例

首先定义一个抽象类产品接口和两个具体产品的实现。再定义一个抽象工厂接口和两个实现工厂。

抽象类产品接口：

//抽象产品类
public interface Produce {
    //产品描述
     void operation();
}

//产品A
public class ProduceA implements Produce{
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("具体产品A描述");
    }
}

//产品B
public class ProduceB implements Produce{
    @Override
    public void operation() {
        System.out.println("具体产品B描述");
    }
}

抽象工厂实现

//工厂创建产品的接口
public interface Factory {
     Produce createProduct();
}

//工厂A
public class FactoryA implements Factory{
    @Override
    public Produce createProduct() {
        return new ProduceA();
    }
}

//工厂B
public class FactoryB implements Factory{
    @Override
    public Produce createProduct() {
        return new ProduceB();
    }
}

实现一个抽象工厂模式模式示例

实现结构：

产品族A：

//抽象类产品族A
public interface AbstractProductA {
    void operationA();
}

//产品A具体实现
public class ConcreteProductA1 implements AbstractProductA{
    @Override
    public void operationA() {
        System.out.println("ConcreteProductA1 Operation");
    }
}

//产品A具体实现
public class ConcreteProductA2 implements AbstractProductA{
    @Override
    public void operationA() {
        System.out.println("ConcreteProductA2 operation");
    }
}

产品族B：

//抽象类产品族B
public interface AbstractProductB {
    void operationB();
}

//产品B具体实现
public class ConcreteProductB1 implements AbstractProductB{
    @Override
    public void operationB() {
        System.out.println("ConcreteProductB1 operation");
    }
}


//产品B具体实现
public class ConcreteProductB2 implements AbstractProductB{
    @Override
    public void operationB() {
        System.out.println("ConcreteProductB2 operation");
    }
}

抽象工厂：

//抽象类工厂
public interface AbstractFactory {
    AbstractProductA createProductA();
    AbstractProductB createProductB();
}


//工厂A实现
public class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory{
    @Override
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ConcreteProductA1();
    }

    @Override
    public AbstractProductB createProductB() {
        return new ConcreteProductB1();
    }
}

//工厂B实现
public class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory{
    @Override
    public AbstractProductA createProductA() {
        return new ConcreteProductA2();
    }

    @Override
    public AbstractProductB createProductB() {
        return new ConcreteProductB2();
    }
}

不同工厂模式对比：

创建及结构对比：

优缺点对比：

总结

工厂模式是一种常用的设计模式，它可以帮助我们更好地管理对象的创建过程，降低代码的耦合度，提高代码的复用性和扩展性。在实际项目中，根据不同的需求可以选择不同类型的工厂模式来创建对象，从而更好地满足项目的需求。