《工厂模式在软件开发中的深度剖析与应用》

工厂模式

在软件开发的领域中，设计模式充当着解决常见问题的高效且可复用的策略角色。其中，工厂模式作为创建对象的重要设计模式，具有不可小觑的应用价值。接下来，我们将深入探讨简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。

一、简单工厂模式

简单工厂模式虽未被纳入 23 种经典设计模式，但可视为工厂模式的一种简化且特殊的实现方式。

（一）基础版

// 咖啡产品的接口
public interface Coffee {void make();
}// 美式咖啡类，实现 Coffee 接口
public class Americano implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("正在制作美式咖啡");}
}// 摩卡咖啡类，实现 Coffee 接口
public class Mocha implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("正在制作摩卡咖啡");}
}// 卡布奇诺咖啡类，实现 Coffee 接口
public class Cappuccino implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("正在制作卡布奇诺咖啡");}
}// 简单工厂类
public class CoffeeSimpleFactory {/*** 根据传入的字符串类型创建对应的咖啡对象* @param type 咖啡类型的字符串* @return 对应的咖啡对象，如果类型不匹配则返回 null*/public Coffee createCoffee(String type) {if ("americano".equalsIgnoreCase(type)) {return new Americano();} else if ("mocha".equalsIgnoreCase(type)) {return new Mocha();} else if ("cappuccino".equalsIgnoreCase(type)) {return new Cappuccino();}return null;}
}

​ 基础版通过传入字符串参数来决定创建的咖啡产品类型，但这种方式易出现参数输入错误的情况，且新增产品时需在工厂类中添加额外的判断逻辑。

（二）升级版

// 咖啡产品的接口
public interface Coffee {void make();
}// 美式咖啡类，实现 Coffee 接口
public class Americano implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("正在制作美式咖啡");}
}// 摩卡咖啡类，实现 Coffee 接口
public class Mocha implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("正在制作摩卡咖啡");}
}// 卡布奇诺咖啡类，实现 Coffee 接口
public class Cappuccino implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("正在制作卡布奇诺咖啡");}
}// 简单工厂类（升级版）
public class CoffeeSimpleFactory {/*** 使用反射根据传入的咖啡类的 Class 对象创建对应的咖啡对象* @param clazz 咖啡类的 Class 对象* @return 对应的咖啡对象，如果 clazz 为 null 则返回 null* @throws Exception 反射创建对象时可能抛出的异常*/public static Coffee createCoffee(Class<? extends Coffee> clazz) throws Exception {if (clazz!= null) {return clazz.newInstance();}return null;}
}

​ 升级版利用反射机制解决了基础版的参数准确性和扩展性问题。

（三）总结

适用场景：

• 工厂负责创建的对象数量相对较少。
• 客户端只需提供参数，无需关注对象创建的具体流程。

优点：

• 只需传入准确参数，即可轻松获取所需对象，无需知晓内部创建细节。

缺点：

• 工厂类承担过多职责，新增产品类型时需修改判断逻辑，违背了开闭原则。
• 面对复杂的产品结构时，扩展难度较大。

二、工厂方法模式

工厂方法模式明确了一个创建对象的接口，具体由实现该接口的子类来决定实例化的对象类别，将对象的实例化操作推迟至子类中进行。

（一）主要角色

• 抽象工厂（Abstract Factory）：定义创建产品的通用接口，为调用者提供访问具体工厂方法的途径，以创建产品。
• 具体工厂（Concrete Factory）：负责实现抽象工厂中的抽象方法，从而完成具体产品的创建工作。
• 抽象产品（Product）：确立产品的规范和标准，详细描述产品的主要特性与功能。
• 具体产品（Concrete Product）：切实实现抽象产品所定义的接口，由具体工厂负责创建，且与具体工厂之间存在一一对应的关系。

（二）代码实现

// 抽象工厂
public interface CoffeeFactory {/*** 创建咖啡对象* @return 抽象的咖啡对象*/Coffee create();
}// 具体工厂 - 拿铁咖啡工厂
public class LatteFactory implements CoffeeFactory {@Overridepublic Coffee create() {return new Latte();}
}// 抽象产品
public interface Coffee {/*** 描述咖啡的制作过程*/void make();
}// 具体产品 - 拿铁咖啡
public class Latte implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("精心调配拿铁咖啡，牛奶与咖啡的完美融合");}
}

（三）总结

适用场景：

• 当创建对象的过程涉及大量重复的代码时。
• 客户端（应用层）不关心产品类实例的创建和实现细节，只关注最终获取到的产品功能。
• 当一个父类通过其子类来决定创建具体的对象类型时。

优点：

• 用户只需关注所需产品对应的具体工厂，无需操心产品的创建细节。
• 新增产品时，符合开闭原则，只需创建新的具体工厂和具体产品类，无需修改现有代码，提高了系统的可扩展性。

缺点：

• 随着产品种类的增加，类的数量会显著增多，导致代码结构的复杂度上升。
• 较高的抽象层次增加了系统的抽象性，对于初学者或不熟悉设计模式的开发者来说，理解和运用的难度较大。

三、抽象工厂模式

抽象工厂模式旨在提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需明确指定具体的类。

（一）主要角色

• 抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建多个不同产品的接口，这些产品可能属于不同的等级或类别。
• 具体工厂（Concrete Factory）：实现了抽象工厂中的抽象方法，负责生成具体的一组相关或相互依赖的产品。
• 抽象产品（Product）：定义了产品的基本规范和主要特性，一个抽象工厂可能关联多个不同的抽象产品。
• 具体产品（Concrete Product）：实现了抽象产品所定义的接口，由具体的工厂进行创建，且与具体工厂之间存在多对一的关系。

（二）代码实现

// 咖啡店 抽象工厂
public interface CoffeeShopFactory {/*** 创建咖啡产品* @return 具体的咖啡产品*/Coffee createCoffee();/*** 创建甜点产品* @return 具体的甜点产品*/Dessert createDessert();
}// 美式风格工厂
public class AmericanFactory implements CoffeeShopFactory {@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new Americano();}@Overridepublic Dessert createDessert() {return new Cheesecake();}
}// 意式风格工厂
public class ItalyFactory implements CoffeeShopFactory {@Overridepublic Coffee createCoffee() {return new Cappuccino();}@Overridepublic Dessert createDessert() {return new Tiramisu();}
}// 抽象产品 - 咖啡
public interface Coffee {/*** 描述咖啡的制作过程*/void make();
}// 具体产品 - 美式咖啡
public class Americano implements Coffee {@Overridepublic void make() {System.out.println("精心调制美式咖啡，浓郁醇厚");}
}// 抽象产品 - 甜点
public interface Dessert {/*** 描述甜点的品尝方式*/void enjoy();
}// 具体产品 - 芝士蛋糕
public class Cheesecake implements Dessert {@Overridepublic void enjoy() {System.out.println("尽情享受美味的芝士蛋糕，香甜可口");}
}

（三）总结

产品族：指一系列紧密相关、相互关联的产品集合。

产品等级：指处于同一继承体系或具有相似性质的产品类别。

适用场景：

• 当客户端（应用层）不依赖于产品类实例的创建和实现细节时。
• 强调一系列相关的产品对象（属于同一产品族）需协同工作，且创建这些对象的过程存在大量重复代码时。
• 当需要为客户端提供一个统一的产品类库，使所有产品以相同的接口呈现，从而降低客户端对具体实现的依赖时。

优点：

• 能够确保当一个产品族中的多个对象协同工作时，客户端始终使用来自同一产品族的对象，保证了产品的一致性和协调性。

缺点：

• 当产品族中需要新增一个产品时，所有相关的工厂类都需要进行修改，这可能导致较大的代码改动和潜在的风险。