设计模式之 工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）是一种创建对象的设计模式，属于 创建型模式（Creational Pattern）之一。其主要目的是通过定义一个工厂方法来创建对象，而不是直接通过 new 关键字实例化对象，从而将对象的创建过程与使用过程分离。这种方式能够减少代码中的耦合度，提高代码的可维护性、可扩展性，并符合面向对象设计的 单一职责原则和开放封闭原则。

工厂模式的核心思想是让子类决定实例化哪一个类，而父类提供创建对象的接口。它将对象的创建推迟到子类中执行。

1. 工厂模式的结构

工厂模式主要由以下几部分组成：

  1. 抽象产品（Product）： 定义了产品的抽象接口，所有具体产品都会实现这个接口。

  2. 具体产品（ConcreteProduct）： 实现了抽象产品接口的具体类，提供具体的实现。

  3. 抽象工厂（Creator）： 定义了一个工厂方法，返回一个产品对象。此方法可以是抽象方法，也可以是具体方法，具体由子类实现。

  4. 具体工厂（ConcreteCreator）： 实现了抽象工厂中的工厂方法，并返回具体的产品对象。

2. 工厂模式的分类

工厂模式可以根据工厂方法的数量和使用方式，分为以下几种类型：

  1. 简单工厂模式（Simple Factory）： 又称静态工厂方法模式，它通过一个工厂类来创建对象。这个工厂类决定了具体产品的类型。简单工厂模式并不严格属于设计模式，因为它不符合开闭原则（即扩展时需要修改工厂类）。但它的实现比较简单，适用于产品类型固定的场景。

    优点：

    • 客户端只依赖工厂类提供的接口，而不需要了解对象的具体类。
    • 代码可读性高，易于理解。

    缺点：

    • 违反了开闭原则，如果产品需要扩展，必须修改工厂类。
    • 增加了工厂类的复杂度，尤其在产品种类较多时，工厂类会变得庞大。

    示例代码：

    // 抽象产品
public interface Product {
    void doSomething();
}

// 具体产品A
public class ProductA implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("Product A is doing something.");
    }
}

// 具体产品B
public class ProductB implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("Product B is doing something.");
    }
}

// 工厂类
public class SimpleFactory {
    public static Product createProduct(String type) {
        if ("A".equals(type)) {
            return new ProductA();
        } else if ("B".equals(type)) {
            return new ProductB();
        } else {
            return null;
        }
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Product product = SimpleFactory.createProduct("A");
        product.doSomething();
    }
}

  2. 工厂方法模式（Factory Method）： 也叫做多态工厂方法，它通过定义一个抽象工厂类，允许子类去决定实例化哪一个具体产品。每个具体工厂类负责创建一个具体的产品。工厂方法模式使得扩展产品种类变得更加容易，符合 开闭原则。

    优点：

    • 每个工厂只负责创建一个具体的产品，符合单一职责原则。
    • 增加新产品时，只需增加新的具体产品类和具体工厂类，而无需修改现有代码。

    缺点：

    • 需要为每个产品创建一个工厂类，增加了类的数量和复杂度。

    示例代码：

    // 抽象产品
public interface Product {
    void doSomething();
}

// 具体产品A
public class ProductA implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("Product A is doing something.");
    }
}

// 具体产品B
public class ProductB implements Product {
    @Override
    public void doSomething() {
        System.out.println("Product B is doing something.");
    }
}

// 抽象工厂
public abstract class Creator {
    public abstract Product factoryMethod();
}

// 具体工厂A
public class ConcreteCreatorA extends Creator {
    @Override
    public Product factoryMethod() {
        return new ProductA();
    }
}

// 具体工厂B
public class ConcreteCreatorB extends Creator {
    @Override
    public Product factoryMethod() {
        return new ProductB();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Creator creator = new ConcreteCreatorA();
        Product product = creator.factoryMethod();
        product.doSomething();
    }
}

  3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）： 抽象工厂模式在工厂方法模式的基础上进一步抽象，提供了一个接口，用于创建一系列相关或相互依赖的产品对象，而无需指定具体产品类。抽象工厂通常用于产品家族较大，且产品间有一定关联性的场景。

    优点：

    • 可以创建一系列相关的产品对象，避免了将这些产品对象散布在各个地方。
    • 增加新的产品族时，不需要修改现有代码，符合开闭原则。

    缺点：

    • 代码结构复杂，尤其是在产品家族较多时，增加了工厂类的复杂度。
    • 每新增一个产品族，就必须新增一个具体工厂类。

    示例代码：

    // 抽象产品A
public interface ProductA {
    void doSomethingA();
}

// 具体产品A1
public class ProductA1 implements ProductA {
    @Override
    public void doSomethingA() {
        System.out.println("Product A1 is doing something.");
    }
}

// 具体产品A2
public class ProductA2 implements ProductA {
    @Override
    public void doSomethingA() {
        System.out.println("Product A2 is doing something.");
    }
}

// 抽象产品B
public interface ProductB {
    void doSomethingB();
}

// 具体产品B1
public class ProductB1 implements ProductB {
    @Override
    public void doSomethingB() {
        System.out.println("Product B1 is doing something.");
    }
}

// 具体产品B2
public class ProductB2 implements ProductB {
    @Override
    public void doSomethingB() {
        System.out.println("Product B2 is doing something.");
    }
}

// 抽象工厂
public interface AbstractFactory {
    ProductA createProductA();
    ProductB createProductB();
}

// 具体工厂1
public class ConcreteFactory1 implements AbstractFactory {
    @Override
    public ProductA createProductA() {
        return new ProductA1();
    }

    @Override
    public ProductB createProductB() {
        return new ProductB1();
    }
}

// 具体工厂2
public class ConcreteFactory2 implements AbstractFactory {
    @Override
    public ProductA createProductA() {
        return new ProductA2();
    }

    @Override
    public ProductB createProductB() {
        return new ProductB2();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        AbstractFactory factory = new ConcreteFactory1();
        ProductA productA = factory.createProductA();
        productA.doSomethingA();
        ProductB productB = factory.createProductB();
        productB.doSomethingB();
    }
}

3. 工厂模式＋配置文件

在实际的系统设计中，工厂模式与配置文件的结合使用，能够提高系统的灵活性与可扩展性，尤其是在需要根据外部配置动态创建不同对象的场景中。这种设计方式能够使得代码更加灵活、易于维护和扩展。

 工厂模式 + 配置文件的实现方式

假设我们需要根据配置来决定使用哪种数据库连接。可以使用工厂模式来封装数据库连接的创建逻辑，并通过配置类来读取外部的数据库类型配置，从而动态创建不同的数据库连接对象。

示例代码：

  • 定义产品接口（DatabaseConnection）
public interface DatabaseConnection {
    void connect();
}
  • 定义具体产品（MySQLConnection, PostgreSQLConnection）
public class MySQLConnection implements DatabaseConnection{
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("正在连接MySQL...");
    }
}

public class PostgreSQLConnection implements DatabaseConnection{
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("PostqreSQL正在连接中...");
    }
}
  • config.properties文件 
MySQL=com.study.factoryPattern.factoryAndConfigurationFile.MySQLConnection
PostgreSQL=com.study.factoryPattern.factoryAndConfigurationFile.PostgreSQLConnection
  • 工厂类（DatabaseConnectionFactory）
public class Factory {
    private static Map<String,DatabaseConnection> dataBaseConnections = new HashMap<>();

    static {
        //导入配置文件，并创建单例，储存在map中
        Properties properties = new Properties();
        InputStream resourceAsStream = Factory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("config.properties");
        try {
            properties.load(resourceAsStream);
            Set<Object> keys = properties.keySet();
            for (Object key : keys) {
                String className = properties.getProperty((String) key);
                Class clazz = Class.forName(className);
                DatabaseConnection instance = (DatabaseConnection) clazz.newInstance();
                dataBaseConnections.put((String) key, instance);
            }
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
    }

    public static DatabaseConnection createConnection(String name){
        return dataBaseConnections.get(name);
    }
}
  • 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // DatabaseConnection mySQL = Factory.createConnection("MySQL");
        DatabaseConnection mySQL = Factory.createConnection("PostgreSQL");
        mySQL.connect();
    }
}

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