设计模式之工厂模式:从汽车工厂到代码工厂

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~犬📰余~

“我欲贱而贵,愚而智,贫而富,可乎?
曰:其唯学乎”

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工厂模式概述

想象一下你走进一家4S店准备买车。作为顾客,你不需要知道汽车是如何被制造出来的,你只需要告诉销售顾问:“我想要一辆轿车"或"我想要一辆SUV”,他们就会为你安排相应的车型。这就是工厂模式的核心思想 —— 将对象的创建过程封装起来,让客户端与具体产品的创建逻辑解耦。
在软件开发中,工厂模式就像一个虚拟的4S店。当你的程序需要一个对象时,不需要直接使用new关键字来创建,而是通过工厂类来获取。这样做的好处是,如果将来需要更换对象的创建方式,或者增加新的对象类型,只需要修改工厂类的代码,而不会影响到使用这些对象的代码。
工厂模式通过将对象的创建和使用分离,实现了面向对象设计的一个重要原则:开闭原则(对扩展开放,对修改关闭)。就像4S店可以不断引入新的车型,而不会影响到已有客户的使用体验一样。

工厂模式分类

简单工厂模式

简单工厂就像一家小型的4S店,店里只有一个销售顾问,他根据顾客的需求直接安排相应的车型。在代码实现中,我们会创建一个工厂类,它提供一个创建对象的方法,根据传入的参数来决定创建哪种具体的产品对象。
如:

// 汽车接口
public interface Car {
    void drive();
}

// 具体汽车类
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");
    }
}

// 简单工厂类
public class CarFactory {
    public static Car createCar(String type) {
        if ("sedan".equals(type)) {
            return new SedanCar();
        } else if ("suv".equals(type)) {
            return new SUVCar();
        }
        throw new IllegalArgumentException("不支持的车型类型");
    }
}

这种模式的使用非常简单:

Car sedanCar = CarFactory.createCar("sedan");
sedanCar.drive();

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

执行结果:
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如上示例,在简单工厂模式中,CarFactory类负责创建所有类型的汽车。这种方式适用于产品种类相对固定,创建逻辑不会经常变化的场景。就像一家小型4S店,经营的车型比较固定,不会经常变动。

工厂方法模式

工厂方法模式就像一个汽车制造集团,下设多个专门的工厂,每个工厂专注于生产一种类型的汽车。比如轿车工厂专门生产轿车,SUV工厂专门生产SUV。这样每个工厂都可以根据自己的特点来优化生产流程。
在代码中,我们会定义一个抽象的工厂接口,然后针对不同的产品创建专门的工厂类:

// 抽象工厂
public abstract class CarFactory {
    abstract Car createCar();
}

// 具体工厂
public class SedanFactory extends CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new SedanCar();
    }
}

public class SUVFactory extends CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new SUVCar();
    }
}

使用时,我们先选择对应的工厂,然后创建产品:

CarFactory sedanFactory = new SedanFactory();
Car sedan = sedanFactory.createCar();
sedan.drive();

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

运行结果:
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与简单工厂相比,工厂方法模式将不同产品的创建过程分散到不同的工厂类中,每个工厂类都专注于创建自己的产品。这样在需要增加新产品时,只需要添加新的工厂类,而不需要修改现有的工厂类,更好地符合开闭原则。就像汽车集团可以轻松增加新的生产线,而不会影响现有工厂的运作。

抽象工厂模式

抽象工厂模式就像一个汽车制造集团不仅生产整车,还要生产发动机、车身等配套零部件。每个工厂都能生产一整套相关的产品,这些产品之间相互配套,形成一个产品族。比如轿车工厂生产轿车发动机和轿车车身,SUV工厂生产SUV发动机和SUV车身。如:

// 抽象产品
public interface Engine {
    void start();
}

public interface Body {
    void assemble();
}

// 具体产品
public class SedanEngine implements Engine {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("轿车发动机启动");
    }
}

public class SUVEngine implements Engine {
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("SUV发动机启动");
    }
}

public class SedanBody implements Body {
    @Override
    public void assemble() {
        System.out.println("组装轿车车身");
    }
}

public class SUVBody implements Body {
    @Override
    public void assemble() {
        System.out.println("组装SUV车身");
    }
}

// 抽象工厂
public interface CarFactory {
    Engine createEngine();
    Body createBody();
}

// 具体工厂
public class SedanFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Engine createEngine() {
        return new SedanEngine();
    }
    
    @Override
    public Body createBody() {
        return new SedanBody();
    }
}

public class SUVFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Engine createEngine() {
        return new SUVEngine();
    }
    
    @Override
    public Body createBody() {
        return new SUVBody();
    }
}

测试代码如下:

// 生产轿车系列产品
System.out.println("=== 生产轿车系列 ===");
CarFactory sedanFactory = new SedanFactory();
Engine sedanEngine = sedanFactory.createEngine();
Body sedanBody = sedanFactory.createBody();

// 组装轿车
sedanEngine.start();  // 输出:轿车发动机启动
sedanBody.assemble(); // 输出:组装轿车车身

System.out.println("\n=== 生产SUV系列 ===");
// 生产SUV系列产品
CarFactory suvFactory = new SUVFactory();
Engine suvEngine = suvFactory.createEngine();
Body suvBody = suvFactory.createBody();

// 组装SUV
suvEngine.start();    // 输出:SUV发动机启动
suvBody.assemble();   // 输出:组装SUV车身

运行结果:
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工厂模式优缺点

  • 简单工厂模式就像一个小型4S店,结构简单,使用方便。它的优点是实现简单,客户端只需要知道产品的参数就可以了;缺点是工厂类的职责相对过重,增加新产品时需要修改工厂类的代码,违反了开闭原则。
  • 工厂方法模式像一个汽车制造集团下的多个专业工厂,每个工厂专注于一种产品。它的优点是符合开闭原则,扩展性好,增加新产品只需要增加相应的工厂类;缺点是类的数量会随着产品的增加而增加,增加了系统的复杂度。
  • 抽象工厂模式则像一个全产业链的汽车制造集团,可以生产多个产品族。它的优点是能够保证一系列相关产品的配套性,支持产品族的扩展;缺点是抽象层次较高,增加新的产品部件时麻烦,需要修改所有的工厂类。

如何选择工厂模式的实现方式

  • 如果你的应用场景简单,产品种类较少且相对稳定,可以选择简单工厂模式。就像开一家小型4S店,只经营几种固定车型。
  • 如果产品种类会经常变动,建议使用工厂方法模式。这就像汽车制造集团可以根据市场需求灵活增加新的生产线。
  • 如果你需要创建一系列相互关联的产品,那么抽象工厂模式是最好的选择。这适合于像汽车制造这样需要协调多个配套零部件生产的场景。

总结

工厂模式是一种创建型设计模式,它通过将对象的创建与使用分离,提供了一种灵活的对象创建方式。简单工厂适合简单场景,工厂方法适合单个产品的变化,抽象工厂适合产品族的扩展。理解这三种模式的特点和使用场景,可以帮助我们在实际开发中选择最适合的实现方式。
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技术从此不孤单

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