创建型-工厂模式

工厂模式是一种创建型设计模式，它旨在封装对象的创建过程，从而降低程序模块之间的耦合度。在 Java 中，工厂模式可以通过简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式来实现。

场景：假设咖啡店里现只售美式咖啡和拿铁咖啡两种，顾客点餐时根据选择不同的咖啡，咖啡店制作对应的咖啡。

未使用工厂模式前

代码设计如下：

定义咖啡抽象类，Coffee

public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    // 加糖
    public void addsugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    // 加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}

定义美式咖啡类 AmericanCoffee，继承 Coffee 抽象类

public class AmericanCoffee extends Coffee {

    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}

定义拿铁咖啡类 LatteCoffee，继承 Coffee 抽象类

public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}

定义咖啡店类 CoffeeStore

public class CoffeeStore {

    public Coffee orderCoffee(String type) {
        // 声明 Coffee 类型的变量, 根据不同类型创建不同的 coffee 子类对象
        Coffee coffee = null;
        if ("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }

        // 加配料
        coffee.addsugar();
        coffee.addMilk();

        return coffee;
    }
}

定义客户端类 Client，模拟顾客下单

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建咖啡店
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();

        // 2. 点咖啡
        Coffee coffee = store.orderCoffee("american");

        System.out.println(coffee.getName());
        // 输出: 加糖
        // 加奶
        // 美式咖啡
    }
}

存在问题：未使用设计模式之前，咖啡店生产咖啡需要根据客户端传进来的值进行生产对应的咖啡，当咖啡店需要推出新品种时，需在 CoffeeStore 类进行代码改动，违反了开闭原则，这种设计代码扩展性不好。

简单工厂模式

定义：提供一个工厂类，根据传入的参数不同返回不同的实例，被创建的实例具有共同的父类或接口。

适用场景：当需要创建的对象较少，且客户端不关心对象的创建过程。

简单工厂包含如下角色：

抽象产品：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品：实现或继承抽象产品的子类。
具体工厂：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

类 Coffee、AmericanCoffee、LatteCoffee 代码不变，具体可看上面示例。

定义简单工厂类 SimpleCoffeeFactory

public class SimpleCoffeeFactory {

    public Coffee createCoffee(String type) {
        // 声明 Coffee 类型的变量, 根据不同类型创建不同的 coffee 子类对象
        Coffee coffee = null;
        if ("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }

        return coffee;
    }
}

工厂类中的创建 Coffee 的代码从原有 CoffeeStore 类中抽取出来，由工厂类进行创建 Coffee。

咖啡店类 CoffeeStore 代码调整如下：

public class CoffeeStore {

    public Coffee orderCoffee(String type) {
        SimpleCoffeeFactory factory = new SimpleCoffeeFactory();

        Coffee coffee = factory.createCoffee(type);

        coffee.addsugar();
        coffee.addMilk();

        return coffee;
    }
}

此时，咖啡店只需要调用简单工厂类传入对应的咖啡 type 就能获取到对应的咖啡实例，具体怎么创建咖啡就不用在这个类进行处理。

定义客户端类 Client，模拟客户下单

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建咖啡店类对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();

        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee("latte");

        System.out.println(coffee.getName());
        // 输出: 加糖
        // 加奶
        // 拿铁咖啡
    }
}

总结

优点：

封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象，把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新的产品，直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容器扩展。

缺点：

增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了开闭原则。

工厂方法模式

定义：定义一个工厂接口和多个具体工厂类来实现对象的创建，客户端通过工厂接口来创建产品对象。

适用场景：当需要创建的对象较多，且每个对象都有不同的创建过程时。

工厂方法结构：

抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法来创建产品。
具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

类 Coffee、AmericanCoffee、LatteCoffee 代码不变，具体可看上面示例。

定义抽象工厂类 CoffeeFactory

public interface CoffeeFactory {

    /**
     * 创建咖啡对象的方法
     * @return Coffee
     */
    Coffee createCoffee();

}

定义美式咖啡工厂 AmericanCoffeeFactory，专门用来生产美式咖啡

public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}

定义拿铁咖啡工厂 LatteCoffeeFactory，专门用来生产拿铁咖啡

public class LatteCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}

咖啡店类 CoffeeStore 代码调整如下：

public class CoffeeStore {

    private CoffeeFactory coffeeFactory;

    public void setCoffeeFactory(CoffeeFactory coffeeFactory) {
        this.coffeeFactory = coffeeFactory;
    }

    public Coffee orderCoffee() {
        Coffee coffee = coffeeFactory.createCoffee();

        coffee.addsugar();
        coffee.addMilk();

        return coffee;
    }

}

咖啡店类定义了咖啡工厂接口属性，通过 set 方式传入具体咖啡工厂进行赋值，当调用下单方法时，通过具体工厂类创建对应的咖啡。

定义客户端类 Client，模拟客户下单

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建咖啡店对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();

        // 设置咖啡工厂对象
        coffeeStore.setCoffeeFactory(new LatteCoffeeFactory());

        // 点咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee();

        System.out.println(coffee.getName());
        // 输出: 加糖
        // 加奶
        // 拿铁咖啡
    }

}

总结

优点：

用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程。在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则。

缺点：

每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度。

抽象工厂模式

定义：定义多个工厂接口和多个产品族接口，每个接口负责创建一类产品族对象，每个产品族接口负责定义一类产品对象。

适用场景：当需要创建的对象较多，且每个对象都有不同的创建过程，且这些对象属于不同的产品族时。

抽象工厂模式结构：

抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法，可以创建多个不同等级的产品。
具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
具体产品（Concrete Product）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

场景：在咖啡品类基础上，现增加甜品类，甜品类有抹茶慕斯和提拉米苏两种，针对美国有美式咖啡和抹茶慕斯，意大利有拿铁咖啡和提拉米苏。

代码设计如下：

类 Coffee、AmericanCoffee、LatteCoffee 代码不变，具体可看上面示例。

定义甜品抽象类 Dessert

/**
 * 甜品抽象类
 */
public abstract class Dessert {

    public abstract void show();

}

定义抹茶慕斯类 MatchaMousse，继承甜品抽象类 Dessert

/**
 * 抹茶慕斯类
 */
public class MatchaMousse extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}

定义提拉米苏类 Tiramisu，继承甜品类 Dessert

/**
 * 提拉米苏类
 */
public class Tiramisu extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}

定义甜品工厂类接口 DessertFactory

/**
 * 甜品工厂类接口
 */
public interface DessertFactory {

    /**
     * 生产咖啡的功能
     * @return Coffee
     */
    Coffee createCoffee();

    /**
     * 生产甜品的功能
     * @return Dessert
     */
    Dessert createDessert();

}

定义美式风味甜品工厂 AmericanDessertFactory，实现甜品工厂类接口 DessertFactory

/**
 * 美式风味的甜品工厂
 *  <p>生产美式咖啡 和 抹茶慕斯</p>
 */
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory{
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}

定义意大利风味甜品工厂 ItalyDessertFactory，实现甜品工厂类接口 DessertFactory

/**
 * 意大利凤尾甜品工厂
 * <p>生产拿铁咖啡 和 提拉米苏甜品</p>
 */
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new Tiramisu();
    }
}

定义客户端类 Client，模拟客户下单

public class Client {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建的是意大利风味甜品工厂对象
        DessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();
        // 获取拿铁咖啡 和 提拉米苏甜品
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        Dessert dessert = factory.createDessert();

        System.out.println(coffee.getName());	// 输出: 美式咖啡
        dessert.show();	// 输出: 抹茶慕斯
    }

}

总结

优点：

当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用用一个产品族中的对象。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。