设计模式——工厂模式详解

港控/mmm° 2022-12-29 09:21 69阅读 0赞

### 1. 前言 ###

**神话故事——女娲造人**

在介绍工厂模式之前，我们先来看一个女娲造人的神话故事。

东汉《风俗通》记录了这样一则神话故事：“开天辟地，未有人民，女娲搏黄土做人”，说的就是女娲造人的故事。女娲是如何造人的呢？过程大概是这样的：首先，女娲采集黄土捏成人的形状，然后放到八卦炉中烧制，最后放到大地上生长。由于女娲是第一次做人，经验不足，对火候的把控不准确，柴火放多了，火太旺，七七四十九天之后，造好拿出来一看，人都被烤黑了，于是，黑种人就诞生了；然后女娲开始少放柴火，小火慢炖，又过了七七四十九天，拿出来一看，人还没烤熟呢，于是，白种人就诞生了；最后，女娲有经验了，把控好火的大小，就这样又过了七七四十九天，打开八卦炉一看，嗯，这次就对了，于是黄种人就诞生了。

那我们可以用程序来实现这个有意思的女娲造人功能吗？可以实现！接下来，我们就通过工厂模式来实现女娲造人这个功能。

### 2. 工厂模式简介 ###

工厂模式是我们最常用的实例化对象模式了，是用工厂方法代替`new`操作的一种模式。它是`创建型模式`。

工厂模式有三种：

*  简单工厂模式
 *  工厂方法模式
 *  抽象工厂模式

### 3. 工厂模式详解 ###

接下来我们用这三种工厂模式分别实现女娲造人程序。

#### 3.1 简单工厂模式 ####

Java是面向对象的语言编程，要用程序实现女娲造人，我们要先确定好有哪些对象。经过分析，该过程涉及三个对象：女娲、八卦炉和三种肤色的人。女娲相当于调用方Client，八卦炉相当于生产人的工厂，三种肤色的人肯定都是人类，所以我们定义一个人类接口，让三种肤色的人实现这个接口。分析完毕，我们画出了如下的类图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
HumanFactory是一个创建人类的工厂（八卦炉），它有一个创建人类的方法 createHuman，具体创建什么肤色的人来根据方法的入参决定。它们的源码如下。

人类及其实现类代码如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
工厂类代码：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
一切准备就绪，女娲就可以开始造人了：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
执行结果如下：  
![在这里插入图片描述][20201221164745602.jpg_pic_center]  
以上就是我们通过简单工厂模式实现的女娲造人的小程序，非常简单。

**简单工厂模式的优缺点：**

**优点：** 将对象的创建交给专门的工厂类负责，实现了对象的创建和对象的使用分离。

**缺点：** 工厂类不够灵活，增加新的具体产品需要修改工厂类的判断逻辑代码，比如都看过X战警吧，里面的魔形女是绿皮肤，上面的工厂类显然满足不了，需要增加一个 if 判断分支才能支持。而且当产品类型较多时，简单工厂的 if 判断将会非常多，不容易维护。

#### 3.2 工厂方法模式 ####

工厂方法模式的定义为：  
定义一个用于创建对象的接口或抽象类，让子类决定实例化哪一个类。

我们来画一下工厂方法模式下，女娲造人的类图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
其中，Human接口及其子类的代码不变，增加了一个抽象工厂AbstractHumanFactory，里面定义了一个造人的方法 createHuman()，具体创造什么类型的人由其子工厂实现。

抽象工厂类及其子工厂类如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]

女娲造人的方式如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]

执行之后发现结果不变。

**工厂方法模式的优缺点：**

**优点：** 遵循了开闭原则，扩展性极强。比如现在要增加一个绿皮肤的人类，我们只需要增加一个创建绿皮肤人类的工厂，这个工厂继承自抽象工厂即可，不需要改变原有代码，可维护性高。

**缺点：** 增加了类的数量，当有成千上万个类型的产品时，就需要有成千上万个工厂类来生产这些产品。

#### 3.3 抽象工厂模式 ####

在工厂方法模式中，一个具体的工厂负责生产一类具体的产品，即一对一的关系，但是，如果需要一个具体的工厂生产多种产品对象，比如，生产不同肤色的男人和女人，那么就需要用到抽象工厂模式了。我们重新设计下这个功能的类图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
抽象工厂我们定义了两个方法，createMan() 和 createWoman()用来表示生产男人和女人，不管男人或女人，都有不同的肤色，所以我们定义了三个子工厂用来创建不同肤色的人（包括男人和女人），这三个子工厂重写了父类工厂的两个方法。具体实现代码如下。

Human接口及其两个实现类：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]  
三种肤色的男人和女人：

![在这里插入图片描述][20201221165753106.jpg_pic_center]  
抽象工厂代码：

![在这里插入图片描述][20201221165829989.jpg_pic_center]

具体工厂代码：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]  
女娲使用工厂创造人类：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpamluZ2ppbmdjaG4_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 10]  
OK，女娲使用抽象工厂模式造人完成。

**抽象工厂模式的优缺点：**

**优点：** 增加固定类型产品的不同具体工厂比较方便。例如现在女娲要创造一个绿皮肤的人，只需要再创建一个绿皮肤人的工厂继承抽象工厂就可以了。

**缺点：** 类图优点复杂，可读性没有工厂方法模式那么好。

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