工厂方法模式是什么？

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型的设计模式，它的指导思想是在父类提供一个用于创建产品的接口，但让子类来决定创建何种具体的产品。

UML 类图

用 UML 类图来描述工厂方法模式的结构，在模式中各个角色之间的关系：
image.png
根据上图，总结了模式中各个角色的职责以及它们之间的关系：

  • 产品抽象出一组接口，对于创建者及其子类构建的对象而言，这些接口都是通用的。
  • 具体产品是对产品接口的不同实现。
  • 创建者会声明返回产品对象的工厂方法，而方法返回的对象类型必须与产品接口相匹配。需要了解的是，尽管它的名字是创建者，但它最主要的职责并不一定就是创建产品。一般来说，创建者类会包含一些与产品相关的业务逻辑，工厂方法帮助我们将这些逻辑与具体的产品类解耦。
  • 具体创建者重写基础的工厂方法，使其返回不同类型的产品。需要注意的是，每次调用工厂方法时并不一定都要创建新的实例。工厂方法也可以返回缓存、对象池或其他来源的已有对象。

案例

让我们通过一个案例来帮助我们理解工厂方法模式。假设有如下情景：在各大笔记本专卖店中，有笔记本产品展示以供售卖。在苹果商店展示的是 Mac Book，在微软商城展示的是 Surface 等等。
借助上述的模式结构，我们先梳理一下情景中的各个角色。首先，产品这一角色是笔记本，它是对各种类型的笔记本的抽象。

  1. public interface Laptop {
  2.     void startup();
  3.     void work();
  4.     void shutdown();
  5.     // other methods
  6. }

而 MacBook、Surface 是具体的产品。

  1. public class MacBook implements Laptop {
  2.     @Override
  3.     public void startup() {
  4.         System.out.println("Starting up the MacBook.");
  5.     }
  7.     @Override
  8.     public void work() {
  9.         System.out.println("The MacBook is working.");
  10.     }
  12.     @Override
  13.     public void shutdown() {
  14.         System.out.println("Shutting down the MacBook.");
  15.     }
  17.     // other methods
  18. }
  20. public class Surface implements Laptop {
  21.     // ...
  22. }

创造者这一角色是笔记本专卖店，它声明了一个接口用来创建笔记本，而究竟创建何种类型的笔记本，则由具体的专卖店来控制。

  1. public abstract class LaptopStore {
  3.     public abstract Laptop createLaptop();
  5.     public void display(Laptop laptop) {
  6.         laptop.startup();
  7.         laptop.work();
  8.     }
  10.     // other business logic
  11. }

而苹果商店和微软商城等则是具体的创建者。

  1. public class AppleStore extends LaptopStore {
  2.     @Override
  3.     public Laptop createLaptop() {
  4.         return new MacBook();
  5.     }
  6. }
  8. public class MicrosoftStore extends LaptopStore {
  9.     @Override
  10.     public Laptop createLaptop() {
  11.         return new Surface();
  12.     }
  13. }

最后，我们通过一个用例来模拟一下上述的情景：

  1. public class FactoryMethodMain {
  2.     public static void main(String[] args) {
  3.         String storeType = args != null && args.length > 0 ? args[0] : null;
  4.         LaptopStore laptopStore;
  5.         if ("Apple".equalsIgnoreCase(storeType)) {
  6.             laptopStore = new AppleStore();
  7.         } else if ("Microsoft".equalsIgnoreCase(storeType)) {
  8.             laptopStore = new MicrosoftStore();
  9.         } else {
  10.             throw new IllegalArgumentException("Unknown Laptop Store.");
  11.         }
  12.         Laptop laptop = laptopStore.createLaptop();
  13.         laptopStore.display(laptop);
  14.     }
  15. }

案例源码

可在 GitHub 上查看上述案例的完整代码。

优点与不足

工厂方法模式具有如下优点：

  • 可以避免创建者与具体产品之间的耦合。
  • 遵循单一职责原则，将创建产品的代码放在程序的单一位置，从而使得代码更容易维护。
  • 遵循开闭原则，无需修改现有的客户端代码，就可以在程序中引入新的产品。

但它也有不足之处：

  • 采用工厂方法模式会引入许多新的子类，代码可能会因此变得更复杂。

参考资料

以下是本文参考的资料：