第二章工厂方法模式

工厂方法模式又称为工厂模式、虚拟构造模式或多态工厂模式，是一种类创建型模式。

一、设计一个日志记录器

设计一个日志记录器，可以通过多种途径保存系统的运行日志，如文件记录或数据库记录等。

1.1 简单模式实现

// 抽象产品类
interface Logger{
    void writeLog();
}
// 具体产品类
class FileLogger implements Logger{
    @Override
    void writeLog(){
        System.out.println("文件日志记录");
    }
}
class DatabaseLogger implements Logger{
    @Override
    void writeLog(){
        System.out.println("数据库日志记录");
    }
}
// 工厂类
class LoggerFactory{
    public static Logger createLogger(String type){
        switch(type){
            case "file":
                // 创建文件、初始化文件日志、等其他操作
                return new FileLogger();
            case "db":
                // 连接数据库、创建数据库日志、等其他操作
                return new DatabaseLogger();
            default:
                throw new UnSupportOperationException();
        }
    }
}

1.2 缺陷与问题

虽然简单工厂模式实现了对象的创建和使用分离，但是仍然存在以下问题：

工厂类过于庞大，包含了许多的条件判断，导致维护和测试难度增大
系统扩展不灵活，如果新增其他类型的日志记录器，必须修改静态工厂方法的业务逻辑，违反“开闭原则”

1.3 解决思路

简单工厂方法的缺陷在于违反了“开闭原则”，每次新增新类型时必须修改静态工厂方法的业务逻辑。所有的产品都由一个工厂来创建，工厂职责较重，业务逻辑较为复杂，具体产品和工厂类之间耦合度高。严重影响了系统的灵活性和扩展性。

通过引入工厂方法模式，将工厂与产品拆分，降低耦合，提高系统灵活性。

二、工厂方法模式

2.1 概述

在工厂方法模式中，不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同的产品提供不同的工厂，系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构。

工厂方法模式：定义一个用于创建对象的接口，让子类决定将哪一个类实例化。这样可以将类的实例化延迟到其子类。

2.2 工厂方法模式中的角色

Product（抽象产品）：产品对象的公共父类
ConcreteProduct（具体产品）：实现抽象产品接口，由具体工厂创建，一一对应
Factory（抽象工厂）：在抽象工厂中，声明了工厂方法，用于返回一个产品。
1. 抽象工厂是工厂方法模式的核心，所有创建对象的工厂类都必须实现该接口
ConcreteFactory（具体工厂）：抽象工厂的子类，实现了抽象工厂中定义的方法，通过调用工厂方法，返回一个具体产品类的实例。

工厂方法模式与简单方法模式的区别就在于，多了一个抽象工厂类。

在抽象工厂中声明工厂方法，有具体工厂类来创建子类，不同的具体工厂可以创建不同的具体产品。

在实际使用中，还可以在具体工厂中做一些初始化工作，如资源加载、环境配置等工作。

而客户端只需针对抽象工厂编程即可。

三、解决方案

// 抽象产品类
interface Logger{
    void writeLog();
}
// 具体产品类
class FileLogger implements Logger{
    @Override
    void writeLog(){
        System.out.println("文件日志记录");
    }
}
class DatabaseLogger implements Logger{
    @Override
    void writeLog(){
        System.out.println("数据库日志记录");
    }
}
// 抽象工厂类
interfact Factory{
    Logger createLogger();
}
// 具体工厂类
class FileLoggerFactory implement Factory {
    @Override
    public Logger createLogger(){
        // 初始化环境等
        return  new FileLogger();
    }
}
class DatabaseLoggerFactory implement Factory {
    @Override
    public Logger createLogger(){
        // 初始化环境等
        return  new DatabaseLogger();
    }
}
// 测试
public static void main(String[] args){
    Factory factory = new FileLoggerFactory();
    Logger logger = factory.createLogger();
    logger.writeLog();
}

四、扩展

使用反射与配置文件扩展系统。

为了让系统拥有更好的灵活性和可扩展性，在客户端代码汇总不使用new关键字来创建工厂对象，而是将具体工厂类的类名存储在配置文件中，通过读取配置文件获取类名字符串，再使用 Java反射机制，根据类名字符串来生成对象。

五、隐藏工厂方法

为了进一步简化客户端的使用，还可以对客户端隐藏工厂方法，在抽象工厂中直接调用产品类的业务方法。

abstract class Factory{
    public void writeLog(){
        Logger logger = this.createLogger();
        logger.writeLog();
    }
    abstract Logger createLogger();
}

这样，客户端直接调用抽象工厂的方法即可调用具体的产品业务方法。

六、工厂方法模式总结

优点

由工厂方法来创建客户所需的产品，以及隐藏了具体产品类的实例化过程，客户只需关心所需产品对应的工厂，无需关系创建细节，甚至无需知道产品类的类名。
基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法的关键。能让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而创建对象的细节封装在具体工厂的内部。
符合“开闭原则”，向系统中新增产品时，无需修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无需修改客户端，只需要添加一个具体工厂和具体产品即可。

缺点

在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，还需要提供对应的具体工厂类。系统中类的个数增加，提升了系统复杂度，更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外开销。
由于考虑系统的可扩展性，需要引入抽象层，增加了系统抽象性和理解难度。且实现时可能用到DOM、反射等技术，增加系统实现难度

适用场景

客户端不知道具体所需的对象，只知道工厂即可。
抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。
1. 抽象工厂类只需要提供一个创建工厂的接口，由其子类-具体工厂类来决定要创建的对象
2. 利用面向对象的多态性和里氏替换原则，在程序运行时，由子类替换父类，从而使系统更容易扩展

七、练习

使用工厂方法模式设计一个程序来读取各种不同类型的图片格式，针对每一种图片格式都设计一个图片读取器，如GIF图片读取器用于读取GIF格式的图片、JPG图片读取器用于读取JPG格式的图片。需充分考虑系统的灵活性和可扩展性。