[设计模式Java实现附plantuml源码~创建型] 多态工厂的实现——工厂方法模式

前言：

为什么之前写过Golang 版的设计模式，还在重新写Java 版？

答：因为对于我而言，当然也希望对正在学习的大伙有帮助。Java作为一门纯面向对象的语言，更适合用于学习设计模式。

为什么类图要附上uml

因为很多人学习有做笔记的习惯，如果单纯的只是放一张图片，那么学习者也只能复制一张图片，可复用性较低，附上uml，方便有新理解时，快速出新图。

工厂方法模式（Factory Method Pattern）：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。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。

工厂方法模式又简称为工厂模式（Factory Pattern），又可称作虚拟构造器模式（Virtual Constructor Pattern）或多态工厂模式（Polymorphic Factory Pattern）。

工厂方法模式是一种类创建型模式。

@startuml

interface Factory {
  + factoryMethod():Product
}

note left of Factory::"factoryMethod():Product"
  ... 其他逻辑
  return new Product();
end note
abstract class Product {
}

class SubProduct1 extends Product implements Factory{
  + factoryMethod():Product
}

main -up-> Factory: 调用工厂方法

@enduml

工厂方法模式结构图中包含以下4个角色。

（1）Product（抽象产品）：它是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，也就是产品对象的公共父类。

工厂方法模式结构图中包含以下4个角色。

（2）ConcreteProduct（具体产品）：它实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，具体工厂和具体产品之间一一对应。

（3）Factory（抽象工厂）：在抽象工厂类中，声明了工厂方法（Factory Method），用于返回一个产品。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。

（4）ConcreteFactory（具体工厂)：它是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户端调用，返回一个具体产品类的实例。

代码实现

package create;


public class FactoryMethod {
    
    public static void main(String[] args) throws Exception{
//        Factory factory = new ConcreteFactory();
//        Factory factory = (Factory)Class.forName("create.FactoryMethod$ConcreteFactory").newInstance();
        // 通过配置的方式传类名的引用使用反射创建对象，方便后面扩展
        Factory factory = (Factory)Class.forName("create.FactoryMethod$ConcreteFactory")
            .getDeclaredConstructor()
            .newInstance();

        Product product = factory.factoryMethod();
        System.out.println(product.name);
    }

    static class Product {
        String name;

        Product(String name) {
            this.name = name;
        }
    }


    interface Factory {
         Product factoryMethod();
    }

    static class ConcreteFactory  implements Factory {
        @Override
        public Product factoryMethod() {
            return new Product("具体产品1");
        }
    }
}

工厂方法总结

工厂方法模式通过引入工厂等级结构，解决了简单工厂模式中工厂类职责太重的问题。

工厂方法模式的主要优点如下：

（1）在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节。用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。

（2）基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够让工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。

（3）使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合开闭原则。

工厂方法模式的主要缺点如下：

（1）在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。

（2）由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

适用场景

在以下情况下可以考虑使用工厂方法模式：

（1）客户端不知道其所需要的对象的类。在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

（2）抽象工厂类通过其子类来指定创建哪个对象。在工厂方法模式中，抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。