Java工廠方法模式詳解

一、概念介紹

1. 什么是工廠方法模式？

工廠方法模式（Factory Method Pattern）是一種創建型設計模式，它允許定義一個接口或抽象類來創建對象，但將實際對象的實例化延遲到子類中實現。工廠方法模式通過定義一個用于創建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類，從而實現對象的創建與使用分離，提高系統的靈活性和可擴展性。

2. 角色組成

工廠方法模式主要由以下四個角色組成：

1）抽象工廠（Creator）：聲明一個用于創建對象的工廠方法，該方法是一個抽象方法，由子類實現。

2）具體工廠（Concrete Creator）：實現了抽象工廠接口，含有與應用相關的邏輯，用于創建具體的產品對象。

3）抽象產品（Product）：定義了產品的接口，是工廠方法所創建對象的超類型，即工廠方法返回的對象類型。

4）具體產品（Concrete Product）：實現了抽象產品接口的具體類，是被具體工廠創建的對象。

3. 特點

• 延遲實例化：將對象的實例化延遲到子類中實現。
• 符合開閉原則：新增產品時，只需新增相應的具體工廠類，無需修改原有代碼。
• 降低耦合：客戶端只依賴于抽象工廠接口和產品接口，降低了客戶端與具體產品的耦合度。

二、使用場景與優缺點

1. 使用場景

工廠方法模式適用于以下場景：

• 需要創建的對象類型在編譯時不確定：例如，根據不同的配置或輸入參數創建不同類型的對象。
• 系統需要擴展，且不希望修改現有代碼：新增產品時，只需新增具體工廠類，無需修改現有代碼。
• 創建對象的過程復雜，且需要隱藏具體創建邏輯：將對象的創建過程封裝在工廠類中，客戶端無需關心創建細節。

2. 優點

• 良好的封裝性：隱藏了對象創建的細節，客戶端只需通過接口操作對象。
• 優秀的可擴展性：新增產品時，只需新增具體工廠類，符合開閉原則。
• 降低耦合度：客戶端只依賴于抽象接口，降低了與具體實現的耦合。

3. 缺點

• 類的數量增加：針對每一種產品都需要定義一個具體工廠類，隨著產品種類的增加，類的數量也相應增加。
• 產品族擴展困難：當需要新增產品族時，可能需要修改多個具體工廠類，影響系統的擴展性。

三、Java實現示例

以下是一個使用Java實現的工廠方法模式示例，模擬了一個簡單的汽車制造場景。

1. 抽象產品接口（Car）

下面是一個抽象產品接口，它定義了產品對象的公共接口。在這個例子中，Car接口有一個run方法，用于描述汽車運行的行為。

public interface Car {void run();
}

2. 具體產品實現類

Benz和BMW是實現了Car接口的具體產品類。它們分別提供了run方法的具體實現，用于描述不同品牌汽車的運行行為。

public class Benz implements Car {@Overridepublic void run() {System.out.println("Benz is running.");  }}

public class BMW implements Car {@Overridepublic void run() {System.out.println("BMW is running.");}}

3. 抽象工廠接口（CarFactory）

下面是一個抽象工廠接口，它聲明了工廠方法createCar，該方法返回一個Car類型的對象。抽象工廠接口是工廠方法模式的核心，它允許系統在不直接指定具體產品類的情況下創建對象。

public interface CarFactory {Car createCar(); 
}

4. 具體工廠類

BenzFactory 和 BMWFactory 是實現了 CarFactory 接口的具體工廠類。它們分別重寫了 createCar 方法，用于創建并返回具體的產品對象（Benz或BMW）。

public class BenzFactory implements CarFactory {@Overridepublic Car createCar() {return new Benz();}}

public class BMWFactory implements CarFactory {@Overridepublic Car createCar() {return new BMW();}}

5. 客戶端

客戶端通過工廠類來創建產品對象，而不是直接通過new關鍵字。這種方式使得客戶端代碼與具體產品類的實現解耦，提高了系統的靈活性和可擴展性。當需要添加新的產品類時，只需添加相應的具體產品類和具體工廠類，而無需修改客戶端代碼。

public class Client {public static void main(String[] args) {CarFactory benzFactory = new BenzFactory();  Car benz = benzFactory.createCar();  benz.run();  CarFactory bmwFactory = new BMWFactory();  Car bmw = bmwFactory.createCar();  bmw.run();  }}

運行結果：

Benz is running.
BMW is running.

結束語

工廠方法設計模式通過引入工廠等級結構，允許系統在不直接指定具體產品類的情況下創建對象。它通過將對象的創建過程封裝在工廠類中，使得客戶端代碼與具體產品類的實現解耦，提高了系統的靈活性和可擴展性。同時，它也遵循了開閉原則，即軟件實體應該對擴展開放，對修改關閉。但也存在類數量增加和產品族擴展困難等缺點。

在實際應用中，應根據具體需求選擇合適的設計模式，以提高代碼的可維護性和可擴展性。通過工廠方法模式，Java開發者可以更靈活地管理對象的創建過程，從而編寫出更加健壯和易于維護的代碼。

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