工厂模式 (简单工厂、工厂方法、抽象工厂）

工厂模式（Factory Pattern）是 Java 中最常用的设计模式之一。

这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

定义：

定义一个创建产品对象的工厂接口，将产品对象的实际创建工作推迟到具体子工厂类当中。这满足创建型模式中所要求的“创建与使用相分离”的特点。

实现：

按实际业务场景划分，工厂模式有 3 种不同的实现方式，分别是简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。

第一种：简单工厂模式

定义：

我们把被创建的对象称为“产品”，把创建产品的对象称为“工厂”。如果要创建的产品不多，只要一个工厂类就可以完成，这种模式叫“简单工厂模式”。

在简单工厂模式中创建实例的方法通常为静态（static）方法，因此简单工厂模式（Simple Factory Pattern）又叫作静态工厂方法模式（Static Factory Method Pattern）。

优点：

工厂类包含必要的逻辑判断，可以决定在什么时候创建哪一个产品的实例。客户端可以免除直接创建产品对象的职责，很方便的创建出相应的产品。工厂和产品的职责区分明确。
客户端无需知道所创建具体产品的类名，只需知道参数即可。
也可以引入配置文件，在不修改客户端代码的情况下更换和添加新的具体产品类。

缺点：

简单工厂模式的工厂类单一，负责所有产品的创建，职责过重，一旦异常，整个系统将受影响。且工厂类代码会非常臃肿，违背高聚合原则。
使用简单工厂模式会增加系统中类的个数（引入新的工厂类），增加系统的复杂度和理解难度
系统扩展困难，一旦增加新产品不得不修改工厂逻辑，在产品类型较多时，可能造成逻辑过于复杂
简单工厂模式使用了 static 工厂方法，造成工厂角色无法形成基于继承的等级结构。

注意：

简单工厂模式每增加一个产品就要增加一个具体产品类和一个对应的具体工厂类，这增加了系统的复杂度，违背了“开闭原则”。

应用：

对于产品种类相对较少的情况，考虑使用简单工厂模式。使用简单工厂模式的客户端只需要传入工厂类的参数，不需要关心如何创建对象的逻辑，可以很方便地创建所需产品。

简单工厂模式的主要角色如下：

简单工厂（SimpleFactory）：是简单工厂模式的核心，负责实现创建所有实例的内部逻辑。工厂类的创建产品类的方法可以被外界直接调用，创建所需的产品对象。
抽象产品（Product）：是简单工厂创建的所有对象的父类，负责描述所有实例共有的公共接口。
具体产品（ConcreteProduct）：是简单工厂模式的创建目标。

创建一个接口:

package com.cqucc.simplefactory;//抽象产品
public interface Product {void show();}

创建实现接口的实体类

package com.cqucc.simplefactory;public class Product1 implements Product{public void show() {System.out.println("具体产品1 show()");}}

package com.cqucc.simplefactory;public class Product2 implements Product {public void show() {System.out.println("具体产品2 show()");}}

package com.cqucc.simplefactory;public class Product3 implements Product{public void show() {System.out.println("具体产品3 show()");}}

创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。

package com.cqucc.simplefactory;//创建一个工厂，生成基于给定信息的实体类的对象。
public class SimpleFactory {//定义makeProduct方法获取Product类型的对象public Product makeProduct(int i) {if(i == 1) {return new Product1();}else if(i == 2) {return new Product2();}else if(i == 3) {return new Product3();}return null;}}

使用该工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。

package com.cqucc.simplefactory;//使用SimpleFactory工厂，通过传递类型信息来获取实体类的对象。
public class SimpleFactoryTest {public static void main(String[] args) {SimpleFactory sf = new SimpleFactory();//获取Product1的对象，并调用它的show方法Product p1 = sf.makeProduct(1);p1.show();//获取Product2的对象，并调用它的show方法Product p2 = sf.makeProduct(2);p2.show();//获取Product3的对象，并调用它的show方法Product p3 = sf.makeProduct(3);p3.show();    }}

第二种：工厂方法模式

“工厂方法模式”是对简单工厂模式的进一步抽象化，其好处是可以使系统在不修改原来代码的情况下引进新的产品，即满足开闭原则。

优点：

用户只需要知道具体工厂的名称就可得到所要的产品，无须知道产品的具体创建过程。
灵活性增强，对于新产品的创建，只需多写一个相应的工厂类。
典型的解耦框架。高层模块只需要知道产品的抽象类，无须关心其他实现类，满足迪米特法则、依赖倒置原则和里氏替换原则。

缺点：

类的个数容易过多，增加复杂度
增加了系统的抽象性和理解难度
抽象产品只能生产一种产品，此弊端可使用抽象工厂模式解决。

应用：

客户只知道创建产品的工厂名，而不知道具体的产品名。如 TCL 电视工厂、海信电视工厂等。
创建对象的任务由多个具体子工厂中的某一个完成，而抽象工厂只提供创建产品的接口。
客户不关心创建产品的细节，只关心产品的品牌

工厂方法模式的主要角色如下：

抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问具体工厂的工厂方法 newProduct() 来创建产品。
具体工厂（ConcreteFactory）：主要是实现抽象工厂中的抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间一一对应。

package com.cqucc.factorymethod;//抽象产品
public interface Product {public void show();}

package com.cqucc.factorymethod;public class Product1 implements Product{public void show() {System.out.println("具体产品1 show()");}}

package com.cqucc.factorymethod;public class Product2 implements Product {public void show() {System.out.println("具体产品2 show()");}}

package com.cqucc.factorymethod;public class Product3 implements Product{public void show() {System.out.println("具体产品3 show()");}}

package com.cqucc.factorymethod;//抽象工厂：提供了厂品的生成方法
public interface AbstractFactory {public Product newProduct();}

package com.cqucc.factorymethod;public class Factory1 implements AbstractFactory{@Overridepublic Product newProduct() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("具体工厂1生成具体产品1");return new Product1();}}

package com.cqucc.factorymethod;public class Factory2 implements AbstractFactory{@Overridepublic Product newProduct() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("具体工厂2生成具体产品2");return new Product2();}}

package com.cqucc.factorymethod;public class Factory3 implements AbstractFactory{@Overridepublic Product newProduct() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("具体工厂3生成具体产品3");return new Product3();}}

package com.cqucc.factorymethod;public class AbstractFactoryTest {public static void main(String[] args) {AbstractFactory f1 = new Factory1();Product p1 = f1.newProduct();p1.show();AbstractFactory f2 = new Factory2();Product p2 = f2.newProduct();p2.show();AbstractFactory f3 = new Factory3();Product p3 = f3.newProduct();p3.show();}}

注意：

当需要生成的产品不多且不会增加，一个具体工厂类就可以完成任务时，可删除抽象工厂类。这时工厂方法模式将退化到简单工厂模式。

第三种：抽象工厂模式

工厂方法模式只考虑生产同等级的产品，但是在现实生活中许多工厂是综合型的工厂，能生产多等级（种类）的产品，如农场里既养动物又种植物，电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调。

抽象工厂模式将考虑多等级产品的生产，将同一个具体工厂所生产的位于不同等级的一组产品称为一个产品族。

抽象工厂模式是工厂方法模式的升级版本，工厂方法模式只生产一个等级的产品，而抽象工厂模式可生产多个等级的产品。

定义：

是一种为访问类提供一个创建一组相关或相互依赖对象的接口，且访问类无须指定所要产品的具体类就能得到同族的不同等级的产品的模式结构。

优点：

抽象工厂模式除了具有工厂方法模式的优点外，其他主要优点如下：

可以在类的内部对产品族中相关联的多等级产品共同管理，而不必专门引入多个新的类来进行管理。
当需要产品族时，抽象工厂可以保证客户端始终只使用同一个产品的产品组。
抽象工厂增强了程序的可扩展性，当增加一个新的产品族时，不需要修改原代码，满足开闭原则。

缺点：

当产品族中需要增加一个新的产品时，所有的工厂类都需要进行修改。增加了系统的抽象性和理解难度。

应用：

使用抽象工厂模式一般要满足以下条件：

系统中有多个产品族，每个具体工厂创建同一族但属于不同等级结构的产品。
系统一次只可能消费其中某一族产品，即同族的产品一起使用。

抽象工厂模式通常适用于以下场景：

当需要创建的对象是一系列相互关联或相互依赖的产品族时，如电器工厂中的电视机、洗衣机、空调等。
系统中有多个产品族，但每次只使用其中的某一族产品。如有人只喜欢穿某一个品牌的衣服和鞋。
系统中提供了产品的类库，且所有产品的接口相同，客户端不依赖产品实例的创建细节和内部结构。

抽象工厂模式的主要角色如下：

抽象工厂（Abstract Factory）：提供了创建产品的接口，它包含多个创建产品的方法 newProduct()，可以创建多个不同等级的产品。
具体工厂（Concrete Factory）：主要是实现抽象工厂中的多个抽象方法，完成具体产品的创建。
抽象产品（Product）：定义了产品的规范，描述了产品的主要特性和功能，抽象工厂模式有多个抽象产品。
具体产品（ConcreteProduct）：实现了抽象产品角色所定义的接口，由具体工厂来创建，它同具体工厂之间是多对一的关系。

应用实例：

我们将创建 Shape 和 Color 接口和实现这些接口的实体类。下一步是创建抽象工厂类 AbstractFactory。接着定义工厂类 ShapeFactory 和 ColorFactory，这两个工厂类都是扩展了 AbstractFactory。然后创建一个工厂创造器/生成器类 FactoryProducer。

为形状创建一个接口：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public interface Shape {void draw();}

创建实现接口的实体类：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class Rectangle implements Shape {@Overridepublic void draw() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("draw 长方形");}}

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class Square implements Shape {@Overridepublic void draw() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("draw 正方形");}}

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class Circle implements Shape {@Overridepublic void draw() {// TODO Auto-generated method stubSystem.out.println("draw 圆形");}}

为颜色创建一个接口：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public interface Color {void fill();}

创建实现接口的实体类：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class Red implements Color {public void fill() {System.out.println("fill Red");}}

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class Green implements Color {public void fill() {System.out.println("fill Green");}}

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class Blue implements Color{public void fill() {System.out.println("fill Blue");}}

为 Color 和 Shape 对象创建抽象类来获取工厂：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;//为 Color 和 Shape 对象创建抽象类来获取工厂。
public abstract class AbstractFactory {public abstract Color getColor(String color);public abstract Shape getShape(String shape);}

创建扩展了 AbstractFactory 的工厂类，基于给定的信息生成实体类的对象：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;//创建扩展了 AbstractFactory 的工厂类，基于给定的信息生成实体类的对象。
public class ShapeFactory extends AbstractFactory {@Overridepublic Shape getShape(String shape) {// TODO Auto-generated method stubif(shape.equals("CIRCLE")) {return new Circle();}else if(shape.equals("RECTANGLE")) {return new Rectangle();}else if(shape.equals("SQUARE")) {return new Square();}return null;}@Overridepublic Color getColor(String color) {// TODO Auto-generated method stubreturn null;}}

package com.cqucc.abstractfactorypattern;public class ColorFactory extends AbstractFactory{@Overridepublic Color getColor(String color) {// TODO Auto-generated method stubif(color.equals("RED")) {return new Red();}else if(color.equals("GREEN")) {return new Green();}else if(color.equals("BLUE")) {return new Blue();}return null;}@Overridepublic Shape getShape(String shape) {// TODO Auto-generated method stubreturn null;}}

创建一个工厂创造器/生成器类，通过传递形状或颜色信息来获取工厂：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;//创建一个工厂创造器/生成器类，通过传递形状或颜色信息来获取工厂。
public class FactoryProducer {public static AbstractFactory getFactory(String choice) {if(choice.equals("SHAPE")) {return new ShapeFactory();}else if(choice.equals("COLOR")) {return new ColorFactory();}return null;}}

使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象：

package com.cqucc.abstractfactorypattern;//使用 FactoryProducer 来获取 AbstractFactory，通过传递类型信息来获取实体类的对象。
public class AbstractFactoryPatternTest {public static void main(String[] args) {//获取形状工厂AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");//获取形状为 Circle 的对象Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");//调用 Circle 的 draw 方法shape1.draw();//获取形状为 Rectangle 的对象Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");//调用 Rectangle 的 draw 方法shape2.draw();//获取形状为 Square 的对象Shape shape3 = shapeFactory.getShape("SQUARE");//调用 Square 的 draw 方法shape3.draw();//获取颜色工厂AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");//获取颜色为 Red 的对象Color color1 = colorFactory.getColor("RED");//调用 Red 的 fill 方法color1.fill();//获取颜色为 Green 的对象Color color2 = colorFactory.getColor("GREEN");//调用 Green 的 fill 方法color2.fill();//获取颜色为 Blue 的对象Color color3 = colorFactory.getColor("BLUE");//调用 Blue 的 fill 方法color3.fill();}}

抽象工厂模式的扩展有一定的“开闭原则”倾斜性：

当增加一个新的产品族时只需增加一个新的具体工厂，不需要修改原代码，满足开闭原则。
当产品族中需要增加一个新种类的产品时，则所有的工厂类都需要进行修改，不满足开闭原则。

另一方面，当系统中只存在一个等级结构的产品时，抽象工厂模式将退化到工厂方法模式。

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