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工厂方法模式

工厂方法模式 (Factory Method Pattern)

定义： 工厂方法模式定义了一个创建对象的接口（工厂方法），但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类的实例化推迟到子类。

核心思想： 不再由一个“全能”的工厂类来创建所有的产品（像简单工厂那样），而是将创建具体产品的责任下放到各个子工厂（具体创建者）中。每个子工厂只负责创建一种特定的产品。

参与者 (Participants)：

1. Product (抽象产品)：

   • 定义了工厂方法所创建的对象的接口。

   • 在 Java 中通常是一个接口或抽象类。

2. ConcreteProduct (具体产品)：

   • 实现了 Product 接口。

   • 是工厂方法创建的目标。

3. Creator (抽象创建者 / 抽象工厂)：

   • 声明了工厂方法 factoryMethod()，该方法返回一个 Product 类型的对象。

   • Creator 也可以定义一个默认的工厂方法实现，返回一个默认的 ConcreteProduct 对象。

   • 通常是一个抽象类，也可以是接口。如果它是抽象类，可以包含一些依赖于 Product 对象的业务逻辑，这些逻辑会调用抽象的 factoryMethod()。

4. ConcreteCreator (具体创建者 / 具体工厂)：

   • 实现了 Creator 接口或继承了 Creator 抽象类。

   • 重写（或实现）工厂方法 factoryMethod() 以返回一个具体的 ConcreteProduct 实例。

类图 (UML):

classDiagramclass Product {<<Interface>>+operation()}class ConcreteProductA {+operation()}class ConcreteProductB {+operation()}Product <|.. ConcreteProductAProduct <|.. ConcreteProductB
​class Creator {<<Abstract>>+factoryMethod(): Product+someOperation()}class ConcreteCreatorA {+factoryMethod(): Product}class ConcreteCreatorB {+factoryMethod(): Product}Creator <|-- ConcreteCreatorACreator <|-- ConcreteCreatorBConcreteCreatorA ..> ConcreteProductA : createsConcreteCreatorB ..> ConcreteProductB : creates
​Client --> CreatorClient --> Product

• Creator 的 someOperation() 方法通常会调用 factoryMethod() 来获取一个 Product 对象，然后对这个对象执行操作。

优点：

1. 良好的开闭原则 (Open/Closed Principle)： 当需要增加新的产品时，只需要增加一个新的具体产品类和一个对应的具体工厂类，而不需要修改原有的工厂类和产品类代码。

2. 解耦： 将对象的创建和使用分离。客户端只需要知道抽象工厂和抽象产品，而不需要知道具体是哪个工厂创建了哪个具体产品。

3. 灵活性高： 子类可以覆盖工厂方法来改变创建的产品类型。每个具体工厂只负责创建一种具体产品，职责单一。

4. 封装性好： 将创建产品的代码封装在具体工厂的工厂方法中，客户端不需要关心创建细节。

缺点：

1. 增加类的数量： 每增加一个产品，就需要增加一个具体产品类和一个相应的具体工厂类，这使得系统中的类数量成倍增加，增加了系统的复杂度。

适用场景：

1. 当一个类不知道它所必须创建的对象的类的时候。

2. 当一个类希望由它的子类来指定它所创建的对象的时候。

3. 当类将创建对象的职责委托给多个帮助子类中的某一个，并且你希望将哪一个帮助子类是代理者这一信息局部化的时候。

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Java 代码示例：

假设我们要创建一个日志记录器系统，可以记录到文件或控制台。

1. Product (抽象产品) - Logger 接口

// Logger.java
public interface Logger {void log(String message);
}

2. ConcreteProduct (具体产品) - FileLogger 和 ConsoleLogger

// FileLogger.java
public class FileLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("Logging to File: " + message);// 实际的文件写入逻辑会更复杂}
}
​
// ConsoleLogger.java
public class ConsoleLogger implements Logger {@Overridepublic void log(String message) {System.out.println("Logging to Console: " + message);}
}

3. Creator (抽象创建者 / 抽象工厂) - LoggerFactory 抽象类

// LoggerFactory.java
public abstract class LoggerFactory {
​// 这是核心的工厂方法public abstract Logger createLogger();
​// 也可以定义一些通用的操作，这些操作会使用工厂方法创建的产品public void writeLog(String message) {Logger logger = createLogger(); // 使用工厂方法创建产品logger.log(message);}
}

4. ConcreteCreator (具体创建者 / 具体工厂) - FileLoggerFactory 和 ConsoleLoggerFactory

// FileLoggerFactory.java
public class FileLoggerFactory extends LoggerFactory {@Overridepublic Logger createLogger() {// 返回具体的产品：FileLoggerSystem.out.println("FileLoggerFactory: Creating FileLogger.");return new FileLogger();}
}
​
// ConsoleLoggerFactory.java
public class ConsoleLoggerFactory extends LoggerFactory {@Overridepublic Logger createLogger() {// 返回具体的产品：ConsoleLoggerSystem.out.println("ConsoleLoggerFactory: Creating ConsoleLogger.");return new ConsoleLogger();}
}

5. Client (客户端) - 使用工厂方法

// Client.java (or Main class)
public class Client {public static void main(String[] args) {// 需要文件日志记录器LoggerFactory fileFactory = new FileLoggerFactory();Logger fileLogger = fileFactory.createLogger(); // 直接调用工厂方法获取产品fileLogger.log("This is a message for the file logger.");
​// 或者通过抽象工厂的通用方法fileFactory.writeLog("Another message for the file logger via writeLog method.");
​System.out.println("------------------------------------");
​// 需要控制台日志记录器LoggerFactory consoleFactory = new ConsoleLoggerFactory();Logger consoleLogger = consoleFactory.createLogger();consoleLogger.log("This is a message for the console logger.");
​consoleFactory.writeLog("Another message for the console logger via writeLog method.");
​// 演示开闭原则：如果将来需要 DatabaseLogger// 1. 创建 DatabaseLogger implements Logger// 2. 创建 DatabaseLoggerFactory extends LoggerFactory (重写 createLogger 返回 DatabaseLogger)// 客户端代码可以这样使用，而不需要修改 LoggerFactory 或已有的工厂和产品：// LoggerFactory dbFactory = new DatabaseLoggerFactory();// dbFactory.writeLog("This message goes to the database.");}
}

输出：

FileLoggerFactory: Creating FileLogger.
Logging to File: This is a message for the file logger.
FileLoggerFactory: Creating FileLogger.
Logging to File: Another message for the file logger via writeLog method.
------------------------------------
ConsoleLoggerFactory: Creating ConsoleLogger.
Logging to Console: This is a message for the console logger.
ConsoleLoggerFactory: Creating ConsoleLogger.
Logging to Console: Another message for the console logger via writeLog method.

总结： 工厂方法模式通过引入抽象工厂和具体工厂，将对象的创建过程延迟到子类中进行。客户端代码仅依赖于抽象工厂和抽象产品，从而实现了创建过程的解耦和灵活性。当你希望系统能够轻松扩展新的产品类型时，工厂方法是一个很好的选择。