Java 基础：设计模式之工厂方法模式

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，它提供了一个创建对象的通用接口，但将实际创建逻辑推迟到子类中实现。这种模式允许客户端使用抽象接口来创建特定类型的对象，而无需了解具体的实现细节。以下是工厂方法模式的详细分析：

一. 定义与目的

定义：
工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使得一个类的实例化过程延迟到子类进行。

目的：

• 封装对象创建过程：将对象的创建细节封装在工厂类中，客户端只需要调用工厂方法即可获取所需对象，无需关心对象的具体创建逻辑。
• 解耦：通过引入抽象层，将创建产品的职责与使用产品的职责分离，使得两者之间的依赖关系变得松散，有利于系统扩展和维护。
• 支持多态性：由于具体的产品类由子工厂类创建，可以根据需求灵活地切换产品类型，且不影响客户端代码。

二. 模式结构

• Product（产品接口/抽象类）：定义了所有具体产品共有的公共接口或抽象方法，供客户端使用。
• ConcreteProduct（具体产品）：实现了 Product 接口/继承了抽象类，是实际被创建的对象。
• Factory（工厂接口/抽象类）：声明了一个用于创建 Product 对象的公共方法（通常命名为 createProduct() 或 makeProduct()），该方法返回一个 Product 类型的引用。
• ConcreteFactory（具体工厂）：实现了 Factory 接口/继承了抽象工厂类，负责创建具体的产品对象，即实现 createProduct() 方法，返回的是 ConcreteProduct 类型的实例。

三. 示例说明

以创建不同类型的图形（如圆形、正方形）为例，说明工厂方法模式的实现：

// 1. Product - 图形接口
public interface Shape {
    void draw();
}

// 2. ConcreteProduct - 具体图形类
public class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a circle.");
    }
}

public class Square implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Drawing a square.");
    }
}

// 3. Factory - 图形工厂接口
public interface ShapeFactory {
    Shape createShape(String type);
}

// 4. ConcreteFactory - 具体工厂类
public class ShapeFactoryImpl implements ShapeFactory {
    @Override
    public Shape createShape(String type) {
        if ("circle".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new Circle();
        } else if ("square".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new Square();
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Unsupported shape type");
        }
    }
}

// 5. 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeFactory factory = new ShapeFactoryImpl();

        Shape circle = factory.createShape("circle");
        circle.draw(); // 输出：Drawing a circle.

        Shape square = factory.createShape("square");
        square.draw(); // 输出：Drawing a square.
    }
}
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在这个例子中，客户端通过 ShapeFactoryImpl 创建所需类型的 Shape 对象，而无需直接与 Circle 或 Square 类打交道。如果需要添加新的图形类型（如三角形），只需增加一个新的 Triangle 类实现 Shape 接口，并在工厂类中添加相应的创建逻辑，客户端代码无需更改。

四. 存在的问题

虽然工厂方法模式提供了诸多优点，但在实际应用中也存在一些问题和挑战：

1. 类爆炸：
随着产品种类的增加，需要为每种产品创建对应的 ConcreteProduct 类，同时也会对应增加 ConcreteFactory 类的数量。如果产品种类繁多，可能会导致类数量急剧增长，增加系统的复杂性和管理难度。

2. 代码冗余：
在 ConcreteFactory 类中，可能需要编写大量的条件判断语句来决定创建哪种具体产品，特别是在产品类型较多时，这部分代码容易变得冗长且难以维护。

3. 扩展困难：
如果新添加的产品类型与已有的产品类型差异较大，可能需要修改现有的工厂类，违反了开闭原则（Open/Closed Principle），即对扩展开放，对修改关闭。

4. 遗弃了简单性：
对于简单的对象创建场景，使用工厂方法模式可能会过度设计，增加了系统的复杂性。如果对象的创建逻辑并不复杂，直接使用 new 运算符创建对象可能更为直观和简洁。

解决这些问题通常需要结合实际情况进行权衡，比如使用抽象工厂模式来应对多个相关产品族的创建，或者使用依赖注入框架来简化对象的创建和管理。在设计阶段应充分考虑未来可能的变化和扩展需求，合理选择设计模式或架构方案。