工厂方法模式定义
工厂方法模式（Factory Method Pattern） 是一种创建型设计模式。
- 它定义了一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。
- 工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。
- 其核心思想是将对象的创建与使用解耦，客户端无需知道具体产品的创建细节。
基本概念
- 产品（Product）：定义了工厂方法所创建对象的接口，是创建对象的超类型。
- 具体产品（Concrete Product）：实现了产品接口的具体类，由工厂方法创建。
- 工厂（Creator）：声明了工厂方法，用于返回一个产品对象，工厂方法的返回类型是产品类型。
- 具体工厂（Concrete Creator）：实现了工厂方法，返回具体产品的实例。
工厂方法模式的种类
工厂方法模式根据实现方式和应用场景的不同，可以分为以下几种类型：
- 标准工厂方法模式（Standard Factory Method Pattern）：基本的工厂方法实现，通过继承和多态来创建对象。
- 多工厂方法模式（Multiple Factory Methods Pattern）：为创建不同的具体产品，提供多个工厂方法。
- 静态工厂方法模式（Static Factory Method Pattern）：将工厂方法设置为静态方法，直接通过类名调用，无需创建工厂对象。
使用场景及对应类型
场景一：日志记录器（文件日志和数据库日志）
适用类型：标准工厂方法模式
使用场景：
在一个大型系统中，可能需要支持多种日志记录方式，如文件日志、数据库日志等。通过标准工厂方法模式，可以灵活地切换日志记录方式，客户端无需知道具体的日志实现。
实现代码：
-
产品接口（Logger）：
public interface Logger { void writeLog(); } -
具体产品（FileLogger 和 DatabaseLogger）：
// 文件日志记录器 public class FileLogger implements Logger { @Override public void writeLog() { System.out.println("文件日志记录。"); } } // 数据库日志记录器 public class DatabaseLogger implements Logger { @Override public void writeLog() { System.out.println("数据库日志记录。"); } } -
工厂接口（LoggerFactory）：
public abstract class LoggerFactory { public abstract Logger createLogger(); } -
具体工厂（FileLoggerFactory 和 DatabaseLoggerFactory）：
// 文件日志工厂 public class FileLoggerFactory extends LoggerFactory { @Override public Logger createLogger() { // 初始化文件日志记录器 return new FileLogger(); } } // 数据库日志工厂 public class DatabaseLoggerFactory extends LoggerFactory { @Override public Logger createLogger() { // 初始化数据库日志记录器 return new DatabaseLogger(); } } -
客户端代码：
public class Client { public static void main(String[] args) { LoggerFactory factory; Logger logger; // 通过配置或参数决定使用哪种日志方式 factory = new FileLoggerFactory(); // 可替换为 DatabaseLoggerFactory logger = factory.createLogger(); logger.writeLog(); } }
优势：
- 客户端与具体产品解耦，符合开放-关闭原则。
- 易于扩展新的日志方式，只需新增具体产品和工厂，无需修改现有代码。
场景二：形状绘制（圆形、矩形、三角形）
适用类型：多工厂方法模式
使用场景：
在绘图程序中，需要绘制各种形状，如圆形、矩形、三角形等。为了避免使用大量的 if-else 或 switch 判断，可以为每种形状提供一个工厂方法，方便对象的创建和管理。
实现代码：
-
产品接口（Shape）：
public interface Shape { void draw(); } -
具体产品（Circle、Rectangle、Triangle）：
public class Circle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("绘制圆形。"); } } public class Rectangle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("绘制矩形。"); } } public class Triangle implements Shape { @Override public void draw() { System.out.println("绘制三角形。"); } } -
工厂类（ShapeFactory）：
public class ShapeFactory { // 创建圆形对象 public Shape createCircle() { return new Circle(); } // 创建矩形对象 public Shape createRectangle() { return new Rectangle(); } // 创建三角形对象 public Shape createTriangle() { return new Triangle(); } } -
客户端代码：
public class ShapeClient { public static void main(String[] args) { ShapeFactory factory = new ShapeFactory(); Shape circle = factory.createCircle(); circle.draw(); Shape rectangle = factory.createRectangle(); rectangle.draw(); Shape triangle = factory.createTriangle(); triangle.draw(); } }
优势：
- 为每个具体产品提供单独的工厂方法，避免了复杂的条件判断。
- 清晰明了，易于维护和扩展新的形状类型。
场景三：数据库连接（MySQL、Oracle、PostgreSQL）
适用类型：静态工厂方法模式
使用场景：
在应用程序中，需要支持多种数据库连接类型。通过静态工厂方法模式，可以根据传入的参数，直接创建相应的数据库连接对象，方便使用。
实现代码：
-
产品接口（Connection）：
public interface Connection { void connect(); } -
具体产品（MySQLConnection、OracleConnection、PostgreSQLConnection）：
public class MySQLConnection implements Connection { @Override public void connect() { System.out.println("连接到 MySQL 数据库。"); } } public class OracleConnection implements Connection { @Override public void connect() { System.out.println("连接到 Oracle 数据库。"); } } public class PostgreSQLConnection implements Connection { @Override public void connect() { System.out.println("连接到 PostgreSQL 数据库。"); } } -
工厂类（ConnectionFactory）：
public class ConnectionFactory { public static Connection createConnection(String type) { if (type.equalsIgnoreCase("mysql")) { return new MySQLConnection(); } else if (type.equalsIgnoreCase("oracle")) { return new OracleConnection(); } else if (type.equalsIgnoreCase("postgresql")) { return new PostgreSQLConnection(); } else { throw new IllegalArgumentException("未知的数据库类型"); } } } -
客户端代码：
public class DatabaseClient { public static void main(String[] args) { Connection connection = ConnectionFactory.createConnection("mysql"); connection.connect(); } }
优势：
- 客户端无需实例化工厂类，直接通过类名调用工厂方法。
- 简化了工厂的使用方式，代码更加简洁。
场景四：文档读取器（PDF、Word、Excel）
适用类型：标准工厂方法模式
使用场景：
在办公软件中，需要读取不同格式的文档。通过工厂方法模式，可以根据文件类型，创建相应的文档读取器，方便扩展新的文件格式支持。
实现代码：
-
产品接口（DocumentReader）：
public interface DocumentReader { void read(); } -
具体产品（PDFReader、WordReader、ExcelReader）：
public class PDFReader implements DocumentReader { @Override public void read() { System.out.println("读取 PDF 文档。"); } } public class WordReader implements DocumentReader { @Override public void read() { System.out.println("读取 Word 文档。"); } } public class ExcelReader implements DocumentReader { @Override public void read() { System.out.println("读取 Excel 文档。"); } } -
工厂接口（ReaderFactory）：
public abstract class ReaderFactory { public abstract DocumentReader createReader(); } -
具体工厂（PDFReaderFactory、WordReaderFactory、ExcelReaderFactory）：
public class PDFReaderFactory extends ReaderFactory { @Override public DocumentReader createReader() { return new PDFReader(); } } public class WordReaderFactory extends ReaderFactory { @Override public DocumentReader createReader() { return new WordReader(); } } public class ExcelReaderFactory extends ReaderFactory { @Override public DocumentReader createReader() { return new ExcelReader(); } } -
客户端代码：
public class DocumentClient { public static void main(String[] args) { ReaderFactory factory; DocumentReader reader; // 根据文件扩展名选择合适的读取器工厂 String fileType = "pdf"; // 假设从文件名解析得到 if (fileType.equalsIgnoreCase("pdf")) { factory = new PDFReaderFactory(); } else if (fileType.equalsIgnoreCase("word")) { factory = new WordReaderFactory(); } else if (fileType.equalsIgnoreCase("excel")) { factory = new ExcelReaderFactory(); } else { throw new IllegalArgumentException("未知的文件类型"); } reader = factory.createReader(); reader.read(); } }
优势：
- 客户端与具体的文档读取器解耦，方便扩展新的文档格式。
- 提高系统的灵活性和可维护性。
工厂方法模式的优势
- 解耦：将对象的创建与使用分离，客户端无需知道具体产品的创建细节。
- 扩展性高：新增产品时，只需增加相应的具体产品类和工厂类，无需修改现有代码，符合开放-关闭原则。
- 符合单一职责原则：每个工厂类负责创建对应的产品，职责单一。
-
隐藏对象创建细节：客户端通过工厂方法获得产品实例，避免了直接使用
new创建对象。
工厂方法模式的意义
- 提高代码的可维护性：通过工厂方法模式，代码结构清晰，职责分明，便于后期维护和扩展。
- 支持产品的动态切换：客户端可以在运行时动态指定工厂，实现不同的产品创建。
- 降低系统的耦合度：客户端与具体产品解耦，增强了系统的灵活性。
使用工厂方法模式的优势
- 灵活性：可以根据需求动态地创建产品实例，适应不同的业务场景。
- 可扩展性：新增产品类型时，无需修改客户端代码，符合软件设计的开放-关闭原则。
- 复用性：工厂方法封装了对象的创建过程，可以在多个地方重用。
工厂方法模式的主要应用
工厂方法模式作为创建型设计模式中的一种，主要用于以下几个方面：
解耦对象的创建和使用：在大型软件系统中，对象的创建可能涉及复杂的逻辑。工厂方法模式将对象的创建过程封装在工厂中，客户端无需关注创建的细节，只需通过工厂获取对象。
提高系统的可扩展性：当需要新增产品时，只需增加相应的具体产品类和工厂类，原有的系统代码无需修改，符合开放-关闭原则（Open-Closed Principle）。
简化代码维护：通过统一的工厂接口，管理对象的创建，减少了重复代码，提高了代码的可读性和可维护性。
支持产品的动态切换：在运行时可以根据配置或参数，动态地选择具体的产品，实现系统的灵活性。
典型应用场景
日志记录系统：根据不同的环境（开发、测试、生产），需要记录到不同的介质（控制台、文件、数据库）。工厂方法模式可以根据配置创建合适的日志记录器。
数据库访问层：支持多种数据库类型（MySQL、Oracle、PostgreSQL），通过工厂方法模式，动态地创建对应的数据库连接对象。
文件解析器：处理不同格式的文件（XML、JSON、YAML），使用工厂方法模式，可以根据文件类型创建相应的解析器。
消息队列客户端：支持不同的消息队列中间件（RabbitMQ、Kafka、ActiveMQ），工厂方法模式可以帮助应用程序灵活地切换消息队列实现。
感悟
工厂方法模式在软件设计中提供了一种优雅的对象创建方式，促进了代码的解耦和系统的可扩展性。这种模式背后的思想与我们在生活和工作中面对的许多问题有相通之处。
- 协作与分工：明晰职责，发挥各自的优势。
- 适应变化：保持灵活性，积极应对环境的变化。
- 持续发展：注重长期规划，追求可持续的成长。
- 标准化：建立统一的规范，提高整体效率。
- 鼓励创新：在稳健的基础上，不断探索新的可能。
通过将设计模式的理念融入到生活和工作的思考中，我们可以获得更深的洞察力，提升个人和团队的效能。
