工厂模式是一种非常常用的创建型设计模式，其提供了创建对象的最佳方式。在创建对象时，不会对客户端暴露对象的创建逻辑，而是通过使用共同的接口来创建对象。

1、工厂模式的理解

1.1、工厂模式的分类

工厂模式可以分为3类：

  • 简单工厂模式
  • 工厂方法模式
  • 抽象工厂模式

1.2、工厂模式的特点

1.2.1、简单工厂模式

概述

简单工厂模式又叫做静态工厂模式，就是建立一个工厂类，对实现了同一接口的一些类进行实例的创建。比如说你有一台咖啡机，可以把它理解为一个工厂，你只需要放入咖啡材料，按下想喝的咖啡种类按钮，它就会给你生产出一杯相应的咖啡，我们不需要知道它内部是怎么实现的，只需要知道最终的结果。

何时使用简单工厂模式？

需要创建的对象少

客户端不需要关注对象的创建过程

1.2.2、工厂方法模式

概述

工厂方法模式是在简单工厂模式上进一步的加深，简单工厂模式是通过一个工厂类进行对象的创建。而工厂方法模式是每个对象都对应有一个工厂类来进行创建。工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象，即通过不同的工厂子类来创建不同的产品对象。

何时使用工厂方法模式？

一个类不需要知道所需对象的类，只需要知道具体类对应的工厂类。

一个类通过其子类来决定创建哪个对象，工厂类只需提供一个创建对象的接口。

将创建对象的任务委托给具体工厂，也可以动态指定由哪个工厂的子类创建。

1.2.3、抽象工厂模式

概述

抽象工厂模式是在简单工厂的基础上将未来可能修改的代码抽象出来，通过继承的方式让子类去做决定。拿我之前说的咖啡工厂为例，比如说哪一天我的口味变了，不想喝咖啡想喝奶茶了，这个时候直接修改简单工厂里面的代码肯定是不符合开闭原则的，且每次新增品类都要修改原来的代码。而抽象工厂只需要在抽象工厂里声明方法，具体的实现交给子工厂类去实现，这个时候再有新增品类的需求也只需要新创建代码就可以了。

何时使用抽象工厂模式？

需要一组对象完成某种功能或多组对象完成不同的功能。

系统稳定，不会额外增加对象

1.3、工厂模式的优点

  • 解耦：将对象的创建和使用进行分离
  • 可复用：对于创建过程比较复杂且在很多地方都使用到的对象，通过工厂模式可以提高对象创建的代码的复用性。
  • 降低成本：由于复杂对象通过工厂进行统一管理，所以只需要修改工厂内部的对象创建过程即可维护对象，从而达到降低成本的目的。

2、工厂模式的示例

2.1、概述

需求：设计一个咖啡店点餐系统。

设计一个咖啡类（Coffee），并定义其两个子类（美式咖啡【AmericanCoffee】和拿铁咖啡【LatteCoffee】）；再设计一个咖啡店类（CoffeeStore），咖啡店具有点咖啡的功能。

具体类的设计如下：

代码如下：

/**
 * 美式咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:34
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}


/**
 * 拿铁咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:35
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}


/**
 * 咖啡类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:27
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    //加糖
    public void addsugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    //加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}


/**
 * 咖啡店
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 05:34
 */
public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        //声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象
        Coffee coffee = null;
        if ("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addsugar();
        return coffee;
    }
}


/**
 * 客户端
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 05:34
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建咖啡店类
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        //2.点咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee("american");
        System.out.println(coffee.getName());
        //加奶
        //加糖
        //美式咖啡
    }
}

2.2、简单工厂模式

简单工厂不是一种设计模式，反而比较像是一种编程习惯。

2.2.1、结构

简单工厂包含如下角色：

  • 抽象产品 ：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 ：实现或者继承抽象产品的子类
  • 具体工厂 ：提供了创建产品的方法，调用者通过该方法来获取产品。

2.2.2、实现

现在使用简单工厂对上面案例进行改进，类图如下：

工厂代码如下：

/**
 * 咖啡类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:27
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    //加糖
    public void addsugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    //加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}


/**
 * 美式咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:34
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}


/**
 * 拿铁咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:35
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}


/**
 * 咖啡店
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:35
 */
public class CoffeeStore {
    public Coffee orderCoffee(String type) {
        SimpleCoffeeFactory factory = new SimpleCoffeeFactory();
        //调用生产咖啡的方法
        Coffee coffee = factory.createCoffee(type);

        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addsugar();
        return coffee;
    }
}


/**
 * 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 09:06
 */
public class SimpleCoffeeFactory {
        public Coffee createCoffee(String type) {
            //声明Coffee类型的变量，根据不同类型创建不同的coffee子类对象
            Coffee coffee = null;
            if ("american".equals(type)) {
                coffee = new AmericanCoffee();
            } else if ("latte".equals(type)) {
                coffee = new LatteCoffee();
            } else {
                throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
            }
            return coffee;
        }
}


/**
 * 客户端
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 09:05
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建咖啡店对象
        CoffeeStore store = new CoffeeStore();
        //点咖啡
        Coffee coffee = store.orderCoffee("american");
        System.out.println(coffee.getName());
        //加奶
        //加糖
        //美式咖啡
    }
}

        工厂（factory）处理创建对象的细节，一旦有了SimpleCoffeeFactory，CoffeeStore类中的orderCoffee()就变成此对象的客户，后期如果需要Coffee对象直接从工厂中获取即可。这样也就解除了和Coffee实现类的耦合，同时又产生了新的耦合，CoffeeStore对象和SimpleCoffeeFactory工厂对象的耦合，工厂对象和商品对象的耦合。

        后期如果再加新品种的咖啡，我们势必要需求修改SimpleCoffeeFactory的代码，违反了开闭原则。工厂类的客户端可能有很多，比如创建美团外卖等，这样只需要修改工厂类的代码，省去其他的修改操作。

2.2.3、优缺点

优点：

  • 封装了创建对象的过程，可以通过参数直接获取对象。把对象的创建和业务逻辑层分开，这样以后就避免了修改客户代码，如果要实现新产品直接修改工厂类，而不需要在原代码中修改，这样就降低了客户代码修改的可能性，更加容易扩展。

缺点：

  • 增加新产品时还是需要修改工厂类的代码，违背了“开闭原则”。

2.2.4、扩展

静态工厂：

将工厂类中的创建对象的功能定义为静态的，这个就是静态工厂模式，它也不是23种设计模式中的。代码如下：

/**
 * 简单咖啡工厂类，用来生产咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 09:06
 */
public class SimpleCoffeeFactory {

    public static Coffee createCoffee(String type) {
        Coffee coffee = null;
        if ("american".equals(type)) {
            coffee = new AmericanCoffee();
        } else if ("latte".equals(type)) {
            coffee = new LatteCoffee();
        } else {
            throw new RuntimeException("对不起，您所点的咖啡没有");
        }
        return coffee;
    }
}

2.3、工厂方法模式

针对上例中的缺点，使用工厂方法模式就可以完美的解决，完全遵循开闭原则。

工厂方法需要定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个产品类对象。工厂方法使一个产品类的实例化延迟到其工厂的子类。

2.3.1、结构

工厂方法模式的主要角色：

  • 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。

2.3.2、实现

使用工厂方法模式对上例进行改进，类图如下：

代码如下：

抽象工厂：

/**
 * CoffeeFactory:咖啡工厂
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 10:13
 */
public interface CoffeeFactory {

    //创建咖啡对象的方法
    Coffee createCoffee();
}

具体工厂：

/**
 * 美式咖啡工厂对象，专门用来生产美式咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 10:31
 */
public class AmericanCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }
}


/**
 * 卡布奇诺咖啡工厂对象，专门用来生产卡布奇诺咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 10:31
 */
public class CappuccinoCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new CappuccinoCoffee();
    }
}

咖啡店类：

/**
 * 咖啡店类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:27
 */
public class CoffeeStore {
    private CoffeeFactory factory;

    public void setFactory(CoffeeFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }

    /**
     * 点咖啡功能
     *
     * @return {@link Coffee }
     * @author liuyanqiang
     * @createTime 2021/01/04 10:34
     **/
    public Coffee orderCoffee() {
        //调用工厂对象的创建咖啡的方法
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        //加配料
        coffee.addMilk();
        coffee.addsugar();
        return coffee;
    }
}

其他具体实现类：

/**
 * 美式咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:34
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}


/**
 * 卡布奇诺咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:34
 */
public class CappuccinoCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "卡布奇诺咖啡";
    }
}


/**
 * 咖啡类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:27
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    //加糖
    public void addsugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    //加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}


/**
 * 拿铁咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:35
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}


/**
 * 拿铁咖啡工厂，专门用来生产拿铁咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 10:32
 */
public class LatterCoffeeFactory implements CoffeeFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }
}


/**
 * 客户端
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 10:35
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建咖啡店对象
        CoffeeStore coffeeStore = new CoffeeStore();
        // 创建对象
//        LatterCoffeeFactory factory = new LatterCoffeeFactory();
//        CoffeeFactory factory = new AmericanCoffeeFactory();
        CappuccinoCoffeeFactory factory = new CappuccinoCoffeeFactory();
        coffeeStore.setFactory(factory);

        // 点咖啡
        Coffee coffee = coffeeStore.orderCoffee();
        System.out.println(coffee.getName());
        // 加奶
        //加糖
        //卡布奇诺咖啡
    }
}

        从以上的编写的代码可以看到，要增加产品类时也要相应地增加工厂类，不需要修改工厂类的代码了，这样就解决了简单工厂模式的缺点。

        工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象。由于使用了多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。

2.3.3、优缺点

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；
  • 在系统增加新的产品时只需要添加具体产品类和对应的具体工厂类，无须对原工厂进行任何修改，满足开闭原则；

缺点：

  • 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。

2.4、抽象工厂模式

前面介绍的工厂方法模式中考虑的是一类产品的生产，如畜牧场只养动物、电视机厂只生产电视机等。

这些工厂只生产同种类产品，同种类产品称为同等级产品，也就是说：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，如电器厂既生产电视机又生产洗衣机或空调，大学既有软件专业又有生物专业等。

而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，下图所示横轴是产品等级，也就是同一类产品；纵轴是产品族，也就是同一品牌的产品，同一品牌的产品产自同一个工厂。

抽象工厂模式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。

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。

2.4.1、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，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。

2.4.2、实现

现咖啡店业务发生改变，不仅要生产咖啡还要生产甜点，如提拉米苏、抹茶慕斯等，要是按照工厂方法模式，需要定义提拉米苏类、抹茶慕斯类、提拉米苏工厂、抹茶慕斯工厂、甜点工厂类，很容易发生类爆炸情况。其中拿铁咖啡、美式咖啡是一个产品等级，都是咖啡；提拉米苏、抹茶慕斯也是一个产品等级；拿铁咖啡和提拉米苏是同一产品族（也就是都属于意大利风味），美式咖啡和抹茶慕斯是同一产品族（也就是都属于美式风味）。所以这个案例可以使用抽象工厂模式实现。类图如下：

代码如下：

抽象工厂：

/**
 * 甜点工厂
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 05:10
 */
public interface DessertFactory {
    // 生产开发的功能
    Coffee createCoffee();

    // 生产甜品的功能
    Dessert createDessert();
}

具体工厂：

/**
 * 美式风味的甜点工厂
 *      生产美式咖啡和抹茶慕斯
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 11:04
 */
public class AmericanDessertFactory implements DessertFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new AmericanCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new MatchaMousse();
    }
}


/**
 * 意大利风味甜品工厂
 *          生产拿铁咖啡和提拉米苏甜品
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 11:06
 */
public class ItalyDessertFactory implements DessertFactory {
    @Override
    public Coffee createCoffee() {
        return new LatteCoffee();
    }

    @Override
    public Dessert createDessert() {
        return new Trimisu();
    }
}

其他具体实现类：

/**
 * 美式咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:34
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}


/**
 * 咖啡类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:27
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    //加糖
    public void addsugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    //加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}


/**
 * 甜点抽象类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 10:59
 */
public abstract class Dessert {
    public abstract void show();
}


/**
 * 拿铁咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:35
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}


/**
 * 抹茶慕斯类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 11:02
 */
public class MatchaMousse extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("抹茶慕斯");
    }
}


/**
 * 提拉米苏类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 11:01
 */
public class Trimisu extends Dessert {
    @Override
    public void show() {
        System.out.println("提拉米苏");
    }
}


/**
 * 客户端
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 05:10
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        //创建的是意大利风味甜品工厂对象
        //ItalyDessertFactory factory = new ItalyDessertFactory();
        AmericanDessertFactory factory = new AmericanDessertFactory();
        //获取拿铁咖啡和提拉米苏甜品
        Coffee coffee = factory.createCoffee();
        Dessert dessert = factory.createDessert();

        System.out.println(coffee.getName());
        dessert.show();
        //美式咖啡
        //抹茶慕斯
    }
}

如果要加同一个产品族的话，只需要再加一个对应的工厂类即可，不需要修改其他的类。

2.4.3、优缺点

优点：

  • 当一个产品族中的多个对象被设计成一起工作时，它能保证客户端始终只使用同一个产品族中的对象。

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。

2.4.4、使用场景

  • 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。

如：输入法换皮肤，一整套一起换。生成不同操作系统的程序。

2.5、模式扩展

2.5.1、简单工厂+配置文件解除耦合

可以通过工厂模式+配置文件的方式解除工厂对象和产品对象的耦合。在工厂类中加载配置文件中的全类名，并创建对象进行存储，客户端如果需要对象，直接进行获取即可。

第一步：定义配置文件：bean.properties

american=com.lyq.pattern.factory.config_factory.AmericanCoffee
latte=com.lyq.pattern.factory.config_factory.LatteCoffee

第二步：改进工厂类：

/**
 * 咖啡工厂
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 05:29
 */
public class CoffeeFactory {
    //加载配置文件，获取配置文件中配置的全类名，并创建该类的对象进行存储
    //1.定义容器对象存储咖啡对象
    private static HashMap<String, Coffee> map = new HashMap<String, Coffee>();

    //2.加载配置文件，只需要加载一次
    static {
        //2.1 创建Properties对象
        Properties p = new Properties();
        //2.2 调用p对象中的load方法进行配置文件的加载
        InputStream is = CoffeeFactory.class.getClassLoader().getResourceAsStream("bean.properties");
        try {
            p.load(is);
            //从p集合中获取全类名并创建对象
            Set<Object> keys = p.keySet();
            for (Object key : keys) {
                String className = p.getProperty((String) key);
                //通过反射技术创建对象
                Class clazz = Class.forName(className);
                Coffee coffee = (Coffee) clazz.newInstance();
                //将名称和对象存储到容器中
                map.put((String) key, coffee);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //3.根据名称获取对象
    public static Coffee createCoffee(String name) {
        return map.get(name);
    }
}

其他具体实现类：

/**
 * 美式咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:34
 */
public class AmericanCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "美式咖啡";
    }
}


/**
 * 拿铁咖啡
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:35
 */
public class LatteCoffee extends Coffee {
    @Override
    public String getName() {
        return "拿铁咖啡";
    }
}


/**
 * 咖啡类
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 08:27
 */
public abstract class Coffee {

    public abstract String getName();

    //加糖
    public void addsugar() {
        System.out.println("加糖");
    }

    //加奶
    public void addMilk() {
        System.out.println("加奶");
    }
}


/**
 * 客户端
 *
 * @author liuyanqiang
 * @date 2021/01/04 05:32
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Coffee coffee = CoffeeFactory.createCoffee("american");
        System.out.println(coffee.getName());

        System.out.println("=============");
        Coffee latte = CoffeeFactory.createCoffee("latte");
        System.out.println(latte.getName());
        
        //美式咖啡
        //=============
        //拿铁咖啡
    }
}

静态成员变量用来存储创建的对象（键存储的是名称，值存储的是对应的对象），而读取配置文件以及创建对象写在静态代码块中，目的就是只需要执行一次。

# 设计模式 # 简单工厂模式 # 抽象工厂模式 # 工厂方法模式
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