【學(xué)習(xí)難度：★★☆☆☆肌蜻，使用頻率：★★★☆☆】
直接出處：簡單工廠模式
梳理和學(xué)習(xí)：https://github.com/BruceOuyang/boy-design-pattern
簡書日期： 2018/03/05
簡書首頁：http://www.reibang.com/p/0fb891a7c5ed

工廠三兄弟之簡單工廠模式（一）

工廠模式是最常用的一類創(chuàng)建型設(shè)計(jì)模式浩嫌，通常我們所說的工廠模式是指工廠方法模式，它也是使用頻率最高的工廠模式。本章將要學(xué)習(xí)的簡單工廠模式是工廠方法模式的“小弟”阀蒂，它不屬于GoF 23種設(shè)計(jì)模式躲查，但在軟件開發(fā)中應(yīng)用也較為頻繁，通常將它作為學(xué)習(xí)其他工廠模式的入門荠察。此外置蜀，工廠方法模式還有一位“大哥”——抽象工廠模式。這三種工廠模式各具特色割粮，難度也逐個(gè)加大盾碗，在軟件開發(fā)中它們都得到了廣泛的應(yīng)用，成為面向?qū)ο筌浖谐Ｓ玫膭?chuàng)建對(duì)象的工具舀瓢。

1 圖表庫的設(shè)計(jì)

Sunny軟件公司欲基于Java語言開發(fā)一套圖表庫廷雅，該圖表庫可以為應(yīng)用系統(tǒng)提供各種不同外觀的圖表，例如柱狀圖京髓、餅狀圖航缀、折線圖等。Sunny軟件公司圖表庫設(shè)計(jì)人員希望為應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員提供一套靈活易用的圖表庫堰怨，而且可以較為方便地對(duì)圖表庫進(jìn)行擴(kuò)展芥玉，以便能夠在將來增加一些新類型的圖表。

Sunny軟件公司圖表庫設(shè)計(jì)人員提出了一個(gè)初始設(shè)計(jì)方案备图，將所有圖表的實(shí)現(xiàn)代碼封裝在一個(gè)Chart類中灿巧，其框架代碼如下所示：

class Chart {  
    private String type; //圖表類型  

    public Chart(Object[][] data, String type) {  
        this.type = type;  
        if (type.equalsIgnoreCase("histogram")) {  
            //初始化柱狀圖  
        }  
        else if (type.equalsIgnoreCase("pie")) {  
            //初始化餅狀圖  
        }  
        else if (type.equalsIgnoreCase("line")) {  
            //初始化折線圖  
        }  
    }  

    public void display() {  
        if (this.type.equalsIgnoreCase("histogram")) {  
            //顯示柱狀圖  
        }  
        else if (this.type.equalsIgnoreCase("pie")) {  
            //顯示餅狀圖  
        }  
        else if (this.type.equalsIgnoreCase("line")) {  
            //顯示折線圖  
        }     
    }  
}

客戶端代碼通過調(diào)用Chart類的構(gòu)造函數(shù)來創(chuàng)建圖表對(duì)象赶袄，根據(jù)參數(shù)type的不同可以得到不同類型的圖表，然后再調(diào)用display()方法來顯示相應(yīng)的圖表抠藕。

不難看出饿肺，Chart類是一個(gè)“巨大的”類，在該類的設(shè)計(jì)中存在如下幾個(gè)問題：
(1) 在Chart類中包含很多“if…else…”代碼塊盾似，整個(gè)類的代碼相當(dāng)冗長敬辣，代碼越長，閱讀難度零院、維護(hù)難度和測試難度也越大溉跃；而且大量條件語句的存在還將影響系統(tǒng)的性能，程序在執(zhí)行過程中需要做大量的條件判斷告抄。

(2) Chart類的職責(zé)過重撰茎，它負(fù)責(zé)初始化和顯示所有的圖表對(duì)象，將各種圖表對(duì)象的初始化代碼和顯示代碼集中在一個(gè)類中實(shí)現(xiàn)玄妈，違反了“單一職責(zé)原則”乾吻，不利于類的重用和維護(hù)；而且將大量的對(duì)象初始化代碼都寫在構(gòu)造函數(shù)中將導(dǎo)致構(gòu)造函數(shù)非常龐大拟蜻，對(duì)象在創(chuàng)建時(shí)需要進(jìn)行條件判斷绎签，降低了對(duì)象創(chuàng)建的效率。

(3) 當(dāng)需要增加新類型的圖表時(shí)酝锅，必須修改Chart類的源代碼诡必，違反了“開閉原則”。

(4) 客戶端只能通過new關(guān)鍵字來直接創(chuàng)建Chart對(duì)象搔扁，Chart類與客戶端類耦合度較高爸舒，對(duì)象的創(chuàng)建和使用無法分離。

(5) 客戶端在創(chuàng)建Chart對(duì)象之前可能還需要進(jìn)行大量初始化設(shè)置稿蹲，例如設(shè)置柱狀圖的顏色扭勉、高度等，如果在Chart類的構(gòu)造函數(shù)中沒有提供一個(gè)默認(rèn)設(shè)置苛聘，那就只能由客戶端來完成初始設(shè)置涂炎，這些代碼在每次創(chuàng)建Chart對(duì)象時(shí)都會(huì)出現(xiàn)，導(dǎo)致代碼的重復(fù)设哗。

面對(duì)一個(gè)如此巨大唱捣、職責(zé)如此重，且與客戶端代碼耦合度非常高的類网梢，我們應(yīng)該怎么辦震缭？本章將要介紹的簡單工廠模式將在一定程度上解決上述問題。

為什么要引入工廠類战虏，大家可參見：創(chuàng)建對(duì)象與使用對(duì)象——談?wù)劰S的作用拣宰。

工廠三兄弟之簡單工廠模式（二）

2 簡單工廠模式概述

簡單工廠模式并不屬于GoF 23個(gè)經(jīng)典設(shè)計(jì)模式党涕，但通常將它作為學(xué)習(xí)其他工廠模式的基礎(chǔ)，它的設(shè)計(jì)思想很簡單巡社，其基本流程如下：

首先將需要?jiǎng)?chuàng)建的各種不同對(duì)象（例如各種不同的Chart對(duì)象）的相關(guān)代碼封裝到不同的類中遣鼓，這些類稱為具體產(chǎn)品類，而將它們公共的代碼進(jìn)行抽象和提取后封裝在一個(gè)抽象產(chǎn)品類中重贺，每一個(gè)具體產(chǎn)品類都是抽象產(chǎn)品類的子類；然后提供一個(gè)工廠類用于創(chuàng)建各種產(chǎn)品回懦，在工廠類中提供一個(gè)創(chuàng)建產(chǎn)品的工廠方法气笙，該方法可以根據(jù)所傳入的參數(shù)不同創(chuàng)建不同的具體產(chǎn)品對(duì)象；客戶端只需調(diào)用工廠類的工廠方法并傳入相應(yīng)的參數(shù)即可得到一個(gè)產(chǎn)品對(duì)象怯晕。

簡單工廠模式定義如下：

簡單工廠模式(Simple Factory Pattern)：定義一個(gè)工廠類潜圃，它可以根據(jù)參數(shù)的不同返回不同類的實(shí)例，被創(chuàng)建的實(shí)例通常都具有共同的父類舟茶。因?yàn)樵诤唵喂S模式中用于創(chuàng)建實(shí)例的方法是靜態(tài)(static)方法谭期，因此簡單工廠模式又被稱為靜態(tài)工廠方法(Static Factory Method)模式，它屬于類創(chuàng)建型模式吧凉。

簡單工廠模式的要點(diǎn)在于：當(dāng)你需要什么隧出，只需要傳入一個(gè)正確的參數(shù)，就可以獲取你所需要的對(duì)象阀捅，而無須知道其創(chuàng)建細(xì)節(jié)胀瞪。簡單工廠模式結(jié)構(gòu)比較簡單，其核心是工廠類的設(shè)計(jì)饲鄙，其結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 簡單工廠模式結(jié)構(gòu)

在簡單工廠模式結(jié)構(gòu)圖中包含如下幾個(gè)角色：

• Factory（工廠角色）：工廠角色即工廠類凄诞，它是簡單工廠模式的核心，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建所有產(chǎn)品實(shí)例的內(nèi)部邏輯忍级；工廠類可以被外界直接調(diào)用帆谍，創(chuàng)建所需的產(chǎn)品對(duì)象；在工廠類中提供了靜態(tài)的工廠方法factoryMethod()轴咱，它的返回類型為抽象產(chǎn)品類型Product汛蝙。

• Product（抽象產(chǎn)品角色）：它是工廠類所創(chuàng)建的所有對(duì)象的父類，封裝了各種產(chǎn)品對(duì)象的公有方法嗦玖，它的引入將提高系統(tǒng)的靈活性患雇，使得在工廠類中只需定義一個(gè)通用的工廠方法，因?yàn)樗袆?chuàng)建的具體產(chǎn)品對(duì)象都是其子類對(duì)象宇挫。

• ConcreteProduct（具體產(chǎn)品角色）：它是簡單工廠模式的創(chuàng)建目標(biāo)苛吱，所有被創(chuàng)建的對(duì)象都充當(dāng)這個(gè)角色的某個(gè)具體類的實(shí)例。每一個(gè)具體產(chǎn)品角色都繼承了抽象產(chǎn)品角色器瘪，需要實(shí)現(xiàn)在抽象產(chǎn)品中聲明的抽象方法翠储。

在簡單工廠模式中绘雁，客戶端通過工廠類來創(chuàng)建一個(gè)產(chǎn)品類的實(shí)例，而無須直接使用new關(guān)鍵字來創(chuàng)建對(duì)象援所，它是工廠模式家族中最簡單的一員庐舟。

在使用簡單工廠模式時(shí)，首先需要對(duì)產(chǎn)品類進(jìn)行重構(gòu)住拭，不能設(shè)計(jì)一個(gè)包羅萬象的產(chǎn)品類挪略，而需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品層次結(jié)構(gòu)，將所有產(chǎn)品類公共的代碼移至抽象產(chǎn)品類滔岳，并在抽象產(chǎn)品類中聲明一些抽象方法杠娱，以供不同的具體產(chǎn)品類來實(shí)現(xiàn)，典型的抽象產(chǎn)品類代碼如下所示：

abstract class Product {  
    //所有產(chǎn)品類的公共業(yè)務(wù)方法  
    public void methodSame() {  
        //公共方法的實(shí)現(xiàn)  
    }  

    //聲明抽象業(yè)務(wù)方法  
    public abstract void methodDiff();  
}

在具體產(chǎn)品類中實(shí)現(xiàn)了抽象產(chǎn)品類中聲明的抽象業(yè)務(wù)方法谱煤，不同的具體產(chǎn)品類可以提供不同的實(shí)現(xiàn)摊求，典型的具體產(chǎn)品類代碼如下所示：

class ConcreteProduct extends Product {  
    //實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)方法  
    public void methodDiff() {  
        //業(yè)務(wù)方法的實(shí)現(xiàn)  
    }  
}

簡單工廠模式的核心是工廠類，在沒有工廠類之前刘离，客戶端一般會(huì)使用new關(guān)鍵字來直接創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象室叉，而在引入工廠類之后，客戶端可以通過工廠類來創(chuàng)建產(chǎn)品硫惕，在簡單工廠模式中茧痕，工廠類提供了一個(gè)靜態(tài)工廠方法供客戶端使用，根據(jù)所傳入的參數(shù)不同可以創(chuàng)建不同的產(chǎn)品對(duì)象恼除，典型的工廠類代碼如下所示：

class Factory {  
    //靜態(tài)工廠方法  
    public static Product getProduct(String arg) {  
        Product abstractProduct = null;  
        if (arg.equalsIgnoreCase("A")) {  
            abstractProduct = new ConcreteProductA();  
            //初始化設(shè)置product  
        }  
        else if (arg.equalsIgnoreCase("B")) {  
            abstractProduct = new ConcreteProductB();  
            //初始化設(shè)置product  
        }  
        return abstractProduct;  
    }  
}

在客戶端代碼中凿渊，我們通過調(diào)用工廠類的工廠方法即可得到產(chǎn)品對(duì)象，典型代碼如下所示：

class Client {  
    public static void main(String args[]) {  
        Product abstractProduct;   
        abstractProduct = Factory.getProduct("A"); //通過工廠類創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象  
        abstractProduct.methodSame();  
        abstractProduct.methodDiff();  
    }  
}

工廠三兄弟之簡單工廠模式（三）

3 完整解決方案

為了將Chart類的職責(zé)分離缚柳，同時(shí)將Chart對(duì)象的創(chuàng)建和使用分離埃脏，Sunny軟件公司開發(fā)人員決定使用簡單工廠模式對(duì)圖表庫進(jìn)行重構(gòu)，重構(gòu)后的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 圖表庫結(jié)構(gòu)圖

在圖2中秋忙，Chart接口充當(dāng)抽象產(chǎn)品類彩掐，其子類HistogramChart、PieChart和LineChart充當(dāng)具體產(chǎn)品類灰追，ChartFactory充當(dāng)工廠類堵幽。完整代碼如下所示：

//抽象圖表接口：抽象產(chǎn)品類  
interface Chart {  
    public void display();  
}  

//柱狀圖類：具體產(chǎn)品類  
class HistogramChart implements Chart {  
    public HistogramChart() {  
        System.out.println("創(chuàng)建柱狀圖！");  
    }  

    public void display() {  
        System.out.println("顯示柱狀圖弹澎！");  
    }  
}  

//餅狀圖類：具體產(chǎn)品類  
class PieChart implements Chart {  
    public PieChart() {  
        System.out.println("創(chuàng)建餅狀圖朴下！");  
    }  

    public void display() {  
        System.out.println("顯示餅狀圖！");  
    }  
}  

//折線圖類：具體產(chǎn)品類  
class LineChart implements Chart {  
    public LineChart() {  
        System.out.println("創(chuàng)建折線圖苦蒿！");  
    }  

    public void display() {  
        System.out.println("顯示折線圖殴胧！");  
    }  
}  

//圖表工廠類：工廠類  
class ChartFactory {  
    //靜態(tài)工廠方法  
    public static Chart getChart(String type) {  
        Chart chart = null;  
        if (type.equalsIgnoreCase("histogram")) {  
            chart = new HistogramChart();  
            System.out.println("初始化設(shè)置柱狀圖！");  
        }  
        else if (type.equalsIgnoreCase("pie")) {  
            chart = new PieChart();  
            System.out.println("初始化設(shè)置餅狀圖！");  
        }  
        else if (type.equalsIgnoreCase("line")) {  
            chart = new LineChart();  
            System.out.println("初始化設(shè)置折線圖团滥！");              
        }  
        return chart;  
    }  
}

編寫如下客戶端測試代碼：

class Client {  
    public static void main(String args[]) {  
        Chart chart;  
        //通過靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建產(chǎn)品  
        chart = ChartFactory.getChart("histogram"); 
        chart.display();  
    }  
}

編譯并運(yùn)行程序竿屹，輸出結(jié)果如下：

創(chuàng)建柱狀圖！
初始化設(shè)置柱狀圖灸姊！
顯示柱狀圖拱燃！

在客戶端測試類中，我們使用工廠類的靜態(tài)工廠方法創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象力惯，如果需要更換產(chǎn)品碗誉，只需修改靜態(tài)工廠方法中的參數(shù)即可，例如將柱狀圖改為餅狀圖父晶，只需將代碼：

chart = ChartFactory.getChart("histogram");

改為

chart = ChartFactory.getChart("pie");

編譯并運(yùn)行程序诗充，輸出結(jié)果如下：

創(chuàng)建餅狀圖！
初始化設(shè)置餅狀圖诱建！
顯示餅狀圖！

工廠三兄弟之簡單工廠模式（四）

4 方案的改進(jìn)

Sunny軟件公司開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)在創(chuàng)建具體Chart對(duì)象時(shí)碟绑，每更換一個(gè)Chart對(duì)象都需要修改客戶端代碼中靜態(tài)工廠方法的參數(shù)俺猿，客戶端代碼將要重新編譯，這對(duì)于客戶端而言格仲，違反了“開閉原則”押袍，有沒有一種方法能夠在不修改客戶端代碼的前提下更換具體產(chǎn)品對(duì)象呢？答案是肯定的凯肋，下面將介紹一種常用的實(shí)現(xiàn)方式谊惭。

我們可以將靜態(tài)工廠方法的參數(shù)存儲(chǔ)在XML或properties格式的配置文件中，如下config.xml所示：

<?xml version="1.0"?>  
<config>  
    <chartType>histogram</chartType>  
</config>

再通過一個(gè)工具類XMLUtil來讀取配置文件中的字符串參數(shù)侮东，XMLUtil類的代碼如下所示：

import javax.xml.parsers.*;  
import org.w3c.dom.*;  
import org.xml.sax.SAXException;  
import java.io.*;  

public class XMLUtil {  
    //該方法用于從XML配置文件中提取圖表類型圈盔，并返回類型名  
    public static String getChartType() {  
        try {  
            //創(chuàng)建文檔對(duì)象  
            DocumentBuilderFactory dFactory = DocumentBuilderFactory.newInstance();  
            DocumentBuilder builder = dFactory.newDocumentBuilder();  
            Document doc;                             
            doc = builder.parse(new File("config.xml"));   

            //獲取包含圖表類型的文本節(jié)點(diǎn)  
            NodeList nl = doc.getElementsByTagName("chartType");  
            Node classNode = nl.item(0).getFirstChild();  
            String chartType = classNode.getNodeValue().trim();  
            return chartType;  
        }     
        catch(Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
            return null;  
        }  
    }  
}

在引入了配置文件和工具類XMLUtil之后，客戶端代碼修改如下：

class Client {  
    public static void main(String args[]) {  
        Chart chart; 
        
        //讀取配置文件中的參數(shù)  
        String type = XMLUtil.getChartType();
        
        //創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象
        chart = ChartFactory.getChart(type);   
        chart.display();  
    }  
}

不難發(fā)現(xiàn)悄雅，在上述客戶端代碼中不包含任何與具體圖表對(duì)象相關(guān)的信息驱敲，如果需要更換具體圖表對(duì)象，只需修改配置文件config.xml宽闲，無須修改任何源代碼众眨，符合“開閉原則”。

思考

在簡單工廠模式中增加新的具體產(chǎn)品時(shí)是否符合“開閉原則”容诬？如果不符合娩梨，原有系統(tǒng)需作出哪些修改？

5 簡單工廠模式的簡化

有時(shí)候览徒，為了簡化簡單工廠模式狈定，我們可以將抽象產(chǎn)品類和工廠類合并，將靜態(tài)工廠方法移至抽象產(chǎn)品類中习蓬，如圖3所示：

圖3 簡化的簡單工廠模式

在圖3中掸冤，客戶端可以通過產(chǎn)品父類的靜態(tài)工廠方法厘托，根據(jù)參數(shù)的不同創(chuàng)建不同類型的產(chǎn)品子類對(duì)象，這種做法在JDK等類庫和框架中也廣泛存在稿湿。

6 簡單工廠模式總結(jié)

簡單工廠模式提供了專門的工廠類用于創(chuàng)建對(duì)象铅匹，將對(duì)象的創(chuàng)建和對(duì)象的使用分離開，它作為一種最簡單的工廠模式在軟件開發(fā)中得到了較為廣泛的應(yīng)用饺藤。

1. 主要優(yōu)點(diǎn)

簡單工廠模式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1) 工廠類包含必要的判斷邏輯包斑，可以決定在什么時(shí)候創(chuàng)建哪一個(gè)產(chǎn)品類的實(shí)例，客戶端可以免除直接創(chuàng)建產(chǎn)品對(duì)象的職責(zé)涕俗，而僅僅“消費(fèi)”產(chǎn)品罗丰，簡單工廠模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)象創(chuàng)建和使用的分離。

(2) 客戶端無須知道所創(chuàng)建的具體產(chǎn)品類的類名再姑，只需要知道具體產(chǎn)品類所對(duì)應(yīng)的參數(shù)即可萌抵，對(duì)于一些復(fù)雜的類名，通過簡單工廠模式可以在一定程度減少使用者的記憶量元镀。

(3) 通過引入配置文件绍填，可以在不修改任何客戶端代碼的情況下更換和增加新的具體產(chǎn)品類，在一定程度上提高了系統(tǒng)的靈活性栖疑。

2. 主要缺點(diǎn)

簡單工廠模式的主要缺點(diǎn)如下：

(1) 由于工廠類集中了所有產(chǎn)品的創(chuàng)建邏輯讨永，職責(zé)過重，一旦不能正常工作遇革，整個(gè)系統(tǒng)都要受到影響卿闹。

(2) 使用簡單工廠模式勢必會(huì)增加系統(tǒng)中類的個(gè)數(shù)（引入了新的工廠類），增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和理解難度萝快。

(3) 系統(tǒng)擴(kuò)展困難锻霎，一旦添加新產(chǎn)品就不得不修改工廠邏輯，在產(chǎn)品類型較多時(shí)揪漩，有可能造成工廠邏輯過于復(fù)雜量窘，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。

(4) 簡單工廠模式由于使用了靜態(tài)工廠方法氢拥，造成工廠角色無法形成基于繼承的等級(jí)結(jié)構(gòu)蚌铜。

3. 適用場景

在以下情況下可以考慮使用簡單工廠模式：

(1) 工廠類負(fù)責(zé)創(chuàng)建的對(duì)象比較少，由于創(chuàng)建的對(duì)象較少嫩海，不會(huì)造成工廠方法中的業(yè)務(wù)邏輯太過復(fù)雜冬殃。

(2) 客戶端只知道傳入工廠類的參數(shù)，對(duì)于如何創(chuàng)建對(duì)象并不關(guān)心叁怪。

練習(xí)

使用簡單工廠模式設(shè)計(jì)一個(gè)可以創(chuàng)建不同幾何形狀（如圓形审葬、方形和三角形等）的繪圖工具，每個(gè)幾何圖形都具有繪制draw()和擦除erase()兩個(gè)方法，要求在繪制不支持的幾何圖形時(shí)涣觉，提示一個(gè)UnSupportedShapeException痴荐。

練習(xí)會(huì)在我的github上做掉