设计模式：工厂方法模式详解架构师

上一篇介绍简单工厂模式的时候提到它对开闭原则支持的不够，因为如果有新的产品加入到系统中去，就需要修改工厂类，就违反了开闭原则了，这次介绍的工厂方法模式在保持简单工厂模式优点的前提下，还满足了开闭原则，关键在于它的多态性。

一、工厂方法模式概念

工厂方法模式是类的创建模式，又叫做虚拟构造子(Cirtual Constructor)模式或者多态工厂（Polymorphic Factory）模式。

工厂方法模式的用意是定义一个创建产品对象的工厂接口，将实际创建工作推迟到子类中。

首先，在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有产品的创建，而是将具体创建的工作交给子类去做。这个核心类则摇身一变，成为了一个抽象工厂角色，仅负责给出具体工厂子类必须实现的接口，而不接触哪一个产品类应当被实例化这种细节。

这种进一步抽象化的结果，使这种工厂方法模式可以用来予许系统在不修改具体工厂角色的情况下引进新的产品，也就遵循了开闭原则。

二、工厂方法模式的结构

工厂方法模式的结构图如下：

从上图可以看出，工厂方法模式涉及到抽象工厂角色，具体工厂角色，抽象产品角色以及具体产品角色等四个角色：

抽象工厂角色：担任这个角色的是工厂方法模式的核心，它是与应用程序无关的。任何在模式中创建对象的工厂类必须实现这个接口。
具体工厂角色：担任这个角色的是实现了抽象工厂接口的具体Java类，具体工厂角色含有与应用密切相关的逻辑，并且受到应用程序的调用以创建产品对象。
抽象产品角色：工厂方法模式所创建的对象的超类型，也就是产品对象的共同父类或共同拥有的接口。
具体产品角色：这个角色实现了抽象产品角色所申明的接口。工厂方法模式所创建的每一个对象都是某个具体产品角色的实例。

结合披萨系统，用白话文来说就是之前厨师（工厂类）负责所有的烤披萨任务，太累了。于是招了两个厨师分别负责烤 GreekPizza披萨和 CheesePizza披萨，之前的厨师升级为厨师长（抽象工厂类），负责教那两位厨师（具体工厂类）烤披萨，自己则不用亲自动手烤披萨了。

附上代码前先来看看完整的类图：

三、代码示例

下面是抽象产品的角色Pizza的源代码：

public abstract class Pizza { 
    public abstract void prepare(); 
    public abstract void bake(); 
    public abstract void cut(); 
    public abstract void box(); 
}

下面是具体产品角色CheesePizza的源代码：

public class CheesePizza extends Pizza{ 
    public void prepare(){ 
        System.out.println("准备CheesePizza~"); 
    } 
    public void bake(){ 
        System.out.println("正在烤CheesePizza~"); 
    } 
    public void cut(){ 
        System.out.println("正在切CheesePizza~"); 
    } 
    public void box(){ 
        System.out.println("正在打包CheesePizza~"); 
    } 
}

下面是具体产品角色GreekPizza的源代码：

public class GreekPizza  extends Pizza{ 
    public void prepare(){ 
        System.out.println("准备GreekPizza~"); 
    } 
    public void bake(){ 
        System.out.println("正在烤GreekPizza~"); 
    } 
    public void cut(){ 
        System.out.println("正在切GreekPizza~"); 
    } 
    public void box(){ 
        System.out.println("正在打包GreekPizza~"); 
    } 
}

下面是抽象工厂角色PizzaFactory的代码，这个角色是使用一个java接口实现，它声明了一个工厂方法，要求所有的具体工厂角色实现这个工厂方法：

public interface PizzaFactory { 
    /** 
     * 工厂方法 
     * @return 
     */ 
    public Pizza createPizza(); 
}

下面是具体工厂角色CheesePizzaFactory的代码，这个角色现实了抽象工厂角色PizzaFactory所声明的工厂方法：

public class CheesePizzaFactory implements PizzaFactory{ 
    @Override 
    public Pizza createPizza() { 
        return new CheesePizza(); 
    } 
}

下面是具体工厂角色GreekPizzaFactory的代码，这个角色现实了抽象工厂角色PizzaFactory所声明的工厂方法：

public class GreekPizzaFactory  implements PizzaFactory{ 
    @Override 
    public Pizza createPizza() { 
        return new GreekPizza(); 
    } 
}

下面是客户端角色的源代码：

public class OrderPizza { 
    public static void main(String[] args){ 
        PizzaFactory factory=new CheesePizzaFactory(); 
        Pizza pizza=factory.createPizza(); 
        pizza.prepare(); 
        pizza.bake(); 
        pizza.cut(); 
        pizza.box(); 
        factory=new GreekPizzaFactory(); 
        pizza=factory.createPizza(); 
        pizza.prepare(); 
        pizza.bake(); 
        pizza.cut(); 
        pizza.box(); 
    } 
}

结果演示：

准备CheesePizza~ 
正在烤CheesePizza~ 
正在切CheesePizza~ 
正在打包CheesePizza~ 
准备GreekPizza~ 
正在烤GreekPizza~ 
正在切GreekPizza~ 
正在打包GreekPizza~

这里使用工厂方法模式的注意点：

工厂方法创建对象：
工厂方法不一定每一次都返还一个新的对象，但是它所返还的对象一定是它自己创建的。

工厂方法返还的类型：
注意：工厂方法返还的应当是抽象类型，而不是具体类型，只有这样才能保证针对产品的多态性。当工厂方法模式发生上面的退化时，就不再是工厂方法模式了。

工厂等级结构：
工厂对象应当有一个抽象的超类型。换言之，应当有数个具体工厂类作为一个抽象超类型的具体子类存在于工厂等级结构中。如果等级结构中只有一个具体工程类的话，那么抽象工厂角色也可以省略，这时候，工厂方法模式就发生了退化，这一退化表现为针对工厂角色的多态性的丧失。

四、总结

工厂方法模式和简单工厂模式比较：

工厂方法模式跟简单工厂模式在结构上的不同是很明显的，工厂方法模式的核心是一个抽象工厂类，而简单工厂模式的核心在一个具体类。显而易见工厂方法模式这种结构更好扩展，权力下发，分布式比集中式更具优势。

如果系统需要加入一个新的产品，那么所需要的就是向系统中加入一个这个产品类以及它所对应的工厂类。没有必要修改客户端，也没有必要修改抽象工厂角色或者其他已有的具体工厂角色。对于增加新的产品类而言，这个系统完全支持开闭原则。

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