在軟件開發中，設計模式是解決常見問題的經典解決方案。工廠模式是創建型設計模式中的一種，主要用于對象的創建。工廠模式可以分為簡單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式。本文將詳細介紹這三種工廠模式的定義、實現方式以及各自的優缺點，并通過Java代碼示例進行說明。
設計模式是軟件開發人員在軟件開發過程中面臨的一般問題的解決方案。這些解決方案是眾多軟件開發人員經過相當長的一段時間的試驗和錯誤總結出來的。設計模式可以分為三大類：創建型模式、結構型模式和行為型模式。
工廠模式屬于創建型模式，主要用于對象的創建。工廠模式的核心思想是將對象的創建與使用分離，使得系統更加靈活、可擴展。
簡單工廠模式（Simple Factory Pattern）又稱為靜態工廠方法模式（Static Factory Method Pattern），它屬于類創建型模式。在簡單工廠模式中，可以根據參數的不同返回不同類的實例。簡單工廠模式專門定義一個類來負責創建其他類的實例，被創建的實例通常都具有共同的父類。
下面通過一個簡單的例子來說明簡單工廠模式的實現。
假設我們有一個圖形接口 Shape，以及兩個實現類 Circle 和 Rectangle。我們需要一個工廠類 ShapeFactory 來根據傳入的參數創建不同的圖形對象。
// 圖形接口
interface Shape {
void draw();
}
// 圓形類
class Circle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
// 矩形類
class Rectangle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
// 圖形工廠類
class ShapeFactory {
// 使用 getShape 方法獲取形狀類型的對象
public Shape getShape(String shapeType) {
if (shapeType == null) {
return null;
}
if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
return new Circle();
} else if (shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
return new Rectangle();
}
return null;
}
}
// 使用工廠類創建對象
public class SimpleFactoryPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
ShapeFactory shapeFactory = new ShapeFactory();
// 獲取 Circle 的對象，并調用它的 draw 方法
Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
shape1.draw();
// 獲取 Rectangle 的對象，并調用它的 draw 方法
Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
shape2.draw();
}
}
優點：
缺點：
工廠方法模式（Factory Method Pattern）又稱為虛擬構造器模式（Virtual Constructor Pattern）或多態工廠模式（Polymorphic Factory Pattern），它屬于類創建型模式。在工廠方法模式中，工廠父類負責定義創建產品對象的公共接口，而工廠子類則負責生成具體的產品對象。
下面通過一個例子來說明工廠方法模式的實現。
假設我們有一個日志記錄器接口 Logger，以及兩個實現類 FileLogger 和 ConsoleLogger。我們需要一個工廠接口 LoggerFactory 和兩個具體的工廠類 FileLoggerFactory 和 ConsoleLoggerFactory 來創建不同的日志記錄器對象。
// 日志記錄器接口
interface Logger {
void log(String message);
}
// 文件日志記錄器
class FileLogger implements Logger {
@Override
public void log(String message) {
System.out.println("File Logger: " + message);
}
}
// 控制臺日志記錄器
class ConsoleLogger implements Logger {
@Override
public void log(String message) {
System.out.println("Console Logger: " + message);
}
}
// 日志記錄器工廠接口
interface LoggerFactory {
Logger createLogger();
}
// 文件日志記錄器工廠
class FileLoggerFactory implements LoggerFactory {
@Override
public Logger createLogger() {
return new FileLogger();
}
}
// 控制臺日志記錄器工廠
class ConsoleLoggerFactory implements LoggerFactory {
@Override
public Logger createLogger() {
return new ConsoleLogger();
}
}
// 使用工廠方法模式創建對象
public class FactoryMethodPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
LoggerFactory fileLoggerFactory = new FileLoggerFactory();
Logger fileLogger = fileLoggerFactory.createLogger();
fileLogger.log("This is a file log message.");
LoggerFactory consoleLoggerFactory = new ConsoleLoggerFactory();
Logger consoleLogger = consoleLoggerFactory.createLogger();
consoleLogger.log("This is a console log message.");
}
}
優點：
缺點：
抽象工廠模式（Abstract Factory Pattern）是圍繞一個超級工廠創建其他工廠的模式。它屬于對象創建型模式。在抽象工廠模式中，接口是負責創建一個相關對象的工廠，不需要顯式指定它們的類。每個生成的工廠都能按照工廠模式提供對象。
下面通過一個例子來說明抽象工廠模式的實現。
假設我們有一個圖形接口 Shape 和顏色接口 Color，以及它們的實現類 Circle、Rectangle、Red 和 Green。我們需要一個抽象工廠接口 AbstractFactory 和兩個具體的工廠類 ShapeFactory 和 ColorFactory 來創建不同的圖形和顏色對象。
// 圖形接口
interface Shape {
void draw();
}
// 圓形類
class Circle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Circle::draw() method.");
}
}
// 矩形類
class Rectangle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Inside Rectangle::draw() method.");
}
}
// 顏色接口
interface Color {
void fill();
}
// 紅色類
class Red implements Color {
@Override
public void fill() {
System.out.println("Inside Red::fill() method.");
}
}
// 綠色類
class Green implements Color {
@Override
public void fill() {
System.out.println("Inside Green::fill() method.");
}
}
// 抽象工廠接口
abstract class AbstractFactory {
abstract Shape getShape(String shapeType);
abstract Color getColor(String colorType);
}
// 圖形工廠類
class ShapeFactory extends AbstractFactory {
@Override
public Shape getShape(String shapeType) {
if (shapeType == null) {
return null;
}
if (shapeType.equalsIgnoreCase("CIRCLE")) {
return new Circle();
} else if (shapeType.equalsIgnoreCase("RECTANGLE")) {
return new Rectangle();
}
return null;
}
@Override
public Color getColor(String colorType) {
return null;
}
}
// 顏色工廠類
class ColorFactory extends AbstractFactory {
@Override
public Shape getShape(String shapeType) {
return null;
}
@Override
public Color getColor(String colorType) {
if (colorType == null) {
return null;
}
if (colorType.equalsIgnoreCase("RED")) {
return new Red();
} else if (colorType.equalsIgnoreCase("GREEN")) {
return new Green();
}
return null;
}
}
// 工廠生成器類
class FactoryProducer {
public static AbstractFactory getFactory(String choice) {
if (choice.equalsIgnoreCase("SHAPE")) {
return new ShapeFactory();
} else if (choice.equalsIgnoreCase("COLOR")) {
return new ColorFactory();
}
return null;
}
}
// 使用抽象工廠模式創建對象
public class AbstractFactoryPatternDemo {
public static void main(String[] args) {
// 獲取圖形工廠
AbstractFactory shapeFactory = FactoryProducer.getFactory("SHAPE");
// 獲取 Circle 的對象，并調用它的 draw 方法
Shape shape1 = shapeFactory.getShape("CIRCLE");
shape1.draw();
// 獲取 Rectangle 的對象，并調用它的 draw 方法
Shape shape2 = shapeFactory.getShape("RECTANGLE");
shape2.draw();
// 獲取顏色工廠
AbstractFactory colorFactory = FactoryProducer.getFactory("COLOR");
// 獲取 Red 的對象，并調用它的 fill 方法
Color color1 = colorFactory.getColor("RED");
color1.fill();
// 獲取 Green 的對象，并調用它的 fill 方法
Color color2 = colorFactory.getColor("GREEN");
color2.fill();
}
}
優點：
缺點：
| 模式名稱 | 定義 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|---|
| 簡單工廠模式 | 根據參數的不同返回不同類的實例 | 簡單易用，解耦 | 擴展性差，職責過重 |
| 工廠方法模式 | 工廠父類負責定義創建產品對象的公共接口，工廠子類負責生成具體的產品對象 | 擴展性好，解耦 | 類的個數增加，抽象性增加 |
| 抽象工廠模式 | 圍繞一個超級工廠創建其他工廠的模式 | 擴展性好，解耦 | 類的個數增加，抽象性增加 |
工廠模式是創建型設計模式中的一種，主要用于對象的創建。簡單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式各有優缺點，適用于不同的場景。簡單工廠模式適用于產品類較少且不經常變化的場景；工廠方法模式適用于產品類較多且需要擴展的場景；抽象工廠模式適用于產品族較多且需要擴展的場景。
在實際開發中，應根據具體需求選擇合適的工廠模式，以提高代碼的可維護性和可擴展性。
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