设计模式[创建型]02--工厂方法模式(Factory)

一、简介

工厂方法模式(Factory Method Pattern)又称为 工厂模式,也叫虚拟构造器(Virtual Constructor)模式或者多态工厂(Polymorphic Factory)模式,它属于类创建型模式。在工厂方法模式中,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,这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成,即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。为系统结构提供灵活的动态扩展机制,减少了耦合。

根据抽象程度的不同,工厂模式可化分为三种:

  • 简单工厂模式
  • 工厂方法模式
  • 抽象工厂模式

二、原理

在简单工厂模式中只提供一个工厂类,该工厂类处于对产品类进行实例化的中心位置,它需要知道每一个产品对象的创建细节,并决定何时实例化哪一个产品类。简单工厂模式最大的缺点是当有新产品要加入到系统中时,必须修改工厂类,需要在其中加入必要的业务逻辑,这违背了“开闭原则”。此外,在简单工厂模式中,所有的产品都由同一个工厂创建,工厂类职责较重,业务逻辑较为复杂,具体产品与工厂类之间的耦合度高,严重影响了系统的灵活性和扩展性,而工厂方法模式则可以很好地解决这一问题。

在工厂方法模式中,我们不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象,而是针对不同的产品提供不同的工厂,系统提供一个与产品等级结构对应的工厂等级结构。工厂方法模式定义如下:

工厂方法模式(Factory Method Pattern):定义一个用于创建对象的接口,让子类决定将哪一个类实例化。工厂方法模式让一个类的实例化延迟到其子类。工厂方法模式又简称为工厂模式(Factory Pattern),又可称作虚拟构造器模式(Virtual Constructor Pattern)或多态工厂模式(Polymorphic Factory Pattern)。工厂方法模式是一种类创建型模式。

工厂方法模式提供一个抽象工厂接口来声明抽象工厂方法,而由其子类来具体实现工厂方法,创建具体的产品对象。工厂方法模式结构如图2所示:

三、类结构

工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口,让子类决定哪个类实例化。 他可以解决简单工厂模式中的封闭开放原则问题。

与简单工厂模式相比,工厂方法模式最重要的区别是引入了抽象工厂角色,抽象工厂可以是接口,也可以是抽象类或者具体类。

结构如下:

角色 类别 简述
Product 产品类 一般是一个抽象类或是接口
ConcreteProduct 具体的产品类 实现或是继承 Product
Factory 工厂类 抽象工厂
ConcreteFactory 具体的工厂类 实现或是继承Factory
  • Product(抽象产品):它是定义产品的接口,是工厂方法模式所创建对象的超类型,也就是产品对象的公共父类。
  • ConcreteProduct(具体产品):它实现了抽象产品接口,某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建,具体工厂和具体产品之间一一对应。
  • Factory(抽象工厂):在抽象工厂类中,声明了工厂方法(Factory Method),用于返回一个产品。抽象工厂是工厂方法模式的核心,所有创建对象的工厂类都必须实现该接口。
  • ConcreteFactory(具体工厂):它是抽象工厂类的子类,实现了抽象工厂中定义的工厂方法,并可由客户端调用,返回一个具体产品类的实例。

四、UML图

五、代码分析

比如,我们需要设计一个日志记录器:

1、抽象产品类

//日志记录器接口:抽象产品  
interface Logger {  
    public function writeLog();  
}  

2、具体产品类

//1)数据库日志记录器:具体产品  
class DatabaseLogger implements Logger {  
    public function writeLog() {  
        echo "数据库日志记录。"; 
    }  
}  

//2)文件日志记录器:具体产品  
class FileLogger implements Logger {  
    public function writeLog() {  
        echo "文件日志记录。";  
    }  
}  

3、抽象工厂类

//日志记录器工厂接口:抽象工厂  
interface LoggerFactory {  
    public function createLogger();  
}  

4、具体工厂类
在实际使用时,具体工厂类在实现工厂方法时除了创建具体产品对象之外,还可以负责产品对象的初始化工作以及一些资源和环境配置工作,例如连接数据库、创建文件等。

//1)数据库日志记录器工厂类:具体工厂  
class DatabaseLoggerFactory implements LoggerFactory {  
    public function createLogger() {  
            //连接数据库,代码省略  
            //创建数据库日志记录器对象  
            $logger = new DatabaseLogger();   
            //初始化数据库日志记录器,代码省略  
            return $logger; 
    }     
}  

//2)文件日志记录器工厂类:具体工厂  
class FileLoggerFactory implements LoggerFactory {  
    public function createLogger() {  
            //创建文件日志记录器对象  
            $logger = new FileLogger();   
            //创建文件,代码省略  
            return $logger;  
    }     
}

5、例子

$file_factory = new FileLoggerFactory(); //可引入配置文件实现  
$file_logger = factory->createLogger();  
$file_logger->writeLog(); 

$db_lfactory = new DatabaseLoggerFactory(); //可引入配置文件实现
$db_logger = factory->createLogger();  
$db_logger->writeLog(); 

输出结果如下:

文件日志记录。
数据库日志记录。

六、特点

工厂方法模式是简单工厂模式的延伸,它继承了简单工厂模式的优点,同时还弥补了简单工厂模式的不足。工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一,是很多开源框架和API类库的核心模式。

1、 优点

  • 在工厂方法模式中,工厂方法用来创建客户所需要的产品,同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节,用户只需要关心所需产品对应的工厂,无须关心创建细节,甚至无须知道具体产品类的类名。
  • 基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够让工厂可以自主确定创建各种产品对象,而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式,就正是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
  • 使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时,无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口,无须修改客户端,也无须修改其他的具体工厂和具体产品,而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了,这样,系统的可扩展性也就变得非常好,完全符合“开闭原则”。

2、 缺点

  • 在添加新产品时,需要编写新的具体产品类,而且还要提供与之对应的具体工厂类,系统中类的个数将成对增加,在一定程度上增加了系统的复杂度,有更多的类需要编译和运行,会给系统带来一些额外的开销。
  • 由于考虑到系统的可扩展性,需要引入抽象层,在客户端代码中均使用抽象层进行定义,增加了系统的抽象性和理解难度,且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术,增加了系统的实现难度。

3、 适用场景

满足以下条件时,可以考虑使用工厂模式方法:

  • 一个类不知道它所需要的对象的类:在工厂方法模式中,客户端不需要知道具体产品类的类名,只需要知道所对应的工厂即可,具体的产品对象由具体工厂类创建;客户端需要知道创建具体产品的工厂类。
  • 一个类通过其子类来指定创建哪个对象:在工厂方法模式中,对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口,而由其子类来确定具体要创建的对象,利用面向对象的多态性和里氏代换原则,在程序运行时,子类对象将覆盖父类对象,从而使得系统更容易扩展。
  • 将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个,客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类,需要时再动态指定,可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

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