三言两语说透设计模式的艺术-工厂方法模式

1写在前面

前面写到简单工厂模式虽然比较简单，将实例的创建和使用分类，客户端只需使用由工厂类创建的对象即可，无需关心对象的创建过程。但是这个系统仍然存在问题：

1）工厂类过于庞大，包含了大量的if判断语句代码，导致维护和测试难度增加；

2）当前只存在一个工厂类，在需要添加新产品时，由于静态工厂方法通过传入参数创建不同的产品，必须修改工厂了的源码，违背了开闭原则。

对此，需要对简单工厂模式进行优化，使其具有更好的灵活性和扩展性。这也是工厂方法模式的由来。

2工厂方法模式

工厂方法模式(Factory Method Pattern)是简单工厂模式的进一步抽象和推广。在工厂方法模式中，不再提供一个统一的工厂类来创建所有的产品对象，而是针对不同产品提供不同的工厂，使每个工厂只负责创建对应的产品。

工厂方法模式，是对简单工厂模式进行重构，即定义一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

工厂方法模式包含以下主要角色：

• 抽象工厂(Abstract Factory)：提供了创建产品的接口，调用者通过它访问产品。
• 具体工厂(ConcreteFactory)：实现了抽象工厂接口，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，它同具体工厂之间往往存在依赖关系。

工厂方法模式的主要优点：

• 封装了产品创建过程，调用者只需关心所需产品类型。
• 实现了开闭原则，增加新产品无需修改之前工厂类代码。
• 调用者无需知道产品类名，实现解耦，符合依赖倒转原则。
• 易于扩展新产品，满足开闭原则，增加新产品仅需新增一个具体产品类和具体工厂类，无需修改现存代码。

可能的缺点：

• 每增加一个产品就需要增加一个具体工厂，导致系统中类的个数成倍增加。
• 复杂产品需要对应复杂工厂类，不易维护。

3工厂方法模式的实现

我们使用 Typescript 代码来实现一个简单的工厂方法模式：

首先定义抽象产品类和具体产品类：

interface Food {
  getType(): string;
}

class Hamburger implements Food {
  getType() {
    return 'Hamburger';
  }
}

class Hotdog implements Food {
  getType() {
    return 'Hotdog';
  }
}

然后是抽象工厂类和具体工厂类：

abstract class FoodFactory {
  abstract createFood(): Food;
}

class HamburgerFactory extends FoodFactory {
  createFood() {
    return new Hamburger();
  }
}

class HotdogFactory extends FoodFactory {
  createFood() {
    return new Hotdog();
  }
}

客户端代码：

const hamburgerFactory = new HamburgerFactory();
const hamburger = hamburgerFactory.createFood();

const hotdogFactory = new HotdogFactory();
const hotdog = hotdogFactory.createFood();

客户端通过具体工厂来获取需要的产品，不关心实际产品类名。

在抽象工厂中使用泛型

我们可以使用泛型来定义产品类型：

interface FoodFactory<T extends Food> {
  createFood(): T; 
}

// 实现时指定泛型
class HamburgerFactory implements FoodFactory<Hamburger> {
  // ...
}

这样可以使工厂方法返回类型更加明确。

将工厂抽象成函数

工厂方法也可以简单实现为函数:

function createFood(type: 'Hamburger' | 'Hotdog') {
  switch(type) {
    case 'Hamburger': 
      return new Hamburger();
    case 'Hotdog':
      return new Hotdog();
  }
}

这种方式更简单，降低了代码的复杂度，但缺少面向对象的灵活性。

工厂方法模式 vs 简单工厂模式

简单工厂模式中工厂类负责所有产品的创建；而工厂方法模式中每一个具体工厂类只负责创建对应的一个产品，它将产品的创建推迟到子类。

两者区别主要在:

• 简单工厂中，工厂类负责所有产品创建。
• 工厂方法中，每个具体工厂只负责对应的产品。
• 工厂方法模式更加灵活，易扩展，但创建对象较多。

简单工厂适合产品种类少的情况，工厂方法适合产品不断扩展的场景。

应用实例：游戏工厂

我们可以使用工厂方法模式实现一个游戏工厂，用于生成不同类型的游戏对象。

首先是游戏基类和具体游戏类：

interface Game {
  start()；
}

class RPG implements Game {
  start() {
    console.log('Starting RPG game');
  } 
}

class MMORPG implements Game {
  start() {
    console.log('Starting MMORPG game');
  }
}

然后是抽象工厂和具体工厂：

abstract class GameFactory {
  abstract createGame(): Game;
}

class RPGFactory extends GameFactory {
  createGame() {
    return new RPG();
  }
}

class MMORPGFactory extends GameFactory {
  createGame() {
   return new MMORPG(); 
  }
}

客户端代码：

const rpgFactory = new RPGFactory();
const rpgGame = rpgFactory.createGame();
rpgGame.start();

const mmorpgFactory = new MMORPGFactory();
const mmorpgGame = mmorpgFactory.createGame();
mmorpgGame.start();

客户端只需要关心游戏类型，而不关心具体类名。

4总结

工厂方法模式是一种广泛使用的设计模式，它具有以下核心特点:

• 抽象工厂类负责定义创建对象的接口，而由子类实现CreateObject方法，实现了责任分解。
• 每个具体工厂类只负责创建对应的一个产品，一个工厂类对应一个产品类。
• 调用者只需要关心所需产品的类型，无需知道产品类名，实现了解耦。
• 易于扩展新产品，满足开闭原则，当新增产品时只要增加一个具体工厂和产品类，无需修改之前代码。
• 典型应用场景是针对同一抽象产品类有多个具体产品类的情况，而系统需要根据环境情况动态获得不同的具体产品对象。
• 相比简单工厂模式，工厂方法模式更加灵活，易扩展，但创建对象较多。

综上，工厂方法模式通过面向对象封装了对象创建过程，实现低耦合、高内聚的代码，给系统提供了灵活的产品扩展方式，是非常流行与常用的设计模式。