[设计模式]工厂方法模式(Factory Method)

模式目的

定义一个用于创建对象的接口，让其子类来决定实例化哪个类。
工厂方法模式将类的实例化延迟到了子类中进行。

模式结构

组成部分

产品（Product）
- 定义了产品功能的接口
具体产品（ConcreteProduct）
- 实现产品接口的具体产品
工厂（Creator）
- 定义了工厂功能的接口
具体工厂（Concrete）
- 实现工厂接口的具体工厂

java实现

采用工厂方法模式，实现一个汽车工厂生产奔驰、宝马汽车的例子
产品是汽车，定义接口为ICar
工厂是汽车工厂，定义接口为ICarFactory
代码UML类图如下：

使用宝马工厂的getInstance()方法创建宝马车，使用奔驰工厂的getInstance()方法创建奔驰车。
相关代码如下：
ICar.java

public interface ICar {
    /**
     * 实现类必须实现run()方法
     **/
    void run();
}

BmwCar.java

public class BmwCar implements ICar{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("This is Bmw running");
    }
}

BenzCar.java

public class BenzCar implements ICar{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("This is Benz running");
    }
}

ICarFactory.java

public interface ICarFactory {
    /**
     * 实现类必须实现getCar()方法
     **/
    ICar getCar();
}

BmwFactory.java

public class BmwFactory implements ICarFactory {
    @Override
    public ICar getCar() {
        return new BmwCar();
    }
}

BenzFactory.java

public class BenzFactory implements ICarFactory {
    @Override
    public ICar getCar() {
        return new BenzCar();
    }
}

客户端测试代码及输出如下：
Client.java

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ICarFactory carFactory = new BenzFactory();
        carFactory.getCar().run();

        ICarFactory carFactory2 = new BmwFactory();
        carFactory2.getCar().run();
    }
}

输出结果：

This is Benz running
This is Bmw running

模式优点

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。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，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，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”。

模式缺点

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。

总结

工厂方法模式又称为工厂模式，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。
工厂方法模式包含四个角色：抽象产品是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，即产品对象的共同父类或接口；具体产品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，它们之间往往一一对应；抽象工厂中声明了工厂方法，用于返回一个产品，它是工厂方法模式的核心，任何在模式中创建对象的工厂类都必须实现该接口；具体工厂是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户调用，返回一个具体产品类的实例。
工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了面向对象的多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。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，而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口，而不负责产品类被实例化这种细节，这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。
工厂方法模式的主要优点是增加新的产品类时无须修改现有系统，并封装了产品对象的创建细节，系统具有良好的灵活性和可扩展性；其缺点在于增加新产品的同时需要增加新的工厂，导致系统类的个数成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂性。
工厂方法模式适用情况包括：一个类不知道它所需要的对象的类；一个类通过其子类来指定创建哪个对象；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。