Java 中的工厂模式：简化对象创建

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工厂设计模式的意图

Java 中的工厂设计模式是一种创建型模式，它定义了一个用于创建对象的接口，但允许子类更改将要创建的对象类型。这种模式促进了代码库的灵活性和可扩展性。

工厂模式的详细解释，包括现实世界的例子

现实世界的例子

想象一下，在一家面包店里，使用工厂设计模式制作不同种类的蛋糕。面包店的 CakeFactory 处理创建过程，允许轻松添加新的蛋糕类型，而无需更改核心蛋糕制作过程。CakeFactory 可以生产各种类型的蛋糕，例如巧克力蛋糕、香草蛋糕和草莓蛋糕。面包店员工无需手动选择配料并遵循每种蛋糕类型的特定食谱，而是使用 CakeFactory 来处理此过程。顾客只需要求一种蛋糕类型，CakeFactory 就会确定要使用的合适配料和食谱，然后创建特定类型的蛋糕。这种设置允许面包店轻松添加新的蛋糕类型，而无需修改核心蛋糕制作过程，从而提高灵活性和可扩展性。

维基百科说

工厂是一个用于创建其他对象的物体 - 正式来说，工厂是一个返回不同原型或类的对象的函数或方法。

Java 中工厂模式的编程示例

想象一下，一个炼金术士要制造硬币。炼金术士必须能够制造金币和铜币，并且必须能够在它们之间切换，而无需修改现有的源代码。工厂模式通过提供一个静态构造方法来实现这一点，该方法可以与相关参数一起调用。

在 Java 中，您可以通过定义一个接口 Coin 及其实现 GoldCoin 和 CopperCoin 来实现工厂模式。CoinFactory 类提供了一个静态方法 getCoin 来创建基于类型的硬币对象。

public interface Coin {
  String getDescription();
}

public class GoldCoin implements Coin {

  static final String DESCRIPTION = "This is a gold coin.";

  @Override
  public String getDescription() {
    return DESCRIPTION;
  }
}

public class CopperCoin implements Coin {
   
  static final String DESCRIPTION = "This is a copper coin.";

  @Override
  public String getDescription() {
    return DESCRIPTION;
  }
}

下面的枚举表示我们支持的硬币类型（GoldCoin 和 CopperCoin）。

@RequiredArgsConstructor
@Getter
public enum CoinType {

  COPPER(CopperCoin::new),
  GOLD(GoldCoin::new);

  private final Supplier<Coin> constructor;
}

然后我们有静态方法 getCoin 来创建封装在工厂类 CoinFactory 中的硬币对象。

public class CoinFactory {

  public static Coin getCoin(CoinType type) {
    return type.getConstructor().get();
  }
}

现在，在客户端代码中，我们可以使用工厂类生成各种类型的硬币。

public static void main(String[] args) {
    LOGGER.info("The alchemist begins his work.");
    var coin1 = CoinFactory.getCoin(CoinType.COPPER);
    var coin2 = CoinFactory.getCoin(CoinType.GOLD);
    LOGGER.info(coin1.getDescription());
    LOGGER.info(coin2.getDescription());
}

程序输出

06:19:53.530 [main] INFO com.iluwatar.factory.App -- The alchemist begins his work.
06:19:53.533 [main] INFO com.iluwatar.factory.App -- This is a copper coin.
06:19:53.533 [main] INFO com.iluwatar.factory.App -- This is a gold coin.

何时在 Java 中使用工厂模式

当类事先不知道它需要创建的对象的精确类型和依赖关系时，在 Java 中使用工厂设计模式。
当一个方法返回多个可能的类之一（这些类共享一个共同的超类）并且想要封装要创建哪个对象的逻辑时。
这种模式通常在设计框架或库时使用，以提供最佳的灵活性和与具体类类型的隔离。

Java 中工厂模式的实际应用

java.util.Calendar#getInstance()
java.util.ResourceBundle#getBundle()
java.text.NumberFormat#getInstance()
java.nio.charset.Charset#forName()
java.net.URLStreamHandlerFactory#createURLStreamHandler(String)（根据协议返回不同的单例对象）
java.util.EnumSet#of()
javax.xml.bind.JAXBContext#createMarshaller() 及其他类似方法。
JavaFX 使用工厂模式来创建针对用户环境特性的各种 UI 控件。

工厂模式的优点和权衡

优点

在 Java 应用程序中实现工厂模式可减少实现与其使用的类之间的耦合。
支持开闭原则，因为系统可以引入新的类型而无需更改现有代码。

权衡

由于引入了多个额外的类，代码可能会变得更加复杂。
如果对象创建的底层复杂度很低或不必要，过度使用可能会使代码的可读性降低。

抽象工厂：可以被认为是一种处理产品组的工厂。
单例：通常与工厂一起使用，以确保类只有一个实例。
建造者：将复杂对象的构建与其表示分离，类似于工厂如何管理实例化。
工厂工具包：是一个具有独立的建造者和工厂接口的不可变内容工厂。