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工廠模式是最常用的一類創建型設計模式，通常我們所說的工廠模式是指工廠方法模式，它也是使用頻率最高的工廠模式。本章將要學習的簡單工廠模式是工廠方法模式的“小弟”，它不屬於GoF 23種設計模式，但在軟件開發中應用也較為頻繁，通常將它作為學習其他工廠模式的入門。此外，工廠方法模式還有一位“大哥”——抽象工廠模式。這三種工廠模式各具特色，難度也逐個加大，在軟件開發中它們都得到了廣泛的應用，成為面向對象軟件中常用的創建對象的工具。
工廠的作用
工廠模式（包括簡單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式）到底有什麼用，很多時候通過反射機制就可以很靈活地創建對象，為什麼還要工廠？，在本文中我將圍繞創建對象和使用對象來簡單談談工廠的作用。
與一個對象相關的職責通常有三類：
對象本身所具有的職責、創建對象的職責和使用對象的職責。對象本身的職責比較容易理解，就是對象自身所具有的一些數據和行為，可通過一些公開的方法來實現它的職責。在本文中，我們將簡單討論一下對象的創建職責和使用職責。在Java語言中，我們通常有以下幾種創建對象的方式：
(1) 使用new關鍵字直接創建對象；
(2) 通過反射機制創建對象；
(3) 通過clone()方法創建對象；
(4) 通過工廠類創建對象。
毫無疑問，在客戶端代碼中直接使用new關鍵字是最簡單的一種創建對象的方式，但是它的靈活性較差，下面通過一個簡單的示例來加以說明：
在LoginAction類中定義了一個UserDAO類型的對象udao，在LoginAction的構造函數中創建了JDBCUserDAO類型的udao對象，並在execute()方法中調用了udao對象的findUserById()方法，這段代碼看上去並沒有什麼問題。
下面我們來分析一下LoginAction和UserDAO之間的關係，LoginAction類負責創建了一個UserDAO子類的對象並使用UserDAO的方法來完成相應的業務處理，也就是說LoginAction即負責udao的創建又負責udao的使用，創建對象和使用對象的職責耦合在一起，這樣的設計會導致一個很嚴重的問題：如果在LoginAction中希望能夠使用UserDAO的另一個子類如HibernateUserDAO類型的對象，必須修改LoginAction類的源代碼，違反了“開閉原則”。如何解決該問題？
最常用的一種解決方法是將udao對象的創建職責從LoginAction類中移除，在LoginAction類之外創建對象，那麼誰來負責創建UserDAO對象呢？答案是：工廠類。通過引入工廠類，客戶類（如LoginAction）不涉及對象的創建，對象的創建者也不會涉及對象的使用。引入工廠類UserDAOFactory之後的結構如圖1所示：
圖1 引入工廠類之後的結構圖
工廠類的引入將降低因為產品或工廠類改變所造成的維護工作量。如果UserDAO的某個子類的構造函數發生改變或者要需要添加或移除不同的子類，只要維護UserDAOFactory的代碼，而不會影響到LoginAction；如果UserDAO的接口發生改變，例如添加、移除方法或改變方法名，只需要修改LoginAction，不會給UserDAOFactory帶來任何影響。
在所有的工廠模式中，我們都強調一點：兩個類A和B之間的關係應該僅僅是A創建B或是A使用B，而不能兩種關係都有。將對象的創建和使用分離，也使得系統更加符合“單一職責原則”，有利於對功能的複用和系統的維護。
此外，將對象的創建和使用分離還有一個好處：防止用來實例化一個類的數據和代碼在多個類中到處都是，可以將有關創建的知識搬移到一個工廠類中，這在Joshua Kerievsky的《重構與模式》一書中有專門的一節來進行介紹。因為有時候我們創建一個對象不只是簡單調用其構造函數，還需要設置一些參數，可能還需要配置環境，如果將這些代碼散落在每一個創建對象的客戶類中，勢必會出現
代碼重複、創建蔓延的問題，而這些客戶類其實無須承擔對象的創建工作，它們只需使用已創建好的對象就可以了。此時，可以引入工廠類來封裝對象的創建邏輯和客戶代碼的實例化/配置選項。使用工廠類還有一個“不是特別明顯的”優點，一個類可能擁有多個構造函數，而在Java、C#等語言中構造函數名字都與類名相同，客戶端只能通過傳入不同的參數來調用不同的構造函數創建對象，從構造函數和參數列表中也許大家根本不瞭解不同構造函數所構造的產品的差異。但如果將對象的創建過程封裝在工廠類中，我們可以提供一系列名字完全不同的工廠方法，每一個工廠方法對應一個構造函數，客戶端可以以一種更加可讀、易懂的方式來創建對象，而且，從一組工廠方法中選擇一個意義明確的工廠方法，比從一組名稱相同參數不同的構造函數中選擇一個構造函數要方便很多。如圖2所示：
在圖2中，矩形工廠類RectangleFactory提供了兩個工廠方法createRectangle()和createSquare()，一個用於創建長方形，一個用於創建正方形，這兩個方法比直接通過構造函數來創建長方形或正方形對象意義更加明確，也在一定程度上降低了客戶端調用時出錯的概率。
那麼，有人可能會問，是否需要為設計中的每一個類都配備一個工廠類？答案是：具體情況具體分析。如果產品類很簡單，而且不存在太多變數，其構造過程也很簡單，此時無須為其提供工廠類，直接在使用之前實例化即可，例如Java語言中的String類，我們就無須為它專門提供一個StringFactory，這樣做反而有點像殺雞用牛刀，大材小用，而且會導致工廠氾濫，增加系統的複雜度。
簡單工廠模式
1 圖表庫的設計
Sunny軟件公司欲基於Java語言開發一套圖表庫，該圖表庫可以為應用系統提供各種不同外觀的圖表，例如柱狀圖、餅狀圖、折線圖等。Sunny軟件公司圖表庫設計人員希望為應用系統開發人員提供一套靈活易用的圖表庫，而且可以較為方便地對圖表庫進行擴展，以便能夠在將來增加一些新類型的圖表。
Sunny軟件公司圖表庫設計人員提出了一個初始設計方案，將所有圖表的實現代碼封裝在一個Chart類中，其框架代碼如下所示：
客戶端代碼通過調用Chart類的構造函數來創建圖表對象，根據參數type的不同可以得到不同類型的圖表，然後再調用display()方法來顯示相應的圖表。
不難看出，Chart類是一個“巨大的”類，在該類的設計中存在如下幾個問題：
- 在Chart類中包含很多“if…else…”代碼塊，整個類的代碼相當冗長，代碼越長，閱讀難度、維護難度和測試難度也越大；而且大量條件語句的存在還將影響系統的性能，程序在執行過程中需要做大量的條件判斷。
- Chart類的職責過重，它負責初始化和顯示所有的圖表對象，將各種圖表對象的初始化代碼和顯示代碼集中在一個類中實現，違反了“單一職責原則”，不利於類的重用和維護；而且將大量的對象初始化代碼都寫在構造函數中將導致構造函數非常龐大，對象在創建時需要進行條件判斷，降低了對象創建的效率。
- 當需要增加新類型的圖表時，必須修改Chart類的源代碼，違反了“開閉原則”。
- 客戶端只能通過new關鍵字來直接創建Chart對象，Chart類與客戶端類耦合度較高，對象的創建和使用無法分離。
- 客戶端在創建Chart對象之前可能還需要進行大量初始化設置，例如設置柱狀圖的顏色、高度等，如果在Chart類的構造函數中沒有提供一個默認設置，那就只能由客戶端來完成初始設置，這些代碼在每次創建Chart對象時都會出現，導致代碼的重複。
面對一個如此巨大、職責如此重，且與客戶端代碼耦合度非常高的類，我們應該怎麼辦？下面將要介紹的簡單工廠模式將在一定程度上解決上述問題。
2 簡單工廠模式概述
簡單工廠模式並不屬於GoF 23個經典設計模式，但通常將它作為學習其他工廠模式的基礎，它的設計思想很簡單，其基本流程如下：
首先將需要創建的各種不同對象（例如各種不同的Chart對象）的相關代碼封裝到不同的類中，這些類稱為具體產品類，而將它們公共的代碼進行抽象和提取後封裝在一個抽象產品類中，每一個具體產品類都是抽象產品類的子類；然後提供一個工廠類用於創建各種產品，在工廠類中提供一個創建產品的工廠方法，該方法可以根據所傳入的參數不同創建不同的具體產品對象；客戶端只需調用工廠類的工廠方法並傳入相應的參數即可得到一個產品對象。
簡單工廠模式定義如下：
簡單工廠模式(Simple Factory Pattern)：定義一個工廠類，它可以根據參數的不同返回不同類的實例，被創建的實例通常都具有共同的父類。因為在簡單工廠模式中用於創建實例的方法是靜態(static)方法，因此簡單工廠模式又被稱為靜態工廠方法(Static Factory Method)模式，它屬於類創建型模式。
簡單工廠模式的要點在於：當你需要什麼，只需要傳入一個正確的參數，就可以獲取你所需要的對象，而無須知道其創建細節。簡單工廠模式結構比較簡單，其核心是工廠類的設計，其結構如圖1所示：
在簡單工廠模式結構圖中包含如下幾個角色：
● Factory（工廠角色）：工廠角色即工廠類，它是簡單工廠模式的核心，負責實現創建所有產品實例的內部邏輯；工廠類可以被外界直接調用，創建所需的產品對象；在工廠類中提供了靜態的工廠方法factoryMethod()，它的返回類型為抽象產品類型Product。
● Product（抽象產品角色）：它是工廠類所創建的所有對象的父類，封裝了各種產品對象的公有方法，它的引入將提高系統的靈活性，使得在工廠類中只需定義一個通用的工廠方法，因為所有創建的具體產品對象都是其子類對象。
在簡單工廠模式中，客戶端通過工廠類來創建一個產品類的實例，而無須直接使用new關鍵字來創建對象，它是工廠模式家族中最簡單的一員。
簡單工廠模式的核心是工廠類，在沒有工廠類之前，客戶端一般會使用new關鍵字來直接創建產品對象，而在引入工廠類之後，客戶端可以通過工廠類來創建產品，在簡單工廠模式中，工廠類提供了一個靜態工廠方法供客戶端使用，根據所傳入的參數不同可以創建不同的產品對象，典型的工廠類代碼如下所示：
在客戶端代碼中，我們通過調用工廠類的工廠方法即可得到產品對象，典型代碼如下所示：
3 完整解決方案
為了將Chart類的職責分離，同時將Chart對象的創建和使用分離，Sunny軟件公司開發人員決定使用簡單工廠模式對圖表庫進行重構，重構後的結構如圖2所示：
圖2 圖表庫結構圖
在圖2中，Chart接口充當抽象產品類，其子類HistogramChart、PieChart和LineChart充當具體產品類，ChartFactory充當工廠類。完整代碼如下所示：
編寫如下客戶端測試代碼：
編譯並運行程序，輸出結果如下：
創建柱狀圖！
初始化設置柱狀圖！
顯示柱狀圖！
在客戶端測試類中，我們使用工廠類的靜態工廠方法創建產品對象，如果需要更換產品，只需修改靜態工廠方法中的參數即可，例如將柱狀圖改為餅狀圖，只需將代碼：
chart = ChartFactory.getChart("histogram");
改為：
chart = ChartFactory.getChart("pie");
編譯並運行程序，輸出結果如下：
創建餅狀圖！
初始化設置餅狀圖！
顯示餅狀圖！
4 方案的改進
Sunny軟件公司開發人員發現在創建具體Chart對象時，每更換一個Chart對象都需要修改客戶端代碼中靜態工廠方法的參數，客戶端代碼將要重新編譯，這對於客戶端而言，違反了“開閉原則”，有沒有一種方法能夠在不修改客戶端代碼的前提下更換具體產品對象呢？答案是肯定的，下面將介紹一種常用的實現方式。
我們可以將靜態工廠方法的參數存儲在XML或properties格式的配置文件中，如下config.xml所示：
再通過一個工具類XMLUtil來讀取配置文件中的字符串參數，XMLUtil類的代碼如下所示：
在引入了配置文件和工具類XMLUtil之後，客戶端代碼修改如下：
不難發現，在上述客戶端代碼中不包含任何與具體圖表對象相關的信息，如果需要更換具體圖表對象，只需修改配置文件config.xml，無須修改任何源代碼，符合“開閉原則”。
思考
在簡單工廠模式中增加新的具體產品時是否符合“開閉原則”？如果不符合，原有系統需作出哪些修改？
5 簡單工廠模式的簡化
有時候，為了簡化簡單工廠模式，我們可以將抽象產品類和工廠類合併，將靜態工廠方法移至抽象產品類中，如圖3所示：
圖3 簡化的簡單工廠模式
在圖3中，客戶端可以通過產品父類的靜態工廠方法，根據參數的不同創建不同類型的產品子類對象，這種做法在JDK等類庫和框架中也廣泛存在。
6簡單工廠模式總結
簡單工廠模式提供了專門的工廠類用於創建對象，將對象的創建和對象的使用分離開，它作為一種最簡單的工廠模式在軟件開發中得到了較為廣泛的應用。
1. 主要優點
簡單工廠模式的主要優點如下：
(1) 工廠類包含必要的判斷邏輯，可以決定在什麼時候創建哪一個產品類的實例，客戶端可以免除直接創建產品對象的職責，而僅僅“消費”產品，簡單工廠模式實現了對象創建和使用的分離。
(2) 客戶端無須知道所創建的具體產品類的類名，只需要知道具體產品類所對應的參數即可，對於一些複雜的類名，通過簡單工廠模式可以在一定程度減少使用者的記憶量。
(3) 通過引入配置文件，可以在不修改任何客戶端代碼的情況下更換和增加新的具體產品類，在一定程度上提高了系統的靈活性。
2. 主要缺點
簡單工廠模式的主要缺點如下：
(1) 由於工廠類集中了所有產品的創建邏輯，職責過重，一旦不能正常工作，整個系統都要受到影響。
(2) 使用簡單工廠模式勢必會增加系統中類的個數（引入了新的工廠類），增加了系統的複雜度和理解難度。
(3) 系統擴展困難，一旦添加新產品就不得不修改工廠邏輯，在產品類型較多時，有可能造成工廠邏輯過於複雜，不利於系統的擴展和維護。
(4) 簡單工廠模式由於使用了靜態工廠方法，造成工廠角色無法形成基於繼承的等級結構。
3. 適用場景
在以下情況下可以考慮使用簡單工廠模式：
(1) 工廠類負責創建的對象比較少，由於創建的對象較少，不會造成工廠方法中的業務邏輯太過複雜。
(2) 客戶端只知道傳入工廠類的參數，對於如何創建對象並不關心。
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