一文搞懂设计模式之工厂模式

编程入门行业动态更新时间:2024-10-27 11:27:30

一文搞懂设计<a href=https://www.elefans.com/category/jswz/34/1771241.html style= 模式之工厂模式"/>

一文搞懂设计模式之工厂模式

大家好，我是晴天，本周将同大家一起学习设计模式系列的第二篇文章——工厂模式，我们将依次学习简单工厂模式，工厂方法模式和抽象工厂模式。拿好纸和笔，我们现在开始啦~

前言

我们在进行软件开发的时候，虽然不使用任何设计模式也不耽误搬砖，但是，这样会导致代码可重用性、可扩展性、可读性、可维护性都大打折扣。所以强烈建议使用合适的设计模式进行软件开发。设计模式可以划分成三大类：创建型、结构型和行为型。本文将先从最基础的创建型模型——工厂模型介绍，工厂模式具体可以划分成简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式，我们依次来学习一下。

为什么需要工厂模式

我们首先先来看一下下面未使用任何工厂模式的代码，看一下有什么问题？

package mainimport "fmt"// 不使用工厂方法模式
// 实现层
type Car struct {name string
}func (c *Car) Show(name string) {if name == "AUDI" {c.name = "奥迪"} else if name == "BMW" {c.name = "宝马"} else {c.name = "保时捷"}fmt.Println("我是：" + c.name)
}func NewCar(name string) Car {var c Carif name == "BMW" {c.name = "宝马"} else if name == "AUDI" {c.name = "奥迪"} else {c.name = "保时捷"}return c
}// 业务逻辑层
func main() {// 定义Carvar c Car// 创建一个具体的AUDICarc = NewCar("AUDI")c.Show("AUDI") // 我是：奥迪c = NewCar("BMW")c.Show("BMW") // 我是：宝马c = NewCar("CHEVROLET")c.Show("CHEVROLET") // 我是：保时捷
}

代码解释：首先在实现层定义了一个Car产品，且有一个Show方法展示自己的品牌，同时写了一个构造函数，用来根据入参来创建具体的Car。在业务逻辑层，创建了一个具体的Car，并通过给NewCar传入不同的参数，创建不同的Car。

存在的问题：

当我们新增车的品牌时，需要对NewCar进行调整和改造，并且也需要对Show方法进行改造，这就涉及到新增产品类别的时候，需要修改类的源代码，这显然违背了开闭原则；同时还会使得Show这个方法变得越来越庞大，这也违背了类的单一职责原则。（对这两个原则不太清楚的小伙伴，可以参考这篇文章一文搞懂设计模式之七大原则）
实现层和业务逻辑层是高度耦合的，业务逻辑层既要负责创建对象，又要负责使用对象，如果要修改某些逻辑，不仅要修改实现层的代码，业务逻辑层的代码也需要进行改动，会使得创建的逻辑下沉到了业务逻辑层。这显然也是不符合设计模式最基本的一个思想——高内聚，低耦合

为了解决上述问题，我们使用了工厂模式。

简单工厂模式

类图

先来看一下简单工厂的类图，主要分为四个部分：抽象产品类、具体产品类、具体工厂类和main（业务逻辑）。
抽象产品类定义了一个Show方法，需要具体产品类去实现这个Show方法；具体产品类实现Show方法，打印出自己属于哪个具体的产品类型；具体工厂类有一个具体的生产产品的方法CreateComputer，且返回值为抽象产品类Computer（这里一定要返回抽象产品类，方法内部生产具体的产品对象，使用父类指针指向子类指针实现多态）

tips：类图中抽象产品类和具体产品类之间的箭头表示继承的意思，具体产品类需要继承抽象产品类的方法，即需要完成该方法的具体实现。工厂类和具体产品类之间的箭头表示依赖的意思，表示CreateComputer方法内部需要用到具体产品类的对象。

代码示例：

package mainimport "fmt"// 练习题：
// 实现简单工厂模式
// 产品类是电脑// 抽象层
// 抽象电脑，有一个Show方法
type Computer interface {Show()
}// 实现层
// 具体产品类
type Macbook struct {Name string
}func (m *Macbook) Show() {fmt.Println(m.Name)
}type Lenovo struct {Name string
}func (l *Lenovo) Show() {fmt.Println(l.Name)
}// 工厂类
type EasyFactory struct {
}// 根据入参，生产具体的产品
func (e *EasyFactory) CreateComputer(name string) Computer {var c Computerif name == "Macbook" {c = &Macbook{Name: name}} else if name == "Lenovo" {c = &Lenovo{Name: name}}return c
}// 对产品类符合开闭原则
// 对于工厂类来说，不符合开闭原则，每新增一个产品种类，都需要修改工厂类的方法
// 业务逻辑
func main() {// 1.创建一个抽象产品var c Computer// 2.创建一个具体工厂对象var ef = EasyFactory{}// 3.调用工厂方法，生产具体产品c = ef.CreateComputer("Macbook")// 4.调用具体产品的方法c.Show()// 5.再次调用工厂方法，生产具体产品 (实现多态)c = ef.CreateComputer("Lenovo")c.Show()
}

代码解释：定义一个Computer抽象产品，定义两个品牌的具体产品类Macbook和Lenovo，定义一个具体工厂类，并且定义一个根据入参创建具体电脑品牌的产品。main函数内部的注释就是按照步骤创建抽象产品、创建工厂、创建具体产品并调用产品方法的过程。

优点：

把具体产品对象的创建和使用进行了解耦合，由工厂实现对具体产品对象的创建，业务逻辑层只需要跟工厂交互，然后使用工厂生产出来的具体产品即可，不用关心对象的创建过程如何。
将具体产品的初始化工作放到了工厂方法里面，做到了对产品的面向接口编程。

缺点：

对工厂来说，不符合开闭原则，每新增一个具体产品，都需要修改工厂方法。
工厂的创建方法业务逻辑过于繁重，如果该方法不能顺利执行，将会发生非常严重的问题，整个程序将无法正常运行。

工厂方法模式

工厂方法模式可以理解成：简单工厂模式+开闭原则

类图

来看一下工厂方法模式的类图，分为五个部分：抽象产品类、具体产品类、抽象工厂类、具体工厂类和main（业务逻辑）。抽象产品类定义了一个Brand方法，需要具体产品类去实现这个Brand方法；具体产品类实现Brand方法，打印出自己属于哪个具体的产品品牌；抽象工厂类定义了ProduceMilk方法，具体工厂类继承抽象工厂类，需要实现ProduceMilk方法，且返回值为抽象产品类Milk（这里一定要返回抽象产品类，方法内部生产具体的产品对象，使用父类指针指向子类指针实现多态）

代码示例：

package mainimport "fmt"// 工厂方法就是：简单工厂+开闭原则// 抽象层
// 抽象产品类
type Milk interface {Brand()
}// 抽象工厂类
type AbstractMilkFactory interface {ProduceMilk() Milk
}// 实现层
// 牛奶类的具体产品类
type MengNiu struct {brand string
}func (m *MengNiu) Brand() {fmt.Println("品牌:" + m.brand)
}// 牛奶类的具体产品类
type YiLi struct {brand string
}func (y *YiLi) Brand() {fmt.Println("品牌:" + y.brand)
}// 工厂类的具体对象
// 蒙牛工厂
type MengNiuFactory struct {
}func (m *MengNiuFactory) ProduceMilk() Milk {var mengNiu MengNiumengNiu.brand = "蒙牛"return &mengNiu
}// 伊利工厂
type YiLiFactory struct {
}func (y *YiLiFactory) ProduceMilk() Milk {var yili YiLiyili.brand = "伊利"return &yili
}// 业务逻辑层
func main() {// 1.创建蒙牛抽象牛奶工厂var mnFacroty AbstractMilkFactory// 2.实例化成蒙牛工厂mnFacroty = new(MengNiuFactory)// 3.生产蒙牛牛奶mnMilk := mnFacroty.ProduceMilk()// 4.显示牛奶品牌mnMilk.Brand()// 5.创建伊利抽象牛奶工厂var ylFactory AbstractMilkFactory// 6.实例化成伊利工厂ylFactory = new(YiLiFactory)// 7.生产伊利牛奶ylMilk := ylFactory.ProduceMilk()// 8.显示牛奶品牌ylMilk.Brand()
}

代码解释：定义抽象牛奶产品和抽象牛奶工厂，定义蒙牛和伊利两种具体牛奶产品和具体牛奶工厂。main函数（业务逻辑层）只需要跟抽象牛奶产品和抽象牛奶工厂进行交互，符合依赖倒转原则（对这个原则不太清楚的小伙伴，可以参考这篇文章一文搞懂设计模式之七大原则）

优点：

新增一个具体产品时，无需修改产品和工厂的源代码，符合开闭原则
每个工厂只负责创建一个产品，不需要多个if…else判断创建什么产品，符合单一职责原则
业务逻辑层只需要跟抽象的产品和抽象的工厂进行交互，符合依赖倒转原则

缺点：

每新增一个具体产品类，都需要新增一个对应的工厂类，代码新增程度是1:1的，增加了程序的复杂程度和代码工作量。
很难对抽象产品类或者抽象工厂类进行扩展，一旦扩展，所有子类都需要进行修改。

抽象工厂模式

在介绍抽象工厂模式之前先介绍两个概念：产品等级结构和产品族

产品等级结构：产品等级结构即产品的继承结构。通俗理解：具有相同功能但是来自于不同生产厂商的产品零部件，它们的一个完备集合叫做产品等级结构。

产品族：指由同一个工厂生产的，位于不同产品等级结构中的一组产品。

类图

来看一下抽象工厂的类图，首先明确有哪些抽象类和哪些具体类，抽象类是一个完整的产品等级结构，抽象衣服类、抽象裤子类、抽象鞋类，抽象的工厂类；具体类有中国衣服类、中国裤子类、中国鞋类、日本衣服裤子鞋类，中国工厂类和日本工厂类。中国的衣服裤子鞋组成了中国的产品族，日本衣服裤子鞋组成了日本产品族。中国工厂只依赖于（生产）中国的衣服裤子鞋，日本工厂只依赖于（生产）日本的衣服裤子鞋。

代码示例：

package mainimport "fmt"// 抽象工厂的作用在于不用每新建一个品类，都创建一个工厂，每个工厂生产一整套产品等级结构
// 练习：产品等级结构为
// clothes trousers shoes  衣服 裤子 鞋// 抽象层
// 产品等级结构为Clothes，trousers，shoes
type Clothes interface {PutOn()
}
type Trousers interface {PutOn()
}
type Shoes interface {TakeOn()
}// 产品族：生产完整的产品等级结构的工厂
// 一个工厂能生产出完整的产品
type AbsFactory interface {CreateClothes() ClothesCreateTrousers() TrousersCreateShoes() Shoes
}// 实现层
// 不同产品族的产品等级结构全部创建完成
type ChinaClothes struct {
}func (c *ChinaClothes) PutOn() {fmt.Println("穿上中国衣服")
}type ChinaTrousers struct {
}func (c *ChinaTrousers) PutOn() {fmt.Println("穿上中国裤子")
}type ChinaShoes struct {
}func (c *ChinaShoes) TakeOn() {fmt.Println("穿上中国鞋")
}type JapanClothes struct {
}func (j *JapanClothes) PutOn() {fmt.Println("穿上日本衣服")
}type JapanTrousers struct {
}func (j *JapanTrousers) PutOn() {fmt.Println("穿上日本裤子")
}type JapanShoes struct {
}func (j *JapanShoes) TakeOn() {fmt.Println("穿上日本鞋")
}// 创建中国和日本工厂
type ChinaFactory struct {
}func (c *ChinaFactory) CreateClothes() Clothes {return &ChinaClothes{}
}
func (c *ChinaFactory) CreateTrousers() Trousers {return &ChinaTrousers{}
}
func (c *ChinaFactory) CreateShoes() Shoes {return &ChinaShoes{}
}type JapanFactory struct {
}func (j *JapanFactory) CreateClothes() Clothes {return &JapanClothes{}
}
func (j *JapanFactory) CreateTrousers() Trousers {return &JapanTrousers{}
}
func (j *JapanFactory) CreateShoes() Shoes {return &JapanShoes{}
}// 业务逻辑层
func main() {// 1.定义抽象中国工厂var chinaFac AbsFactory// 2.实例化中国工厂chinaFac = new(ChinaFactory)// 3.中国工厂生产中国衣服chinaClothes := chinaFac.CreateClothes()// 4.中国工厂生产中国裤子chinaTrousers := chinaFac.CreateTrousers()// 5.中国工厂生产中国鞋chinaShoes := chinaFac.CreateShoes()// 6.调用中国产品的方法chinaClothes.PutOn()chinaTrousers.PutOn()chinaShoes.TakeOn()// 日本工厂同理var japanFac AbsFactoryjapanFac = new(JapanFactory)japanClothes := japanFac.CreateClothes()japanTrousers := japanFac.CreateTrousers()japanShoes := japanFac.CreateShoes()japanClothes.PutOn()japanTrousers.PutOn()japanShoes.TakeOn()
}

优点：