设计模式：创建型02-工厂方法模式

1. 简单工厂模式

在了解工厂方法模式之前，有必要对“简单工厂”模式进行一定的了解，简单工厂模式是一种创建型设计模式，但并不属于23种设计模式之一，更多的是一种编程习惯。

简单工厂模式的核心思想是将产品的创建过程封装在一个工厂类中，把创建对象的流程集中在这个工厂类里面。

简单工厂模式包括三个主要角色，工厂类、抽象产品、具体产品，下面的图示则展示了工厂类的基本结构。

抽象产品，比如下图中的Shape 接口，描述产品的通用行为。
具体产品: 实现抽象产品接口或继承抽象产品类，比如上面的Circle类和Square类，具体产品通过简单工厂类的if-else逻辑来实例化。
工厂类：负责创建产品，根据传递的不同参数创建不同的产品示例。

简单工厂类简化了客户端操作，客户端可以调用工厂方法来获取具体产品，而无需直接与具体产品类交互，降低了耦合，但是有一个很大的问题就是不够灵活，如果需要添加新的产品，就需要修改工厂类的代码。

2. 什么是工厂方法模式

工厂方法模式也是一种创建型设计模式，简单工厂模式只有一个工厂类，负责创建所有产品，如果要添加新的产品，通常需要修改工厂类的代码。而工厂方法模式引入了抽象工厂和具体工厂的概念，每个具体工厂只负责创建一个具体产品，添加新的产品只需要添加新的工厂类而无需修改原来的代码，这样就使得产品的生产更加灵活，支持扩展，符合开闭原则。

工厂方法模式分为以下几个角色：

抽象工厂：一个接口，包含一个抽象的工厂方法（用于创建产品对象）。
具体工厂：实现抽象工厂接口，创建具体的产品。
抽象产品：定义产品的接口。
具体产品：实现抽象产品接口，是工厂创建的对象。

实际上工厂方法模式也很好理解，就拿“手机Phone”这个产品举例，手机是一个抽象产品，小米手机、华为手机、苹果手机是具体的产品实现，而不同品牌的手机在各自的生产厂家生产。

3. 基本实现

根据上面的类图，我们可以写出工厂方法模式的基本实现。

// 抽象产品
interface Shape {
    void draw();
}

// 具体产品 - 圆形
class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Circle");
    }
}

// 具体产品 - 正方形
class Square implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("Square");
    }
}

// 抽象工厂
interface ShapeFactory {
    Shape createShape();
}

// 具体工厂 - 创建圆形
class CircleFactory implements ShapeFactory {
    @Override
    public Shape createShape() {
        return new Circle();
    }
}

// 具体工厂 - 创建正方形
class SquareFactory implements ShapeFactory {
    @Override
    public Shape createShape() {
        return new Square();
    }
}

// 客户端代码
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeFactory circleFactory = new CircleFactory();
        Shape circle = circleFactory.createShape();
        circle.draw();  // 输出：Circle

        ShapeFactory squareFactory = new SquareFactory();
        Shape square = squareFactory.createShape();
        square.draw();  // 输出：Square
    }
}

4. 应用场景

工厂方法模式使得每个工厂类的职责单一，每个工厂只负责创建一种产品，当创建对象涉及一系列复杂的初始化逻辑，而这些逻辑在不同的子类中可能有所不同时，可以使用工厂方法模式将这些初始化逻辑封装在子类的工厂中。在现有的工具、库中，工厂方法模式也有广泛的应用，比如：

Spring 框架中的 Bean 工厂：通过配置文件或注解，Spring 可以根据配置信息动态地创建和管理对象。
JDBC 中的 Connection 工厂：在 Java 数据库连接中，DriverManager 使用工厂方法模式来创建数据库连接。不同的数据库驱动（如 MySQL、PostgreSQL 等）都有对应的工厂来创建连接。

5. 举例说明

5.1 工厂方法模式-积木工厂

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Scanner;

// 抽象积木接口
interface Block {
    void produce();
}

// 具体圆形积木实现
class CircleBlock implements Block {
    @Override
    public void produce() {
        System.out.println("Circle Block");
    }
}

// 具体方形积木实现
class SquareBlock implements Block {
    @Override
    public void produce() {
        System.out.println("Square Block");
    }
}

// 抽象积木工厂接口
interface BlockFactory {
    Block createBlock();
}

// 具体圆形积木工厂实现
class CircleBlockFactory implements BlockFactory {
    @Override
    public Block createBlock() {
        return new CircleBlock();
    }
}

// 具体方形积木工厂实现
class SquareBlockFactory implements BlockFactory {
    @Override
    public Block createBlock() {
        return new SquareBlock();
    }
}

// 积木工厂系统
class BlockFactorySystem {
    private List<Block> blocks = new ArrayList<>();

    public void produceBlocks(BlockFactory factory, int quantity) {
        for (int i = 0; i < quantity; i++) {
            Block block = factory.createBlock();
            blocks.add(block);
            block.produce();
        }
    }

    public List<Block> getBlocks() {
        return blocks;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 创建积木工厂系统
        BlockFactorySystem factorySystem = new BlockFactorySystem();

        // 读取生产次数
        int productionCount = scanner.nextInt();
        scanner.nextLine();

        // 读取每次生产的积木类型和数量
        for (int i = 0; i < productionCount; i++) {
            String[] productionInfo = scanner.nextLine().split(" ");
            String blockType = productionInfo[0];
            int quantity = Integer.parseInt(productionInfo[1]);

            if (blockType.equals("Circle")) {
                factorySystem.produceBlocks(new CircleBlockFactory(), quantity);
            } else if (blockType.equals("Square")) {
                factorySystem.produceBlocks(new SquareBlockFactory(), quantity);
            }
        }
    }
}