Factory Method Pattern

update Oct 23, 2019

1. Introduction

在 Template Method 中，在父类中规定处理流程，在子类中提供每个步骤的具体实现。我们将该模式用于生成instance，就演变为了这里的 Factory Method Pattern.

在 Factory Method 模式中，父类决定生成实例的方式，但并不决定要生成的具体类，具体处理交给子类。这样就可以将生成实例的框架（framework）和实际负责生成实例的类解耦。

2. 举例

package framework;

public abstract class Factory {
    // create, Template Method Pattern
    public final Product create(String owner) {
        Product p = createProduct(owner);
        registerProduct(p);
        return p;
    }
    // 每个步骤具体实现交给子类
    protected abstract Product createProduct(String owner);
    protected abstract void registerProduct(Product product);
}

import famework.*;
import idcard.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Factory factory = new IDCardFactory();
        Product card1 = factory.create("xiaoming");
        Product card2 = factory.create("xiaohong");
        card1.use();
        card2.use();
    }
}

假设我们又一个用来生成 idcard instance 的框架。每个 idcard 都继承自 Product class，需要实现use方法。而对于 Factory，createProduct 方法是具体生成 instance 的抽象方法，需要由继承 Factory Class 的 subclass 实现。而 create 方法是 Factory 的 template method，在其中实现了生成一个 Product 所需要的通用逻辑，在这里，我们需要在 create 方法中调用 registerProduct。registerProduct 也需要由 subclass 实现。

可以看到这里其实应用了 Template Method 模式，我们在父类 Factory 的 create 中实现了生成Product的逻辑，而在 subclass IDCardFactory 中实现每个步骤的具体操作（createProduct, registerProduct）。

另外需要注意 framework 和 idcard 是属于不同的包的，这也更加接近实际工作中面对的code。用于生成实例的代码往往是框架提供，而类似于 idcard 之类具体的类则是 user 来实现的。

3. Factory Method 模式中的角色

i. Product

属于框架framework这一方，是一个抽象类，定义了在 Factory Method 模式中生成的instance所持有的API。

ii. Creator

Creator角色也属于框架一方，它负责生成product的抽象类，但具体但处理则由子类 ConcreteCreator 角色决定。在上面的例子中由 Factory 担任。

需要注意的是 Creator 角色对 ConcreteCreator 角色一无所知，唯一知道的就是可以通过调用 Product 角色和生成实例方法（例子中的 factoryMethod 方法）就可以生成实例。不用new关键字生成实例，而是调用生成实例专用方法，这样就避免了父类与具体类之间的耦合。

iii. ConcreteProduct

ConcreteProduct 角色属于具体加工一方，决定了具体的产品，在实例中，由 IDCard class 扮演。

iv. ConcreteCreator

具体加工，IDCardFactory class。

4. 拓展思路

i. 框架与具体加工

我们将 “框架” 与 “具体加工” 分别封装在不同的包中，这样我们使用相同的框架就可以创建出其他类的 “产品” 和 “工厂”。例如，我们如果想要用同样的 Factory 和 Product 生成 “Televison”，我们只需要创建 “Televison class” 和 “TelevisonFactory class” 即可，而不需要修改 framework 包的内容。关于这一点，我们称 framework包不依赖于idcard包。

ii. 生成实例 方法的三种实现

在例子中，Factory 类中的 createProduct 方法是 abstract method，也就是说需要在子类中实现。createProduct一般有以下三种实现方法。

1. 指定其为抽象方法

   指定为抽象方法之后，子类就必须实现，否则会报错

2. 为其指定默认实现

   根据具体情况，有时也可以为其提供具体的默认实现，子类可以选择 override。

3. 抛出异常

   如果子类没有实现该方法，该方法在被调用时抛出异常。

5. 相关设计模式

1. Template Method Pattern

   Factory Method 模式是 Template Method 的典型应用，上面例子中的 create 方法就是 templete method。

2. Singleton Pattern

   多数情况下我们都将 Singleton 模式用于 Creator 角色的类，因为在程序中无需多个相同 Creator 的instance。

3. Composite Pattern

   可以讲 Composite 模式用于 Product 角色

4. Iterator Pattern

   在Iterator模式中使用iterator方法生成 Iterator instance 的时候可能会使用 Factory Method Pattern。