什么是工厂方法模式？

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，它通过定义一个接口来创建对象，但将对象的具体实现推迟到子类中。这意味着，工厂方法模式允许子类决定实例化哪个类，使得代码的扩展更加灵活和易于维护。

与简单工厂模式相比，工厂方法模式不再依赖于一个单一的工厂类，而是通过抽象工厂接口来实现对象的创建。这种模式强调了“对接口编程，而非对实现编程”的设计原则。了解其他的设计模式相关的可以点击查看 软件工程中的设计模式：解决问题的最佳实践

工厂方法模式和简单工厂模式的区别

工厂方法模式和简单工厂模式都是创建型设计模式，它们的主要区别体现在对象创建的灵活性、扩展性以及设计原则的遵循上。下面我们来详细比较这两种模式。简单工厂模式的介绍与示例可以看上一篇博文，深入理解设计模式之简单工厂模式：在Golang中的实现与应用

1. 类结构的设计

• 简单工厂模式：对象的创建逻辑集中在一个工厂类中，根据输入的参数来决定返回哪种类型的对象。工厂类负责所有产品的创建。

  • 结构简单：只有一个工厂类负责创建不同的产品对象。
  • 创建逻辑集中：所有创建逻辑都集中在一个地方。

• 工厂方法模式：通过一个抽象的工厂接口，将对象的创建推迟到子类来实现。每个具体的工厂类只负责创建某一种类型的产品。

  • 更加灵活：每个具体工厂负责创建特定的产品类型，且支持通过继承或实现接口进行扩展。
  • 分散创建逻辑：不同的工厂类各自负责特定产品的创建，创建逻辑分散。

2. 扩展性

• 简单工厂模式：如果需要添加新的产品类型，必须修改工厂类的代码，这会违反“开闭原则”（对扩展开放，对修改关闭）。每次添加新产品，都会影响工厂类的实现。

• 工厂方法模式：符合开闭原则，添加新的产品类型时，只需创建新的工厂子类和相应的产品类，而不需要修改现有的工厂类或客户端代码。每个工厂子类独立负责具体产品的创建。

3. 产品种类

• 简单工厂模式：适用于产品种类较少，且创建逻辑不复杂的情况。当产品种类增多时，工厂类可能会变得过于复杂且难以维护。

• 工厂方法模式：适用于产品种类较多，且需要频繁扩展或变更产品类型的情况。每个具体工厂类只处理一种产品的创建，结构更加清晰。

4. 使用场景

• 简单工厂模式：

  • 使用场景简单，只有少量产品类型。
  • 适合不频繁扩展产品类型的项目。
  • 代码维护成本较低，适用于小型系统。

• 工厂方法模式：

  • 当有大量不同类型的产品需要创建，且创建逻辑较为复杂时使用。
  • 适合产品类型经常变化或需要扩展的项目。
  • 代码更具扩展性，适用于大型系统或复杂业务场景。

5. 实现复杂度

• 简单工厂模式：实现较为简单，只需要一个工厂类，根据输入参数决定创建哪种产品。

• 工厂方法模式：实现较为复杂，涉及多个工厂类和产品类。需要定义工厂接口，并由不同的工厂子类来实现具体产品的创建。

总结

• 简单工厂模式适用于创建逻辑简单、产品种类较少、扩展需求较低的场景，优点是实现简单、使用方便，但随着产品种类的增加会逐渐变得难以维护。
• 工厂方法模式适用于需要频繁扩展产品种类、对系统灵活性要求较高的场景，虽然实现较为复杂，但它提供了更好的扩展性和更清晰的结构，符合面向对象设计的开闭原则。

根据项目的复杂度和扩展需求，开发者可以选择合适的工厂模式来提高代码的可维护性和扩展性。

解决什么问题？

工厂方法模式解决了以下问题：

• 解耦：通过引入工厂接口，客户端代码不再直接依赖具体类，提高了代码的灵活性。
• 扩展性：新产品的添加不需要修改现有代码，只需创建新的子类和相应的工厂类，符合开闭原则。
• 统一创建逻辑：所有产品的创建逻辑被集中管理在工厂中，方便进行维护和扩展。

何时使用工厂方法模式？

在以下场景中，工厂方法模式是一个理想选择：

• 当一个类无法预测将要创建的对象类型时。
• 当一个类希望由其子类来指定所创建对象的类型时。
• 当需要将对象的创建与其使用解耦时。

工厂方法模式的优缺点

优点：

1. 灵活性高：新类型的产品只需添加新的工厂和产品类，不会影响现有代码。
2. 符合开闭原则：可以在不修改现有代码的情况下扩展功能。
3. 清晰的代码结构：通过抽象工厂接口，代码结构更加清晰，便于管理。

缺点：

1. 增加类的数量：需要为每种产品和相应的工厂创建新类，可能导致类的数量增加，增加系统复杂性。
2. 简单场景过于复杂：对于产品种类少的场景，使用工厂方法模式可能显得过于复杂。

Golang 中工厂方法模式的实现

下面我们通过一个实际的例子展示如何在 Golang 中实现工厂方法模式。假设我们需要创建不同类型的交通工具（如自行车和汽车），每种交通工具都有自己的实现。工厂方法模式使用子类的方式延迟生成对象到子类中实现。Golang中没有继承的概念，所以这里我们使用使用匿名组合来实现

package main

import "fmt"

// Vehicle 是所有交通工具的接口
type Vehicle interface {
    Drive() string
}

// Bike 自行车实现了 Vehicle 接口
type Bike struct{}

func (b *Bike) Drive() string {
    return "Bike is being driven"
}

// Car 汽车实现了 Vehicle 接口
type Car struct{}

func (c *Car) Drive() string {
    return "Car is being driven"
}

// VehicleFactory 是一个抽象工厂接口
type VehicleFactory interface {
    CreateVehicle() Vehicle
}

// BikeFactory 是具体的工厂，用于创建自行车
type BikeFactory struct{}

func (b *BikeFactory) CreateVehicle() Vehicle {
    return &Bike{}
}

// CarFactory 是具体的工厂，用于创建汽车
type CarFactory struct{}

func (c *CarFactory) CreateVehicle() Vehicle {
    return &Car{}
}

func main() {
    // 创建工厂实例
    var factory VehicleFactory

    // 使用自行车工厂
    factory = &BikeFactory{}
    vehicle1 := factory.CreateVehicle()
    fmt.Println(vehicle1.Drive())

    // 使用汽车工厂
    factory = &CarFactory{}
    vehicle2 := factory.CreateVehicle()
    fmt.Println(vehicle2.Drive())
}

Golang 实现说明

• 定义了 Vehicle 接口，所有类型的交通工具（Bike 和 Car）都实现了该接口的 Drive() 方法。
• 创建了 VehicleFactory 抽象工厂接口，并定义了 CreateVehicle() 方法。
• BikeFactory 和 CarFactory 分别实现了 VehicleFactory 接口，用于创建相应类型的交通工具。
• 在 main() 函数中，通过不同的工厂创建交通工具对象并调用其 Drive() 方法。

实际开发中的使用注意事项

1. 工厂接口设计：设计工厂接口时，确保它能够涵盖所有需要创建的产品类型。合理的接口设计可以简化后续的扩展。
2. 保持代码清晰：尽量避免工厂类之间的复杂依赖关系，确保每个工厂的职责单一。
3. 性能考虑：如果工厂方法的创建逻辑非常复杂，可能会对性能产生影响。在这种情况下，可以考虑使用缓存机制或其他优化策略。
4. 文档与示例：在团队协作时，为工厂方法模式提供充分的文档和示例，以确保团队成员理解其使用方式。

参考链接

• Golang 官方文档
• 设计模式 - 工厂方法模式（维基百科）