工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一个创建对象的接口，但允许子类决定实例化哪一个类。工厂模式有几种变体，包括简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。下面通过一个简化的案例和对Java标准库中使用工厂模式的源码分析来说明这一模式。
### 简单工厂模式案例
假设我们要创建不同类型的形状（Shape），如圆形（Circle）、正方形（Square）等，但不希望在客户端代码中直接使用`new`关键字来创建具体形状的对象，以保持代码的灵活性和扩展性。
首先定义一个`Shape`接口：
```java
public interface Shape {
void draw();
}
```
然后创建几个实现这个接口的具体形状类：
```java
public class Circle implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Drawing Circle");
}
}
public class Square implements Shape {
@Override
public void draw() {
System.out.println("Drawing Square");
}
}
```
接下来是简单工厂类，它负责根据输入创建具体的形状对象：
```java
public class ShapeFactory {
public static Shape getShape(String shapeType) {
if (shapeType == null) {
return null;
}
if ("CIRCLE".equalsIgnoreCase(shapeType)) {
return new Circle();
} else if ("SQUARE".equalsIgnoreCase(shapeType)) {
return new Square();
}
// 可以添加更多形状
throw new IllegalArgumentException("Invalid shape type");
}
}
```
客户端代码使用工厂来获取形状对象，而无需了解具体创建细节：
```java
public class SimpleFactoryDemo {
public static void main(String[] args) {
Shape circle = ShapeFactory.getShape("CIRCLE");
circle.draw();
Shape square = ShapeFactory.getShape("SQUARE");
square.draw();
}
}
```
### Java标准库中的工厂模式示例：`java.util.Calendar`
Java标准库中的`Calendar`类是一个使用工厂方法模式的例子。它提供了一个静态方法`getInstance()`，该方法返回一个`Calendar`实例，这个实例是根据系统的默认时区和语言环境创建的。
```java
public class Calendar {
// 防止实例化
private Calendar() {}
public static Calendar getInstance() {
return createCalendar(TimeZone.getDefaultRef(), Locale.getDefault(Locale.Category.FORMAT));
}
// 实际创建日历实例的私有方法
private static Calendar createCalendar(TimeZone zone, Locale locale) {
// 实现细节...
}
}
```
在这个例子中，`getInstance()`方法就是工厂方法，它隐藏了`Calendar`实例的具体创建逻辑，使得客户端能够以一种统一且易于使用的方式获得`Calendar`对象，同时保持了系统的灵活性和扩展性。
以上展示了工厂模式的基本概念、一个简单的实现案例，以及在Java标准库中的应用示例。在实际应用中，根据项目的复杂度和需求，可以选择合适的工厂模式变体来设计代码结构。
### 工厂方法模式案例
工厂方法模式与简单工厂模式的主要区别在于，它为每个产品类提供一个对应的工厂类，这样做的好处是当需要添加新产品时，只需要添加相应的产品类和工厂类即可，不需要修改已有的代码，符合开闭原则。
假设我们扩展上面的形状例子，采用工厂方法模式：
首先，定义一个工厂接口：
```java
public interface ShapeFactory {
Shape createShape();
}
```
然后，为每种形状创建对应的工厂类：
```java
public class CircleFactory implements ShapeFactory {
@Override
public Shape createShape() {
return new Circle();
}
}
public class SquareFactory implements ShapeFactory {
@Override
public Shape createShape() {
return new Square();
}
}
```
客户端代码不再直接与具体工厂或产品交互，而是通过工厂接口操作：
```java
public class FactoryMethodDemo {
public static void main(String[] args) {
ShapeFactory circleFactory = new CircleFactory();
Shape circle = circleFactory.createShape();
circle.draw();
ShapeFactory squareFactory = new SquareFactory();
Shape square = squareFactory.createShape();
square.draw();
}
}
```
### 抽象工厂模式案例
抽象工厂模式提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要明确指定具体类。
假设我们的图形系统除了形状外，还包含颜色。我们可以定义两个接口，一个是形状工厂，另一个是颜色工厂，然后创建一个抽象工厂来组合这两个工厂：
```java
public interface Color {
void fill();
}
public class Red implements Color {
@Override
public void fill() {
System.out.println("Filling with Red color");
}
}
// 省略其他颜色类...
public interface AbstractFactory {
Shape getShape(String shapeType);
Color getColor(String colorType);
}
public class ShapeColorFactory implements AbstractFactory {
@Override
public Shape getShape(String shapeType) {
// 实现与简单工厂类似，根据类型返回具体形状
}
@Override
public Color getColor(String colorType) {
// 根据类型返回具体颜色
}
}
```
客户端通过抽象工厂来获取形状和颜色：
```java
public class AbstractFactoryDemo {
public static void main(String[] args) {
AbstractFactory factory = new ShapeColorFactory();
Shape shape = factory.getShape("CIRCLE");
shape.draw();
Color color = factory.getColor("RED");
color.fill();
}
}
```
### 总结
- **简单工厂模式**：一个工厂类负责所有产品的创建，易于使用但不便于扩展和维护。
- **工厂方法模式**：每个产品都有对应的工厂类，符合开闭原则，易于扩展，但会增加类的数量。
- **抽象工厂模式**：提供一个接口来创建一系列相关或相互依赖的对象，适合系统中有多组产品族的情况。
选择哪种工厂模式取决于项目需求的复杂度和预期的扩展性。
