深入浅出设计模式——工厂方法模式（Factory Method）

介绍
在简单工厂模式中，我们提到，工厂方法模式是简单工厂模式的一个延伸，它属于Gof23中设计模式的创建型设计模式。它解决的仍然是软件设计中与创建对象有关的问题。它可以更好的处理客户的需求变化。

引入
我们继续来说"new"的问题，我们在简单工厂模式中，将实例化对象的工作推迟到了专门负责创建对象的工厂类中，这样，在我们事先预知的情况下，可以根据我们的需要动态创建产品类。但是，我们的预知是有限的，客户的变化可能是无限的。所以，就出现了问题，一旦客户的变化超越了我们的预知，我们就必须修改我们的源代码了。这是设计模式所不允许的，怎么办呢？工厂方法模式正是解决此类问题的。
问题：具体工厂类的创建工作不能满足我们的要求了，创建的工作变化了
解决思路：哪里变化，封装哪里。把具体工厂封装起来。

定义
工厂方法模式又称为工厂模式，也叫虚拟构造器（Virtual Constructor）模式或者多态工厂模式（Polymorphic Factory），在工厂方法模式中，父类负责定义创建对象的公共接口，而子类则负责生成具体的对象，这样做的目的是将类的实例化操作延迟到子类中完成，即由子类来决定究竟应该实例化（创建）哪一个类。
工厂方式法模式（Factory Method），定义了一个用于创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到子类。

意图
定义一个用户创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，工厂方法模式使一个类的实例化延迟到其子类。

参与者
抽象产品角色（Product）：定义产品的接口
具体产品角色（ConcreteProduct） ：实现接口Product的具体产品类
抽象工厂角色（Creator） ：声明工厂方法（FactoryMethod），返回一个产品
真实的工厂（ConcreteCreator）：实现FactoryMethod工厂方法，由客户调用，返回一个产品的实例
工厂方法模式UML图

现实生活中的例子
为了方便大家理解，我仍然举穿衣服方面的一个例子。这个例子与简单工厂模式中的那个例子有些不同。
据说清朝有个皇帝穿衣非常的奢侈，每种衣服（具体产品类）由一宫女（具体工厂类）专门负责，这样一来，每增加一种衣服（具体产品类），就要多出一个宫女（具体工厂类），但是他们各负其责，互不影响。皇帝之所以这样做，是因为针对穿衣服这件事来说，可扩展性是非常强的。

分析
实现的功能：可以根据皇帝的要求，动态的创建（由宫女去拿）已存在的具体产品（衣服），如果皇帝的要求太苛刻，这种衣服还没有，只需要增加一个宫女，一个衣服就能够满足他的要求了。每个宫女只负责一种衣服（高内聚），要增加一种衣服，对于以前的所有宫女与衣服来说，都不会受到影响（设计模式中所期望的）。说到这里，是不是明白了工厂方法模式所能解决的问题及其应用了？呵呵。。你一定在想，比简单工厂模式灵活性高吧。
体系结构

ICoat.cs

namespace FactoryMethod
{
    /// <summary>
    /// 抽象产品类
    /// </summary>
    public interface ICoat
    {
        void ShowCoat();
    }
}

IFactory.cs

namespace FactoryMethod
{
    /// <summary>
    /// 抽象工厂类，定义产品的接口
    /// </summary>
    public interface IFactory
    {
        ICoat CreateCoat();
    }
}

FashionCoat.cs

using System;

namespace FactoryMethod
{
    /// <summary>
    /// 具体产品类，时尚上衣类
    /// </summary>
    public class FashionCoat :ICoat
    {
        public void ShowCoat()
        {
            Console.WriteLine("这件是时尚上衣");
        }
    }
}

BusinessCoat.cs

using System;

namespace FactoryMethod
{
    /// <summary>
    /// 具体产品类，商务上衣类
    /// </summary>
    public class BusinessCoat :ICoat
    {
        public void ShowCoat()
        {
            Console.WriteLine("这件是商务上衣");
        }
    }
}

FashionFactory.cs

namespace FactoryMethod
{
    /// <summary>
    /// 具体工厂类，用于创建时尚上衣
    /// </summary>
    public class FashionFactory :IFactory
    {
        public ICoat CreateCoat()
        {
            return new FashionCoat();
        }
    }
}

BusinessFactory.cs

namespace FactoryMethod
{
    /// <summary>
    /// 具体工厂类:用于创建商务上衣类
    /// </summary>
    public class BusinessFactory : IFactory
    {
        public ICoat CreateCoat()
        {
            return new BusinessCoat();
        }
    }
}

App.config

<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
    <appSettings>
        <add key="FactoryName" value="FashionFactory"/>
    </appSettings>
</configuration>

Program.cs

using System;
using System.Configuration;
using System.Reflection;

namespace FactoryMethod
{
    class Client
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //BusinessFactory factory = new BusinessFactory();
            //为了方便以后修改,将工厂类的类名写在应用程序配置文件中
            string factoryName = ConfigurationManager.AppSettings["FactoryName"];
            IFactory factory = (IFactory)Assembly.Load("FactoryMethod").CreateInstance("FactoryMethod." + factoryName);

            ICoat coat = factory.CreateCoat();
            //显示你要的上衣
            coat.ShowCoat();
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

客户端代码需要注意的两个地方：
1、把具体工厂类类名称写在了应用程序配置文件中，方便修改；
2、用到了反射，利用.NET提供的反射可以根据类名来创建它的实例，非常方便。

工厂方法模式的优点
在工厂方法模式中，工厂方法用来创建客户所需要的产品，同时还向客户隐藏了哪种具体产品类将被实例化这一细节，用户只需要关心所需产品对应的工厂，无须关心创建细节，甚至无须知道具体产品类的类名。
基于工厂角色和产品角色的多态性设计是工厂方法模式的关键。它能够使工厂可以自主确定创建何种产品对象，而如何创建这个对象的细节则完全封装在具体工厂内部。工厂方法模式之所以又被称为多态工厂模式，是因为所有的具体工厂类都具有同一抽象父类。
使用工厂方法模式的另一个优点是在系统中加入新产品时，无须修改抽象工厂和抽象产品提供的接口，无须修改客户端，也无须修改其他的具体工厂和具体产品，而只要添加一个具体工厂和具体产品就可以了。这样，系统的可扩展性也就变得非常好，完全符合“开闭原则”。

工厂方法模式的缺点
在添加新产品时，需要编写新的具体产品类，而且还要提供与之对应的具体工厂类，系统中类的个数将成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度，有更多的类需要编译和运行，会给系统带来一些额外的开销。
由于考虑到系统的可扩展性，需要引入抽象层，在客户端代码中均使用抽象层进行定义，增加了系统的抽象性和理解难度，且在实现时可能需要用到DOM、反射等技术，增加了系统的实现难度。

模式适用环境
在以下情况下可以使用工厂方法模式：
一个类不知道它所需要的对象的类：在工厂方法模式中，客户端不需要知道具体产品类的类名，只需要知道所对应的工厂即可，具体的产品对象由具体工厂类创建；客户端需要知道创建具体产品的工厂类。
一个类通过其子类来指定创建哪个对象：在工厂方法模式中，对于抽象工厂类只需要提供一个创建产品的接口，而由其子类来确定具体要创建的对象，利用面向对象的多态性和里氏代换原则，在程序运行时，子类对象将覆盖父类对象，从而使得系统更容易扩展。
将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定，可将具体工厂类的类名存储在配置文件或数据库中。

小结
工厂方法模式又称为工厂模式，它属于类创建型模式。在工厂方法模式中，工厂父类负责定义创建产品对象的公共接口，而工厂子类则负责生成具体的产品对象，这样做的目的是将产品类的实例化操作延迟到工厂子类中完成，即通过工厂子类来确定究竟应该实例化哪一个具体产品类。
工厂方法模式包含四个角色：抽象产品是定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型，即产品对象的共同父类或接口；具体产品实现了抽象产品接口，某种类型的具体产品由专门的具体工厂创建，它们之间往往一一对应；抽象工厂中声明了工厂方法，用于返回一个产品，它是工厂方法模式的核心，任何在模式中创建对象的工厂类都必须实现该接口；具体工厂是抽象工厂类的子类，实现了抽象工厂中定义的工厂方法，并可由客户调用，返回一个具体产品类的实例。
工厂方法模式是简单工厂模式的进一步抽象和推广。由于使用了面向对象的多态性，工厂方法模式保持了简单工厂模式的优点，而且克服了它的缺点。在工厂方法模式中，核心的工厂类不再负责所有产品的创建，而是将具体创建工作交给子类去做。这个核心类仅仅负责给出具体工厂必须实现的接口，而不负责产品类被实例化这种细节，这使得工厂方法模式可以允许系统在不修改工厂角色的情况下引进新产品。
工厂方法模式的主要优点是增加新的产品类时无须修改现有系统，并封装了产品对象的创建细节，系统具有良好的灵活性和可扩展性；其缺点在于增加新产品的同时需要增加新的工厂，导致系统类的个数成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂性。
工厂方法模式适用情况包括：一个类不知道它所需要的对象的类；一个类通过其子类来指定创建哪个对象；将创建对象的任务委托给多个工厂子类中的某一个，客户端在使用时可以无须关心是哪一个工厂子类创建产品子类，需要时再动态指定。