工厂模式(Factory Pattern)的实现与应用

作者：陈川阅读数：8708人阅读分类： JavaScript

工厂模式的基本概念

工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们不直接使用new操作符来创建对象，而是通过调用工厂方法来创建对象。这种模式将对象的创建过程封装起来，使得客户端代码不需要关心具体的实例化过程。

工厂模式的核心思想是将对象的创建与使用分离，这样可以降低代码的耦合度，提高系统的可维护性和可扩展性。当需要创建的对象类型较多或者创建过程比较复杂时，工厂模式特别有用。

简单工厂模式

简单工厂模式是最基础的工厂模式实现，它通过一个工厂类来创建不同类型的对象。下面是一个JavaScript实现的例子：

class Car {
  constructor(model, year) {
    this.model = model;
    this.year = year;
  }
  
  getInfo() {
    return `${this.model} (${this.year})`;
  }
}

class CarFactory {
  static createCar(type) {
    switch(type) {
      case 'sedan':
        return new Car('Toyota Camry', 2022);
      case 'suv':
        return new Car('Honda CR-V', 2023);
      case 'truck':
        return new Car('Ford F-150', 2021);
      default:
        throw new Error('Unknown car type');
    }
  }
}

// 使用工厂创建汽车
const mySedan = CarFactory.createCar('sedan');
console.log(mySedan.getInfo()); // 输出: Toyota Camry (2022)

const mySUV = CarFactory.createCar('suv');
console.log(mySUV.getInfo()); // 输出: Honda CR-V (2023)

在这个例子中，CarFactory是一个简单工厂，它根据传入的类型参数来创建不同类型的汽车对象。客户端代码只需要知道要创建什么类型的汽车，而不需要关心具体的创建细节。

工厂方法模式

工厂方法模式是对简单工厂模式的进一步抽象，它定义了一个创建对象的接口，但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其子类。

// 抽象工厂
class VehicleFactory {
  createVehicle() {
    throw new Error('This method must be implemented');
  }
}

// 具体工厂 - 汽车工厂
class CarFactory extends VehicleFactory {
  createVehicle() {
    return new Car();
  }
}

// 具体工厂 - 摩托车工厂
class MotorcycleFactory extends VehicleFactory {
  createVehicle() {
    return new Motorcycle();
  }
}

// 具体产品 - 汽车
class Car {
  drive() {
    console.log('Driving a car');
  }
}

// 具体产品 - 摩托车
class Motorcycle {
  drive() {
    console.log('Riding a motorcycle');
  }
}

// 使用工厂方法
const carFactory = new CarFactory();
const myCar = carFactory.createVehicle();
myCar.drive(); // 输出: Driving a car

const motorcycleFactory = new MotorcycleFactory();
const myMotorcycle = motorcycleFactory.createVehicle();
myMotorcycle.drive(); // 输出: Riding a motorcycle

工厂方法模式的优势在于它完全遵循"开放-封闭原则"，当需要添加新的产品类型时，只需要添加新的工厂类，而不需要修改现有的代码。

抽象工厂模式

抽象工厂模式提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。它比工厂方法模式更抽象，适用于产品族的情况。

// 抽象工厂接口
class UIFactory {
  createButton() {
    throw new Error('This method must be implemented');
  }
  
  createCheckbox() {
    throw new Error('This method must be implemented');
  }
}

// 具体工厂 - Windows UI工厂
class WindowsUIFactory extends UIFactory {
  createButton() {
    return new WindowsButton();
  }
  
  createCheckbox() {
    return new WindowsCheckbox();
  }
}

// 具体工厂 - MacOS UI工厂
class MacOSUIFactory extends UIFactory {
  createButton() {
    return new MacOSButton();
  }
  
  createCheckbox() {
    return new MacOSCheckbox();
  }
}

// 具体产品 - Windows按钮
class WindowsButton {
  render() {
    console.log('Rendering a Windows style button');
  }
}

// 具体产品 - MacOS按钮
class MacOSButton {
  render() {
    console.log('Rendering a MacOS style button');
  }
}

// 具体产品 - Windows复选框
class WindowsCheckbox {
  render() {
    console.log('Rendering a Windows style checkbox');
  }
}

// 具体产品 - MacOS复选框
class MacOSCheckbox {
  render() {
    console.log('Rendering a MacOS style checkbox');
  }
}

// 客户端代码
function createUI(factory) {
  const button = factory.createButton();
  const checkbox = factory.createCheckbox();
  
  button.render();
  checkbox.render();
}

// 创建Windows风格的UI
console.log('Creating Windows UI:');
createUI(new WindowsUIFactory());

// 创建MacOS风格的UI
console.log('\nCreating MacOS UI:');
createUI(new MacOSUIFactory());

抽象工厂模式特别适用于需要创建一系列相关产品的场景，比如不同操作系统下的UI组件，或者不同数据库的连接对象等。

JavaScript中的工厂模式实践

在JavaScript中，工厂模式有几种常见的实现方式：

使用函数作为工厂：

function createUser(type) {
  switch(type) {
    case 'admin':
      return {
        name: 'Admin User',
        permissions: ['read', 'write', 'delete']
      };
    case 'guest':
      return {
        name: 'Guest User',
        permissions: ['read']
      };
    default:
      return {
        name: 'Regular User',
        permissions: ['read', 'write']
      };
  }
}

const admin = createUser('admin');
console.log(admin);

使用类作为工厂：

class UserFactory {
  static create(type) {
    switch(type) {
      case 'admin':
        return new AdminUser();
      case 'guest':
        return new GuestUser();
      default:
        return new RegularUser();
    }
  }
}

class AdminUser {
  constructor() {
    this.permissions = ['read', 'write', 'delete'];
  }
}

// 使用方式
const user = UserFactory.create('admin');

使用对象字面量作为工厂：

const animalFactory = {
  createAnimal: function(type) {
    const animal = Object.create(AnimalProto);
    animal.type = type;
    
    if (type === 'dog') {
      animal.sound = 'Woof!';
    } else if (type === 'cat') {
      animal.sound = 'Meow!';
    }
    
    return animal;
  }
};

const AnimalProto = {
  makeSound: function() {
    console.log(this.sound);
  }
};

const myDog = animalFactory.createAnimal('dog');
myDog.makeSound(); // 输出: Woof!

工厂模式在前端框架中的应用

工厂模式在前端框架中有广泛的应用，下面是一些例子：

React中的组件工厂：

function ButtonFactory({ type }) {
  switch(type) {
    case 'primary':
      return <button className="btn btn-primary">Primary</button>;
    case 'secondary':
      return <button className="btn btn-secondary">Secondary</button>;
    default:
      return <button className="btn btn-default">Default</button>;
  }
}

// 使用方式
<ButtonFactory type="primary" />

Vue中的组件工厂：

Vue.component('dialog-factory', {
  props: ['type'],
  render(h) {
    switch(this.type) {
      case 'alert':
        return h(AlertDialog, { props: this.$attrs });
      case 'confirm':
        return h(ConfirmDialog, { props: this.$attrs });
      default:
        return h(DefaultDialog, { props: this.$attrs });
    }
  }
});

// 使用方式
<dialog-factory type="alert" message="Hello!" />

Angular中的服务工厂：

@Injectable()
export class ApiServiceFactory {
  createService(type: string): ApiService {
    switch(type) {
      case 'user':
        return new UserApiService();
      case 'product':
        return new ProductApiService();
      default:
        throw new Error('Unknown service type');
    }
  }
}

// 使用方式
constructor(private factory: ApiServiceFactory) {
  this.userService = factory.createService('user');
}

工厂模式的优缺点

优点

封装创建逻辑：将对象的创建过程封装在工厂中，客户端代码不需要知道具体的创建细节。
解耦：客户端代码和具体产品类解耦，只需要依赖抽象接口。
可扩展性：添加新产品时，只需要扩展工厂类，不需要修改现有代码。
统一管理：可以对对象的创建进行统一管理和控制，比如实现对象池、缓存等。

缺点

增加复杂性：引入工厂模式会增加系统中的类和接口数量，增加系统复杂度。
需要额外工作：对于简单对象创建，使用工厂模式可能会显得过度设计。
抽象层带来的理解成本：特别是抽象工厂模式，可能需要更多的设计经验才能正确使用。

工厂模式与其他模式的关系

与单例模式：工厂类通常可以实现为单例，特别是当工厂不需要维护状态时。
与策略模式：工厂模式关注对象的创建，策略模式关注算法的选择，两者可以结合使用。
与装饰器模式：工厂可以返回经过装饰的对象，实现更灵活的对象创建。
与原型模式：工厂可以使用原型模式来克隆对象，而不是每次都创建新实例。

实际应用场景

UI组件库：创建不同类型的UI组件（按钮、输入框、对话框等）。
数据访问层：创建不同类型的数据库连接或数据访问对象。
游戏开发：创建不同类型的游戏角色或道具。
支付系统：创建不同类型的支付处理器（信用卡、PayPal、支付宝等）。
日志系统：创建不同类型的日志记录器（文件、控制台、远程等）。

下面是一个支付处理器工厂的例子：

class PaymentProcessorFactory {
  static createProcessor(type) {
    switch(type) {
      case 'creditcard':
        return new CreditCardProcessor();
      case 'paypal':
        return new PayPalProcessor();
      case 'alipay':
        return new AlipayProcessor();
      default:
        throw new Error('Unknown payment processor type');
    }
  }
}

class CreditCardProcessor {
  process(amount) {
    console.log(`Processing $${amount} via Credit Card`);
    // 实际的信用卡处理逻辑
  }
}

// 使用方式
const processor = PaymentProcessorFactory.createProcessor('creditcard');
processor.process(100);

工厂模式的高级应用

延迟初始化：工厂可以延迟对象的创建，直到真正需要时。

class LazyFactory {
  constructor(creatorFn) {
    this.creatorFn = creatorFn;
    this.instance = null;
  }
  
  getInstance() {
    if (!this.instance) {
      this.instance = this.creatorFn();
    }
    return this.instance;
  }
}

// 使用方式
const heavyObjectFactory = new LazyFactory(() => {
  console.log('Creating heavy object...');
  return { /* 重量级对象 */ };
});

// 只有在第一次调用getInstance时才会创建对象
const obj = heavyObjectFactory.getInstance();

带参数的工厂：工厂方法可以接受参数来定制创建的对象。

class ShapeFactory {
  createShape(type, options) {
    switch(type) {
      case 'circle':
        return new Circle(options.radius);
      case 'rectangle':
        return new Rectangle(options.width, options.height);
      default:
        throw new Error('Unknown shape type');
    }
  }
}

// 使用方式
const factory = new ShapeFactory();
const circle = factory.createShape('circle', { radius: 10 });

组合工厂：工厂可以组合其他工厂来创建更复杂的对象。

class CarFactory {
  createEngine(type) {
    return new EngineFactory().create(type);
  }
  
  createCar(model) {
    const car = new Car(model);
    car.engine = this.createEngine(model.engineType);
    return car;
  }
}

// 使用方式
const factory = new CarFactory();
const myCar = factory.createCar({
  model: 'Sports',
  engineType: 'V8'
});

工厂模式在测试中的应用

工厂模式在测试中特别有用，可以轻松创建测试对象或模拟对象：

// 用户工厂用于测试
class UserTestFactory {
  static createAdmin() {
    return {
      id: 1,
      name: 'Test Admin',
      role: 'admin',
      permissions: ['read', 'write', 'delete']
    };
  }
  
  static createGuest() {
    return {
      id: 2,
      name: 'Test Guest',
      role: 'guest',
      permissions: ['read']
    };
  }
}

// 在测试中使用
describe('Admin functionality', () => {
  it('should allow admin to delete posts', () => {
    const admin = UserTestFactory.createAdmin();
    expect(admin.permissions).toContain('delete');
  });
});

工厂模式与依赖注入

工厂模式经常与依赖注入(DI)一起使用，特别是在需要动态决定依赖项的情况下：

class ServiceFactory {
  static create(config) {
    if (config.useMock) {
      return new MockService();
    } else {
      return new RealService(config.apiUrl);
    }
  }
}

// 使用依赖注入
class App {
  constructor(serviceFactory) {
    this.service = serviceFactory.create({ useMock: false });
  }
}

工厂模式的变体

静态工厂方法：在类中定义静态方法来创建对象，而不是使用构造函数。

class Point {
  constructor(x, y) {
    this.x = x;
    this.y = y;
  }
  
  static fromPolar(r, theta) {
    return new Point(r * Math.cos(theta), r * Math.sin(theta));
  }
}

// 使用方式
const point = Point.fromPolar(5, Math.PI/4);

参数化工厂方法：根据参数返回不同类型的对象。

class DocumentFactory {
  create(type) {
    switch(type) {
      case 'pdf':
        return new PDFDocument();
      case 'word':
        return new WordDocument();
      default:
        throw new Error('Unknown document type');
    }
  }
}

多态工厂：每个具体工厂类实现相同的工厂方法接口。

class ThemeFactory {
  createButton() {}
  createDialog() {}
}

class DarkThemeFactory extends ThemeFactory {
  createButton() {
    return new DarkButton();
  }
  
  createDialog() {
    return new DarkDialog();
  }
}

工厂模式在JavaScript库和框架中的实例

jQuery的$()函数：根据传入的参数创建不同的jQuery对象。

// 创建DOM元素
const div = $('<div>Hello</div>');

// 选择现有元素
const buttons = $('button');

// 创建jQuery对象
const obj = $({ name: 'John' });

React.createElement()：根据组件类型创建React元素。

// 创建原生DOM元素
const element = React.createElement('div', null, 'Hello');

// 创建React组件
const component = React.createElement(MyComponent, { prop: 'value' });

Redux的createStore()：根据reducer创建Redux store。

import { createStore } from 'redux';

function counterReducer(state = 0, action) {
  switch(action.type) {
    case 'INCREMENT':
      return state + 1;
    default:
      return state;
  }
}

const store = createStore(counterReducer);

工厂模式与对象池模式

工厂模式可以与对象池模式结合使用，提高性能：

class ObjectPool {
  constructor(creatorFn) {
    this.creatorFn = creatorFn;
    this.pool = [];
  }
  
  acquire() {
    return this.pool.length > 0 ? this.pool.pop() : this.creatorFn();
  }
  
  release(obj) {
    this.pool.push(obj);
  }
}

// 使用方式
const pool = new ObjectPool(() => new ExpensiveObject());

const obj1 = pool.acquire();
// 使用obj1...
pool.release(obj1);

工厂模式在Node.js中的应用

在Node.js中，工厂模式常用于创建服务或模块实例：

// logger-factory.js
class LoggerFactory {
  static create(type) {
    switch(type) {
      case 'file':
        return new FileLogger();
      case 'console':
        return new ConsoleLogger();
      case 'remote':
        return new RemoteLogger();
      default:
        return new ConsoleLogger();
    }
  }
}

// 使用方式
const logger = LoggerFactory.create(process.env.LOG_TYPE || 'console');
logger.log('Application started');

工厂模式与配置驱动开发

工厂模式特别适合配置驱动的开发方式：

// config.json
{
  "database": {
    "type": "mysql",
    "host": "localhost",
    "user": "root"
  }
}

// db-factory.js
class DatabaseFactory {
  static create(config) {
    switch(config.type) {
      case 'mysql':
        return new MySQLConnection(config);
      case 'postgres':
        return new PostgresConnection(config);
      case 'mongodb':
        return new MongoDBConnection(config);
      default:
        throw new Error('Unknown database type');
    }
  }
}

// 使用方式
const config = require('./config.json').database;
const db = DatabaseFactory.create(config);

工厂模式与插件系统

工厂模式可以用于实现插件系统：

// plugin-factory.js
class PluginFactory {
  constructor() {
    this.plugins = {};
  }
  
  register(type, creatorFn) {
    this.plugins[type] = creatorFn;
  }
  
  create(type, options) {
    if (!this.plugins[type]) {
      throw new Error(`Unknown plugin type: ${type}`);
    }
    return this.plugins[type](options);
  }
}

// 使用方式
const factory = new PluginFactory();

// 注册插件
factory.register('analytics', (options) => new AnalyticsPlugin(options));
factory.register('logger', (options) => new LoggerPlugin(options));

// 创建插件实例
const analytics = factory.create('analytics', { trackingId: 'UA-12345' });

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