1. 引言
大家好，又见面了！在上一篇文章中，我们聊了聊简单工厂模式，今天，我们要进一步探讨一种更加灵活的工厂设计模式——工厂方法模式。如果说简单工厂模式是“万能钥匙”，那工厂方法模式就是“变形金刚”。它通过定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类，从而应对各种变化。今天，我们就来揭开工厂方法模式的神秘面纱，让你的Python代码更加灵活多变。准备好了吗？Let’s go!
2. 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，它定义了一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法模式使一个类的实例化延迟到其子类，简而言之，就是父类提供一个接口，子类来决定实例化哪个具体的类。
3. 工厂方法模式的实现（Python）
示例一：形状工厂
假如你是个艺术家，需要画各种形状，圆形、方形啥的，你可以用工厂方法模式让子类决定创建哪些形状对象：
代码实现
from abc import ABC, abstractmethod# 定义Shape接口
class Shape(ABC):@abstractmethoddef draw(self):pass# 实现Circle类
class Circle(Shape):def draw(self):print("Drawing a Circle")# 实现Square类
class Square(Shape):def draw(self):print("Drawing a Square")# 定义ShapeFactory接口
class ShapeFactory(ABC):@abstractmethoddef create_shape(self):pass# 实现CircleFactory类
class CircleFactory(ShapeFactory):def create_shape(self):return Circle()# 实现SquareFactory类
class SquareFactory(ShapeFactory):def create_shape(self):return Square()# 使用示例
if __name__ == "__main__":circle_factory = CircleFactory()shape1 = circle_factory.create_shape()shape1.draw() # 输出: Drawing a Circlesquare_factory = SquareFactory()shape2 = square_factory.create_shape()shape2.draw() # 输出: Drawing a Square
详细代码解析
Shape是一个抽象基类，定义了draw抽象方法；Circle和Square类实现了Shape接口，具体画啥样子它们说了算；ShapeFactory是一个抽象基类，定义了create_shape抽象方法；CircleFactory和SquareFactory类实现了ShapeFactory接口，分别负责创建Circle和Square对象；- 我们只需通过调用具体的工厂类（如
CircleFactory或SquareFactory）来创建形状对象，然后调用相应的draw方法。
示例二：日志记录器工厂
现在你是个开发者，搞个日志系统，你想要不同级别的日志记录器来帮你分门别类记录信息，工厂方法模式也能派上用场：
码实现
from abc import ABC, abstractmethod# 定义Logger接口
class Logger(ABC):@abstractmethoddef log(self, message):pass# 实现InfoLogger类
class InfoLogger(Logger):def log(self, message):print(f"INFO: {message}")# 实现ErrorLogger类
class ErrorLogger(Logger):def log(self, message):print(f"ERROR: {message}")# 定义LoggerFactory接口
class LoggerFactory(ABC):@abstractmethoddef create_logger(self):pass# 实现InfoLoggerFactory类
class InfoLoggerFactory(LoggerFactory):def create_logger(self):return InfoLogger()# 实现ErrorLoggerFactory类
class ErrorLoggerFactory(LoggerFactory):def create_logger(self):return ErrorLogger()# 使用示例
if __name__ == "__main__":info_logger_factory = InfoLoggerFactory()info_logger = info_logger_factory.create_logger()info_logger.log("This is an informational message.") # 输出: INFO: This is an informational message.error_logger_factory = ErrorLoggerFactory()error_logger = error_logger_factory.create_logger()error_logger.log("This is an error message.") # 输出: ERROR: This is an error message.
详细代码解析
Logger是一个抽象基类，定义了log抽象方法；InfoLogger和ErrorLogger类实现了Logger接口，分别负责记录不同级别的日志；LoggerFactory是一个抽象基类，定义了create_logger抽象方法；InfoLoggerFactory和ErrorLoggerFactory类实现了LoggerFactory接口，分别负责创建InfoLogger和ErrorLogger对象；- 你只需通过调用具体的工厂类（如
InfoLoggerFactory或ErrorLoggerFactory）来创建日志记录器对象，然后调用相应的log方法。
示例三：数据库连接工厂
假如你现在是个DBA，需要管理多个数据库连接，工厂方法模式同样能帮你搞定这个问题：
代码实现
from abc import ABC, abstractmethod# 定义DatabaseConnection接口
class DatabaseConnection(ABC):@abstractmethoddef connect(self):pass# 实现MySQLConnection类
class MySQLConnection(DatabaseConnection):def connect(self):print("Connecting to MySQL database...")# 实现PostgreSQLConnection类
class PostgreSQLConnection(DatabaseConnection):def connect(self):print("Connecting to PostgreSQL database...")# 定义DatabaseConnectionFactory接口
class DatabaseConnectionFactory(ABC):@abstractmethoddef create_connection(self):pass# 实现MySQLConnectionFactory类
class MySQLConnectionFactory(DatabaseConnectionFactory):def create_connection(self):return MySQLConnection()# 实现PostgreSQLConnectionFactory类
class PostgreSQLConnectionFactory(DatabaseConnectionFactory):def create_connection(self):return PostgreSQLConnection()# 使用示例
if __name__ == "__main__":mysql_factory = MySQLConnectionFactory()mysql_connection = mysql_factory.create_connection()mysql_connection.connect() # 输出: Connecting to MySQL database...postgresql_factory = PostgreSQLConnectionFactory()postgresql_connection = postgresql_factory.create_connection()postgresql_connection.connect() # 输出: Connecting to PostgreSQL database...
详细代码解析
DatabaseConnection是一个抽象基类，定义了connect抽象方法；MySQLConnection和PostgreSQLConnection类实现了DatabaseConnection接口，分别负责不同数据库的连接；DatabaseConnectionFactory是一个抽象基类，定义了create_connection抽象方法；MySQLConnectionFactory和PostgreSQLConnectionFactory类实现了DatabaseConnectionFactory接口，分别负责创建MySQLConnection和PostgreSQLConnection对象；- 你只需通过调用具体的工厂类（如
MySQLConnectionFactory或PostgreSQLConnectionFactory）来创建数据库连接对象，然后调用相应的connect方法。
4. 工厂方法模式的优缺点
优点
- 解耦：将对象的创建过程与使用过程分离，降低了代码的耦合度；
- 灵活性：通过子类来决定具体实例化哪个类，增加了代码的灵活性；
- 扩展性：增加新的产品类时，只需添加相应的工厂类即可，不需要修改现有代码。
缺点
- 类的数量增加：每增加一个产品类，都需要增加一个相应的工厂类，导致类的数量增多；
- 代码复杂度提高：增加了系统的复杂性，理解起来可能会有些困难。
5. 图示
类图
示意图
6. 总结
工厂方法模式是一个非常有用的设计模式，通过定义一个创建对象的接口，让子类来决定实例化哪一个类，增加了代码的灵活性和可扩展性。虽然它会增加类的数量和代码的复杂度，但在大多数情况下，工厂方法模式依然是一个非常实用的解决方案。希望今天的分享能让大家对工厂方法模式有更深入的理解，如果你在项目中也用到了工厂方法模式，欢迎留言分享你的经验和见解！
