三言兩語說透設計模式的藝術-簡單工廠模式
一、寫在前面
工廠模式是最常見的一種創建型設計模式，通常說的工廠模式指的是工廠方法模式，是使用頻率最高的工廠模式。簡單工廠模式又稱為靜態工廠方法模式，不屬于GoF 23種設計模式，它屬于類創建型模式，是其它工廠模式的入門。
二、游戲工廠的設計
ONEGAME游戲公司計劃開發一條游戲生產線，該生產線可以向玩家提供不同類型的游戲，例如：RGP游戲、MMORGP游戲、MOBA游戲以及FPS游戲等。為了提供這些游戲，游戲公司需要創建一個游戲工廠，來創建這些游戲的實例。
ONEGAME游戲公司提出了初始設計方案，就是將所有類型的游戲的實現代碼封裝到一個Game類中，然后通過Game工廠來創建實例。實現代碼如下：
class Game{
private type: string;//游戲類別
constructor(type: string, data: any) {
this.type = type;
if(type.toLocaleLowerCase() === 'fps'){
// 初始化FPS游戲
}else if(type.toLocaleLowerCase() === 'rpg'){
// 初始化RPG游戲
}else if(type.toLocaleLowerCase() === 'moba'){
// 初始化MOBA游戲
}
}
play(){
if(this.type.toLocaleLowerCase() === 'fps'){
// 玩FPS游戲
}else if(this.type.toLocaleLowerCase() === 'rpg'){
// 玩RPG游戲
}else if(this.type.toLocaleLowerCase() === 'moba'){
// 玩MOBA游戲
}
}
}上面的代碼實現了游戲的創建和玩游戲的功能，但是這樣的設計存在以下問題：
- Game類的代碼會越來越臃腫，而且違反了單一職責原則，不利于代碼的維護和擴展。
- 在需要對Game類進行擴展新游戲的時候，需要對源碼進行修改，這就違反了開閉原則。
- 用戶只能通過new關鍵字來直接創建實例，而不是通過Game工廠來創建實例，耦合性高，對象創建和使用無法分離。
為了解決上面的問題，我們可以對Game類進行重構，將其拆分成多個游戲類，每個游戲類只負責自己的初始化和玩游戲的功能，這樣就可以避免代碼臃腫和違反單一職責原則的問題。但是這樣做還是無法解決對象創建和使用無法分離的問題，我們可以通過簡單工廠模式來解決這個問題。
三、簡單工廠模式
簡單工廠的設計思想就是，將創建不同對象的相關的代碼封裝到不同的類中，即具體產品類，這樣就可以避免代碼的臃腫和違反單一職責原則的問題。將它們的公共代碼抽象到和封裝到一個抽象產品類中，每個具體類都是抽象產品類的子類。然后通過一個工廠類來創建這些具體產品類的實例，通過傳入的參數不同創建對應的具體產品對象。
什么是簡單工廠模式
簡單工廠模式：定義一個工廠類，通過傳入參數來創建不同的具體產品類的實例，被創建的實例都具有共同的父類。
簡單工廠模式結構包括三個角色：
- 工廠類：創建具體產品類的實例的工廠類，負責實現創建具體產品實例的內部邏輯。工廠類可以被外界直接調用，創建所需的產品對象。
- 抽象產品類：創建具體產品類的實例的抽象產品類，它是需要工廠類所創建的所有具體產品類的公共父類，封裝了各種產品對象的公有方法。
- 具體產品類：具體產品類的實例，是簡單工廠模式的創建目標，它繼承抽象產品類的公共父類，所有被創建的對象都是這個產品對應的具體產品類的實例。
使用簡單工廠模式優化上面的代碼，以實現一個游戲工廠為為例，實現可以生產不同類型的游戲為目的。首先定義一個抽象產品類Game，然后定義具體產品類FPSGame、RPGGame、MOBAGame，最后定義一個工廠類GameFactory，通過傳入不同的參數來創建不同的游戲實例。
// 游戲接口：抽象產品類
interface Game {
play(): void;
}
// 各種游戲的具體實現類：具體產品類
// FPS游戲
class FPSGame implements Game{
play() {
console.log('FPS游戲');
}
}
// RPG游戲
class RPGGame implements Game {
play() {
console.log('RPG游戲');
}
}
// MOBA游戲
class MOBAGame implements Game {
play() {
console.log('MOBA游戲');
}
}
// 游戲工廠：創建具體產品類的實例的工廠類
class GameFactory {
static createGame(type: string): Game {
this.type = type;
switch (this.type) {
case 'RPG':
return new RPGGame();
case 'MOBA':
return new MOBAGame();
case 'FPS':
return new FPSGame();
default:
throw new Error('Unknown game type');
}
}
}用戶實際使用創建對應的游戲：
// 獲取RGP游戲
const rgpGame = GameFactory.createGame('RPG');
rgpGame.play();
// 獲取MOBA游戲
const mobaGame = GameFactory.createGame('MOBA');
mobaGame.play();在實際使用中，客戶端代碼只需要傳入類型參數，就可以獲取得到對應的游戲對象，而不需要關系對象的具體實現。這就符合簡單工廠模式的設計思想。
簡單工廠模式的優點
- 封裝實例化過程：簡單工廠模式在一個工廠類中封裝了實例化對象的過程，創建對象的細節被隱藏在工廠類中，外界無需關心對象是如何被創建出來的。
- 定義統一接口：工廠類所創建的對象都實現了一個共同的接口，對外提供一致的使用方式。
- 通過參數創建不同實例：客戶端只需要傳入不同的參數給工廠類，就可以獲取不同的對象實例，而不需要知道具體類名。
- 實現解耦：簡單工廠模式實現了客戶端與產品類的解耦，客戶端不需要知道所創建對象的具體實現，只需要知道參數即可。
- 優化開閉原則：當需要新增一個產品類時，只需要實現統一接口，然后在工廠類中添加對應類型即可，無需修改客戶端代碼。
- 高內聚，低耦合：每個產品類只關心自己的功能實現，不關心實例化過程;客戶端不依賴具體類。使代碼內聚性高、耦合度低。
四、簡單工廠模式的優化
使用泛型優化工廠類
在上面的實現中，工廠類的創建方法返回的是Game接口類型，缺點是客戶端得到的對象類型信息不全，對此可以使用泛型來改進：
// 游戲接口：抽象產品類
interface Game {
play(): void;
}
class FPSGame implements Game {
//...
}
class RPGGame implements Game {
//...
}
class MOBAGame implements Game {
//...
}
class GameFactory{
static createGame<T extends Game>(type: string): T{
//...
}
}這樣在客戶端代碼得到的對象類型信息更加準確。
const rgpGame = GameFactory.createGame<RPGGame>('RPG');
// rgpGame的類型是RPGGame，而不是Game使用泛型優化工廠類的優化
上面的代碼中，所有的產品類都需要實現 Game 接口，這樣會存在代碼重復的問題。我們可以引入一個泛型接口 IGame來改進：
interface IGame<T> {
play(): void;
info(): T;
}
class RPGGame implements IGame<string> {
play() {
// ...
}
info() {
return 'RPG';
}
}
class MOBAGame implements IGame<string> {
play() {
// ...
}
info() {
return 'MOBA';
}
}
class FPSGame implements IGame<string> {
// ...
}這樣每個產品類就可以定制自己的 info 方法返回值類型了。
使用抽象類改進產品類
上面的代碼還存在問題：所有產品類都需要實現 play 方法，這會導致重復代碼。我們可以使用抽象類來解決這個問題：
abstract class GameBase {
play() {
// 默認游戲邏輯
}
}
class RPGGame extends GameBase implements IGame<string> {
info() {
return 'RPG';
}
}
class MOBAGame extends GameBase implements IGame<string> {
// ...
}
class FPSGame extends GameBase implements IGame<string> {
// ...
}這樣產品類就不需要重復實現 play 方法了，只需要繼承 GameBase 并實現 info 方法即可。
使用配置文件創建工廠類
上面的代碼中，工廠類的創建方法需要傳入一個類型參數，這樣會導致客戶端代碼需要知道具體的類型參數，這樣就會破壞簡單工廠模式的封裝性。我們可以使用配置文件來解決這個問題：
class GameConfig {
static gameTypes = {
'RPG': RPG,
'MOBA': MOBA,
'FPS': FPS
}
}工廠類讀取配置創建對象：
class GameFactory {
static createGame(type: string) {
const Constructor = GameConfig.gameTypes[type];
if (!Constructor) {
throw new Error('Unknown type');
}
return new Constructor();
}
}這樣當需要新增游戲類型時，只需要在配置類中添加新的類型和類即可，工廠類的代碼無需修改。
利用依賴注入實現解耦
我們還可以通過依賴注入進一步解耦:
@injectable()
class GameFactory {
constructor(
@inject(GameConfig.gameTypes.RPG) private rpgGame: Game,
@inject(GameConfig.gameTypes.MOBA) private mobaGame: Game,
@inject(GameConfig.gameTypes.FPS) private fpsGame: Game
) {}
createGame(type: string) {
switch(type) {
// ...
}
}
}這樣工廠類不再負責創建對象，而是通過注入的方式獲取對象實例，大大提升了靈活性。
五、完整代碼示例
下面是使用 TypeScript 深入解析簡單工廠模式的示例，通過工廠類和產品類的抽象與解耦，可以實現創建對象邏輯的集中和優化，提高代碼的靈活性和擴展性。TypeScript 通過接口、泛型和抽象類等特性增強了簡單工廠模式的實現。掌握設計模式對編寫優雅可擴展的 TypeScript 代碼很有幫助。
// 游戲接口
interface Game {
play(): void;
}
// 泛型游戲接口
interface IGame<T> {
play(): void;
info(): T;
}
// 抽象游戲類
abstract class GameBase {
play() {
console.log('Playing game...');
}
}
// RPG游戲類
class RPG extends GameBase implements IGame<string> {
info() {
return 'RPG';
}
}
// MMORPG游戲類
class MMORPG extends GameBase implements IGame<string> {
info() {
return 'MMORPG';
}
}
// FPS游戲類
class FPS extends GameBase implements IGame<string> {
info() {
return 'FPS';
}
}
// 配置類
class GameConfig {
static gameTypes = {
'RPG': RPG,
'MMORPG': MMORPG,
'FPS': FPS
}
}
// 工廠類
class GameFactory {
static createGame(type: string) {
const Constructor = GameConfig.gameTypes[type];
if (!Constructor) {
throw new Error('Unknown type');
}
return new Constructor();
}
}
// 客戶端
const rpgGame = GameFactory.createGame<RPG>('RPG');
rpgGame.play();
console.log(rpgGame.info());
const fpsGame = GameFactory.createGame<FPS>('FPS');
fpsGame.play();
console.log(fpsGame.info());六、簡單工廠模式和單例模式的區別
1. 用途不同
簡單工廠模式是一種創建對象的設計模式，它通過工廠類來創建產品對象，主要目的是將對象創建的過程封裝起來，便于管理和維護。
而單例模式是一種確保某個類只有一個實例的設計模式，它的目的是在整個軟件系統中，對某個類只創建一個對象實例，避免浪費資源。
2. 實現方式不同
簡單工廠模式是通過工廠類的靜態方法創建對象實例，可以創建多個實例。
單例模式是在類中定義一個靜態變量保存單例實例，并通過一個靜態方法來獲取這個實例，確保只創建一個實例。
3. 使用場景不同
簡單工廠模式用于創建同一類產品的不同對象實例，客戶端無需知道具體產品類的類名。
單例模式用于創建對唯一實例有需求的對象，如線程池、緩存、日志對象等。
小結一下，簡單工廠模式關注創建不同實例，單例模式關注如何只創建一個實例。二者解決的問題和應用場景不同，但可以結合使用，工廠類可以返回單例對象。
七、總結
通過上面的示例，我們使用 TypeScript 從多個方面對簡單工廠模式進行了深入解析，包括:
- 使用泛型優化工廠方法的返回類型
- 使用泛型接口減少產品類代碼重復
- 使用抽象類提取產品類公共代碼
- 使用配置文件動態創建產品類實例
簡單工廠模式的優點:
- 將對象創建的過程封裝在工廠類中，實現了解耦
- 客戶端無須知道所創建具體產品類的類名
- 可以方便地擴展新的具體產品類
簡單工廠模式的缺點:
- 工廠類職責較重，所有產品創建邏輯都集中在工廠類
- 如果產品類型較多，工廠類會變得很復雜
- 擴展新的產品困難，需要修改工廠類代碼
簡單工廠模式通過工廠類和產品類的解耦，可以實現創建對象邏輯的集中化和優化，是非常常用和靈活的一種設計模式。TypeScript 通過接口、泛型和抽象類等特性，可以更優雅地實現簡單工廠模式，提高代碼的復用性和擴展性。
