实践GoF的设计模式（工厂方法模式）

知是行的主意,行是知的功夫。这篇文章主要讲述实践GoF的设计模式：工厂方法模式相关的知识，希望能为你提供帮助。

摘要：工厂方法模式（Factory Method Pattern）将对象创建的逻辑封装起来，为使用者提供一个简单易用的对象创建接口，常用于不指定对象具体类型的情况下创建对象的场景。

本文分享自华为云社区《??【Go实现】实践GoF的23种设计模式：工厂方法模式??》，作者：元闰子。
简述工厂方法模式（Factory Method Pattern）跟上一篇讨论的建造者模式类似，都是将对象创建的逻辑封装起来，为使用者提供一个简单易用的对象创建接口。两者在应用场景上稍有区别，建造者模式常用于需要传递多个参数来进行实例化的场景；工厂方法模式常用于不指定对象具体类型的情况下创建对象的场景。
UML 结构
代码实现示例
在简单的分布式应用系统（示例代码工程）中，我们设计了 Sidecar 边车模块， Sidecar 的作用是为了给原生的 Socket 增加额外的功能，比如流控、日志等。

Sidecar 模块的设计运用了装饰者模式，修饰的是 Socket 。所以客户端其实是把 Sidecar 当成是 Socket 来使用了，比如：

// demo/network/http/http_client.go
package http

// 创建一个新的HTTP客户端，以Socket接口作为入参
func NewClient(socket network.Socket, ip string) (*Client, error)
... // 一些初始化逻辑
return client, nil

// 使用NewClient时，我们可以传入Sidecar来给Http客户端附加额外的流控功能
client, err := http.NewClient(sidecar.NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()), "192.168.0.1")

在服务消息中介中，每次收到上游服务的 HTTP 请求，都会调用 http.NewClient 来创建一个 HTTP 客户端，并通过它将请求转发给下游服务：

type ServiceMediator struct
...
server *http.Server

// Forward 转发请求，请求URL为 /serviceType+ServiceUri 的形式，如/serviceA/api/v1/task
func (s *ServiceMediator) Forward(req *http.Request) *http.Response
...
// 发现下游服务的目的IP地址
dest, err := s.discovery(svcType)
// 创建HTTP客户端，硬编码sidecar.NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket())
client, err := http.NewClient(sidecar.NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()), s.localIp)
// 通过HTTP客户端转发请求
resp, err := client.Send(dest, forwardReq)
...

在上述实现中，我们在调用 http.NewClient 时把 sidecar.NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()) 硬编码进去了，那么如果以后要扩展 Sidecar ，就得修改这段代码逻辑，这违反了开闭原则 OCP。
有经验的同学可能会想到，可以通过让 ServiceMediator 依赖 Socket 接口，在 Forward 方法调用 http.NewClient 时把 Socket 接口作为入参；然后在 ServiceMediator 初始化时，将具体类型的 Sidecar 注入到 ServiceMediator 中：

type ServiceMediator struct
...
server *http.Server
// 依赖Socket抽象接口
socket network.Socket

// Forward 转发请求，请求URL为 /serviceType+ServiceUri 的形式，如/serviceA/api/v1/task
func (s *ServiceMediator) Forward(req *http.Request) *http.Response
...
// 发现下游服务的目的IP地址
dest, err := s.discovery(svcType)
// 创建HTTP客户端，将s.socket抽象接口作为入参
client, err := http.NewClient(s.socket, s.localIp)
// 通过HTTP客户端转发请求
resp, err := client.Send(dest, forwardReq)
...

// 在ServiceMediator初始化时，将具体类型的Sidecar注入到ServiceMediator中
mediator := & ServiceMediator
socket: sidecar.NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket())

上述的修改，从原来依赖具体，改成了依赖抽象，符合了开闭原则。
但是， Forward 方法存在并发调用的场景，因此它希望每次被调用时都创建一个新的 Socket/Sidecar 来完成网络通信，否则就需要加锁来保证并发安全。而上述的修改会导致在 ServiceMediator 的生命周期内都使用同一个 Socket/Sidecar，显然不符合要求。
因此，我们需要一个方法，既能够满足开闭原则，而且在每次调用Forward 方法时也能够创建新的 Socket/Sidecar 实例。工厂方法模式恰好就能满足这两点要求，下面我们通过它来完成代码的优化。
实现

// demo/sidecar/sidecar_factory.go

// 关键点1: 定义一个Sidecar工厂抽象接口
type Factory interface
// 关键点2: 工厂方法返回Socket抽象接口
Create() network.Socket

// 关键点3: 按照需要实现具体的工厂
// demo/sidecar/raw_socket_sidecar_factory.go
// RawSocketFactory 只具备原生socket功能的sidecar，实现了Factory接口
type RawSocketFactory struct

func (r RawSocketFactory) Create() network.Socket
return network.DefaultSocket()

// demo/sidecar/all_in_one_sidecar_factory.go
// AllInOneFactory 具备所有功能的sidecar工厂，实现了Factory接口
type AllInOneFactory struct
producer mq.Producible

func (a AllInOneFactory) Create() network.Socket
return NewAccessLogSidecar(NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()), a.producer)

上述代码中，我们定义了一个工厂抽象接口 Factory ，并有了 2 个具体的实现 RawSocketFactory 和 AllInOneFactory。最后， ServiceMediator 依赖 Factory ，并在 Forward 方法中通过 Factory 来创建新的 Socket/Sidecar ：

// demo/service/mediator/service_mediator.go

type ServiceMediator struct
...
server *http.Server
// 关键点4: 客户端依赖Factory抽象接口
sidecarFactory sidecar.Factory

// Forward 转发请求，请求URL为 /serviceType+ServiceUri 的形式，如/serviceA/api/v1/task
func (s *ServiceMediator) Forward(req *http.Request) *http.Response
...
// 发现下游服务的目的IP地址
dest, err := s.discovery(svcType)
// 创建HTTP客户端，调用sidecarFactory.Create()生成Socket作为入参
client, err := http.NewClient(s.sidecarFactory.Create(), s.localIp)
// 通过HTTP客户端转发请求
resp, err := client.Send(dest, forwardReq)
...

// 关键点5: 在ServiceMediator初始化时，将具体类型的sidecar.Factory注入到ServiceMediator中
mediator := & ServiceMediator
sidecarFactory: & AllInOneFactory
// sidecarFactory: & RawSocketFactory

下面总结实现工厂方法模式的几个关键点：

定义一个工厂方法抽象接口，比如前文中的 sidecar.Factory。
工厂方法中，返回需要创建的对象/接口，比如 network.Socket。其中，工厂方法通常命名为 Create。
按照具体需要，定义工厂方法抽象接口的具体实现对象，比如 RawSocketFactory 和 AllInOneFactory。
客户端使用时，依赖工厂方法抽象接口。
在客户端初始化阶段，完成具体工厂对象的依赖注入。

扩展Go 风格的实现
前文的工厂方法模式实现，是非常典型的面向对象风格，下面我们给出一个更具 Go 风格的实现。

// demo/sidecar/sidecar_factory_func.go

// 关键点1: 定义Sidecar工厂方法类型
type FactoryFunc func() network.Socket

// 关键点2: 按需定义具体的工厂方法实现，注意这里定义的是工厂方法的工厂方法，返回的是FactoryFunc工厂方法类型
func RawSocketFactoryFunc() FactoryFunc
return func() network.Socket
return network.DefaultSocket()

func AllInOneFactoryFunc(producer mq.Producible) FactoryFunc
return func() network.Socket
return NewAccessLogSidecar(NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()), producer)

type ServiceMediator struct
...
server *http.Server
// 关键点3: 客户端依赖FactoryFunc工厂方法类型
sidecarFactoryFunc FactoryFunc

func (s *ServiceMediator) Forward(req *http.Request) *http.Response
...
dest, err := s.discovery(svcType)
// 关键点4: 创建HTTP客户端，调用sidecarFactoryFunc()生成Socket作为入参
client, err := http.NewClient(s.sidecarFactoryFunc(), s.localIp)
resp, err := client.Send(dest, forwardReq)
...

// 关键点5: 在ServiceMediator初始化时，将具体类型的FactoryFunc注入到ServiceMediator中
mediator := & ServiceMediator
sidecarFactoryFunc: RawSocketFactoryFunc()
// sidecarFactory: AllInOneFactoryFunc(producer)

上述的实现，利用了 Go 语言中函数作为一等公民的特点，少定义了几个 interface 和 struct，代码更加的简洁。
几个实现的关键点与面向对象风格的实现类似。值得注意的是关键点2 ，我们相当于定义了一个工厂方法的工厂方法，这么做是为了利用函数闭包的特点来传递参数。如果直接定义工厂方法，那么 AllInOneFactoryFunc 的实现是下面这样的，无法实现多态：

// 并非FactoryFunc类型，无法实现多态
func AllInOneFactoryFunc(producer mq.Producible) network.Socket
return NewAccessLogSidecar(NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()), producer)

简单工厂
工厂方法模式的另一个变种是简单工厂，它并不通过多态，而是通过简单的 switch-case/if-else 条件判断来决定创建哪种产品：

// demo/sidecar/sidecar_simple_factory.go

// 关键点1: 定义sidecar类型
type Type uint8

// 关键点2: 按照需要定义sidecar具体类型
const (
Raw Type = iota
AllInOne
)

// 关键点3: 定义简单工厂对象
type SimpleFactory struct
producer mq.Producible

// 关键点4: 定义工厂方法，入参为sidecar类型，根据switch-case或者if-else来创建产品
func (s SimpleFactory) Create(sidecarType Type) network.Socket
switch sidecarType
case Raw:
return network.DefaultSocket()
case AllInOne:
return NewAccessLogSidecar(NewFlowCtrlSidecar(network.DefaultSocket()), s.producer)
default:
return nil

// 关键点5: 创建产品时传入具体的sidecar类型，比如sidecar.AllInOne
simpleFactory := & sidecar.SimpleFactoryproducer: producer
sidecar := simpleFactory.Create(sidecar.AllInOne)

静态工厂方法
静态工厂方法是 java/C++ 的说法，主要用于替代构造函数来完成对象的实例化，能够让代码的可读性更好，而且起到了与客户端解耦的作用。比如 Java 的静态工厂方法实现如下：

public class Packet
private final Endpoint src;
private final Endpoint dest;
private final Object payload;

private Packet(Endpoint src, Endpoint dest, Object payload)
this.src = https://www.songbingjia.com/android/src;
this.dest = dest;
this.payload = payload;

// 静态工厂方法
public static Packet of(Endpoint src, Endpoint dest, Object payload)
return new Packet(src, dest, payload);

...

// 用法
packet = Packet.of(src, dest, payload)

Go 中并没有静态一说，直接通过普通函数来完成对象的构造即可，比如：

// demo/network/packet.go
type Packet struct
srcEndpoint
destEndpoint
payload interface

// 工厂方法
func NewPacket(src, dest Endpoint, payload interface) *Packet
return & Packet
src:src,
dest:dest,
payload: payload,

// 用法
packet := NewPacket(src, dest, payload)

典型应用场景

对象实例化逻辑较为复杂时，可选择使用工厂方法模式/简单工厂/静态工厂方法来进行封装，为客户端提供一个易用的接口。
如果实例化的对象/接口涉及多种实现，可以使用工厂方法模式实现多态。
普通对象的创建，推荐使用静态工厂方法，比直接的实例化（比如 & Packetsrc: src, dest: dest, payload: payload）具备更好的可读性和低耦合。

优缺点优点

代码的可读性更好。
与客户端程序解耦，当实例化逻辑变更时，只需改动工厂方法即可，避免了霰弹式修改。

缺点

引入工厂方法模式会新增一些对象/接口的定义，滥用会导致代码更加复杂。

与其他模式的关联很多同学容易将工厂方法模式和抽象工厂模式混淆，抽象工厂模式主要运用在实例化“产品族”的场景，可以看成是工厂方法模式的一种演进。
参考[1] ??【Go实现】实践GoF的23种设计模式：SOLID原则??, 元闰子
[2] Design Patterns, Chapter 3. Creational Patterns, GoF
[3] Factory patterns in Go (Golang), Soham Kamani
[4] ??工厂方法??, 维基百科
简单的分布式应用系统（示例代码工程）：??https://github.com/ruanrunxue/Practice-Design-Pattern–Go-Implementation??

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