一、寫在前面

工廠模式是最常見的一種創(chuàng)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(tài)工廠方法模式，不屬于GoF 23種設計模式，它屬于類創(chuàng)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(fā)一條游戲生產(chǎn)線，該生產(chǎn)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(chuàng)建一個游戲工廠，來創(chuàng)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(xiàn)代碼封裝到一個Game類中，然后通過Game工廠來創(chuàng)建實例。實現(xiàn)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(xiàn)了游戲的創(chuàng)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(chuàng)建實例，而不是通過Game工廠來創(chuàng)建實例，耦合性高，對象創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)建不同對象的相關的代碼封裝到不同的類中，即具體產(chǎn)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(chǎn)品類中，每個具體類都是抽象產(chǎn)品類的子類。然后通過一個工廠類來創(chuàng)建這些具體產(chǎn)品類的實例，通過傳入的參數(shù)不同創(chuàng)建對應的具體產(chǎn)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?yún)?shù)來創(chuàng)建不同的具體產(chǎn)品類的實例，被創(chuàng)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(chuàng)建具體產(chǎn)品類的實例的工廠類，負責實現(xiàn)創(chuàng)建具體產(chǎn)品實例的內(nèi)部邏輯。工廠類可以被外界直接調(diào)用，創(chuàng)建所需的產(chǎn)品對象。
• 抽象產(chǎn)品類：創(chuàng)建具體產(chǎn)品類的實例的抽象產(chǎn)品類，它是需要工廠類所創(chuàng)建的所有具體產(chǎn)品類的公共父類，封裝了各種產(chǎn)品對象的公有方法。
• 具體產(chǎn)品類：具體產(chǎn)品類的實例，是簡單工廠模式的創(chuàng)建目標，它繼承抽象產(chǎn)品類的公共父類，所有被創(chuàng)建的對象都是這個產(chǎn)品對應的具體產(chǎn)品類的實例。

使用簡單工廠模式優(yōu)化上面的代碼，以實現(xiàn)一個游戲工廠為為例，實現(xiàn)可以生產(chǎn)不同類型的游戲為目的。首先定義一個抽象產(chǎn)品類Game，然后定義具體產(chǎn)品類FPSGame、RPGGame、MOBAGame，最后定義一個工廠類GameFactory，通過傳入不同的參數(shù)來創(chuàng)建不同的游戲實例。

// 游戲接口：抽象產(chǎn)品類
interface Game {
  play(): void;
}

// 各種游戲的具體實現(xiàn)類：具體產(chǎn)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(chuàng)建具體產(chǎn)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(chuàng)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(shù)，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(xiàn)。這就符合簡單工廠模式的設計思想。

簡單工廠模式的優(yōu)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(chuàng)建對象的細節(jié)被隱藏在工廠類中，外界無需關心對象是如何被創(chuàng)建出來的。
• 定義統(tǒng)一接口：工廠類所創(chuàng)建的對象都實現(xiàn)了一個共同的接口，對外提供一致的使用方式。
• 通過參數(shù)創(chuàng)建不同實例：客戶端只需要傳入不同的參數(shù)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(xiàn)解耦：簡單工廠模式實現(xiàn)了客戶端與產(chǎn)品類的解耦，客戶端不需要知道所創(chuàng)建對象的具體實現(xiàn)，只需要知道參數(shù)即可。
• 優(yōu)化開閉原則：當需要新增一個產(chǎn)品類時，只需要實現(xiàn)統(tǒng)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(nèi)聚，低耦合：每個產(chǎn)品類只關心自己的功能實現(xiàn)，不關心實例化過程;客戶端不依賴具體類。使代碼內(nèi)聚性高、耦合度低。

四、簡單工廠模式的優(yōu)化

使用泛型優(yōu)化工廠類

在上面的實現(xiàn)中，工廠類的創(chuàng)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(chǎn)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(yōu)化工廠類的優(yōu)化

上面的代碼中，所有的產(chǎn)品類都需要實現(xiàn) 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(chǎn)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(chǎn)品類

上面的代碼還存在問題：所有產(chǎn)品類都需要實現(xiàn) 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(chǎn)品類就不需要重復實現(xiàn) play 方法了，只需要繼承 GameBase 并實現(xiàn) info 方法即可。

使用配置文件創(chuàng)建工廠類

上面的代碼中，工廠類的創(chuàng)建方法需要傳入一個類型參數(shù)，這樣會導致客戶端代碼需要知道具體的類型參數(shù)，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(chuàng)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(xiàn)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(chuàng)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(chǎn)品類的抽象與解耦，可以實現(xiàn)創(chuàng)建對象邏輯的集中和優(yōu)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(xiàn)。掌握設計模式對編寫優(yōu)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(qū)別

1. 用途不同

簡單工廠模式是一種創(chuàng)建對象的設計模式，它通過工廠類來創(chuàng)建產(chǎn)品對象，主要目的是將對象創(chuàng)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(tǒng)中，對某個類只創(chuàng)建一個對象實例，避免浪費資源。

2. 實現(xiàn)方式不同

簡單工廠模式是通過工廠類的靜態(tài)方法創(chuàng)建對象實例，可以創(chuàng)建多個實例。

單例模式是在類中定義一個靜態(tài)變量保存單例實例，并通過一個靜態(tài)方法來獲取這個實例，確保只創(chuàng)建一個實例。

3. 使用場景不同

簡單工廠模式用于創(chuàng)建同一類產(chǎn)品的不同對象實例，客戶端無需知道具體產(chǎn)品類的類名。

單例模式用于創(chuàng)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(chuàng)建不同實例，單例模式關注如何只創(chuàng)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(yōu)化工廠方法的返回類型
• 使用泛型接口減少產(chǎn)品類代碼重復
• 使用抽象類提取產(chǎn)品類公共代碼
• 使用配置文件動態(tài)創(chuàng)建產(chǎn)品類實例

簡單工廠模式的優(yōu)點:

• 將對象創(chuàng)建的過程封裝在工廠類中，實現(xiàn)了解耦
• 客戶端無須知道所創(chuàng)建具體產(chǎn)品類的類名
• 可以方便地擴展新的具體產(chǎn)品類

簡單工廠模式的缺點:

• 工廠類職責較重，所有產(chǎn)品創(chuàng)建邏輯都集中在工廠類
• 如果產(chǎn)品類型較多，工廠類會變得很復雜
• 擴展新的產(chǎn)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(chǎn)品類的解耦，可以實現(xiàn)創(chuàng)建對象邏輯的集中化和優(yōu)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(yōu)雅地實現(xiàn)簡單工廠模式，提高代碼的復用性和擴展性。