设计模式Python版 工厂方法模式

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前言

GOF设计模式分三大类：

• 创建型模式：关注对象的创建过程，包括单例模式、简单工厂模式、工厂方法模式、抽象工厂模式、原型模式和建造者模式。
• 结构型模式：关注类和对象之间的组合，包括适配器模式、桥接模式、组合模式、装饰模式、外观模式、享元模式和代理模式。
• 行为型模式：关注对象之间的交互，包括职责链模式、命令模式、解释器模式、迭代器模式、中介者模式、备忘录模式、观察者模式、状态模式、策略模式、模板方法模式和访问者模式。

一、工厂方法模式

工厂方法模式（Factory Method Pattern）

• 定义：工厂方法模式提供一个抽象工厂接口来声明抽象工厂方法，而由其子类来具体实现工厂方法，创建具体的产品对象。客户端针对抽象工厂编程，可在运行时再指定具体工厂类。

• 解决问题：如何通过不同的工厂来创建不同类型的对象？（每个具体工厂只生产一个具体产品）

• 使用场景：

  • 与简单工厂模式相比，新增产品时只需要增加新的具体产品和具体工厂类，不需要修改已有代码，符合开闭原则
  • 创建对象的过程需要根据上下文环境变化，或者一个类不知道它所创建的对象的类
  • 一个类希望由其子类来指定创建的对象，或者系统需要通过子类来扩展

• 具体场景：

  • 日志记录器：根据不同的日志级别（如DEBUG、INFO、ERROR）来创建不同的日志记录器。

  • 数据库访问：根据不同的数据库类型（如MySQL、Oracle、SQLite）来创建不同的数据库访问对象。

  • 支付网关：根据不同的支付方式（如信用卡、PayPal、支付宝）来创建不同的支付处理器。

  • 文件解析器：根据不同的文件类型（如PDF、Word、Excel）来创建不同的文件解析器。

  • UI组件：在图形用户界面应用程序中，根据不同的操作系统（如Windows、Mac、Linux）来创建不同的UI组件。

• 组成：

  • 抽象产品（Product）：定义产品的接口
  • 具体产品（Concrete Product）：实现了抽象产品接口的具体类。
  • 抽象工厂（Creator）：声明工厂方法，该方法返回一个产品类型的对象
  • 具体工厂（Concrete Creator）：定义工厂方法以返回一个具体产品类的实例。

• 优点：

  • 良好的扩展性。
  • 工厂方法模式是使用频率最高的设计模式之一，是很多开源框架和API类库的核心模式。

• 缺点：

  • 系统中类的个数成对增加，在一定程度上增加了系统的复杂度

二、工厂方法模式示例

使用工厂方法模式来设计日志记录器

# 模块 loggers.py
class Logger:"""抽象产品"""def write_log(self, msg: str):raise NotImplementedErrorclass FileLogger(Logger):"""具体产品"""def write_log(self, msg):print(f"文件日志记录：{msg}")class DatabaseLogger(Logger):def write_log(self, msg):print(f"数据库日志记录：{msg}")class LoggerFactory:"""抽象工厂"""def create_logger(self) -> Logger:raise NotImplementedErrorclass FileLoggerFactory(LoggerFactory):"""具体工厂"""def create_logger(self):# 创建文件等操作（略）return FileLogger()class DatabaseLoggerFactory(LoggerFactory):def create_logger(self):# 连接数据库等操作（略）return DatabaseLogger()# 客户端代码
factory = FileLoggerFactory()
logger = factory.create_logger()
logger.write_log('[22/Jan/2025 11:24:49] "GET /admin/ HTTP/1.1" 302 0')

三、工厂方法模式客户端改进

反射与配置文件：通过读取配置文件获取类名字符串，再使用反射机制，根据类名字符串生成对象。

• 配置文件config.json

{"class_name": "DatabaseLoggerFactory"
}

• 工具类文件utils.py

from pathlib import Path
import jsonclass JsonUtil:@staticmethoddef get_class_name():"""读取配置文件，返回配置文件中的配置"""path = Path("config.json")contents = path.read_text(encoding="utf-8")conf = json.loads(contents)return conf.get("class_name", None)

• 客户端文件cli.py

import loggers
from utils import JsonUtilclass_name = JsonUtil.get_class_name()
klass = getattr(loggers, class_name)
factory: loggers.LoggerFactory = klass()
logger = factory.create_logger()
logger.write_log('[22/Jan/2025 11:24:49] "GET /admin/ HTTP/1.1" 302 0')### 输出结果
数据库日志记录：[22/Jan/2025 11:24:49] "GET /admin/ HTTP/1.1" 302 0

四、工厂方法模式隐藏工厂方法（可选）

通过将业务方法的调用移入工厂类，可以直接使用工厂对象来调用产品对象的业务方法，客户端无须直接使用工厂方法

class LoggerFactory:"""抽象工厂"""def write_log(self, msg: str):raise NotImplementedErrorclass FileLoggerFactory(LoggerFactory):"""具体工厂"""def __init__(self):self.logger = FileLogger()def write_log(self, msg):self.logger.write_log(msg)# 客户端代码
factory = FileLoggerFactory()
factory.write_log('[22/Jan/2025 11:24:49] "GET /admin/ HTTP/1.1" 302 0')

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