工厂模式与策略模式：理解与应用

1. 引言

工厂模式和策略模式都是广泛使用的模式，它们各自解决了不同层面的问题。接下来将分别介绍这两种模式的基本概念、特点以及应用场景。

2. 工厂模式简介

2.1 定义

工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了创建对象的最佳方式。在工厂模式中，在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，并且是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。工厂模式的核心思想是将对象的创建与使用分离，通过一个工厂类来负责创建产品族中的各种实例。

2.2 特点

• 封装创建逻辑：工厂方法隐藏了具体的创建逻辑，使客户端无需关心创建过程。
• 易于扩展：新增产品类型时只需添加相应的实现类和工厂类即可，符合开闭原则。
• 解耦：客户端与具体的产品类解耦，只与抽象接口交互。

2.3 应用场景

• 当类的实例只能由直接调用构造函数创建时，可以使用工厂模式来提供一个统一的创建入口。
• 当一个类不知道它所必须创建的对象的确切类时。
• 当一个类希望由它的子类指定它所创建的对象时。

2.4 工厂模式例子：咖啡制作

在这个例子中，工厂模式用于创建不同类型的咖啡。

// 咖啡接口
interface Coffee {
    void brew();
}

// 具体的咖啡类
class Espresso implements Coffee {
    @Override
    public void brew() {
        System.out.println("制作浓缩咖啡");
    }
}

class Latte implements Coffee {
    @Override
    public void brew() {
        System.out.println("制作拿铁咖啡");
    }
}

// 咖啡工厂
class CoffeeFactory {
    public Coffee createCoffee(String type) {
        if ("espresso".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new Espresso();
        } else if ("latte".equalsIgnoreCase(type)) {
            return new Latte();
        }
        throw new IllegalArgumentException("未知的咖啡类型");
    }
}

// 使用
public class CoffeeShop {
    public static void main(String[] args) {
        CoffeeFactory factory = new CoffeeFactory();
        
        Coffee espresso = factory.createCoffee("espresso");
        espresso.brew();  // 输出：制作浓缩咖啡
        
        Coffee latte = factory.createCoffee("latte");
        latte.brew();  // 输出：制作拿铁咖啡
    }
}

在这个例子中，工厂模式用于创建不同类型的咖啡对象。客户端只需要知道想要的咖啡类型，而不需要了解具体的咖啡类。

3. 策略模式简介

3.1 定义

策略模式是一种行为型设计模式，它定义了一系列算法，并将每个算法封装起来，使它们可以相互替换。策略模式让算法独立于使用它的客户端。

3.2 特点

• 灵活性：策略模式允许在运行时选择算法。
• 易于维护：每个策略都是独立的，易于理解和维护。
• 减少条件分支：使用策略模式可以减少代码中的 if-else 或 switch-case 语句。

3.3 应用场景

• 当一个系统需要根据不同条件执行不同的算法或行为时。
• 当一个系统需要动态地更改其行为时。

3.4 策略模式例子：咖啡定价

使用策略模式来处理咖啡的定价策略。

// 定价策略接口
interface PricingStrategy {
    double calculatePrice(double basePrice);
}

// 具体的定价策略
class RegularPricing implements PricingStrategy {
    @Override
    public double calculatePrice(double basePrice) {
        return basePrice;  // regular price, no discount
    }
}

class DiscountPricing implements PricingStrategy {
    @Override
    public double calculatePrice(double basePrice) {
        return basePrice * 0.9;  // 10% discount
    }
}

class HappyHourPricing implements PricingStrategy {
    @Override
    public double calculatePrice(double basePrice) {
        return basePrice * 0.5;  // 50% discount during happy hour
    }
}

// 咖啡订单类
class CoffeeOrder {
    private PricingStrategy pricingStrategy;
    private double basePrice;

    public CoffeeOrder(double basePrice) {
        this.basePrice = basePrice;
        this.pricingStrategy = new RegularPricing();  // 默认使用常规定价
    }

    public void setPricingStrategy(PricingStrategy pricingStrategy) {
        this.pricingStrategy = pricingStrategy;
    }

    public double getFinalPrice() {
        return pricingStrategy.calculatePrice(basePrice);
    }
}

// 使用
public class CoffeeShopPricing {
    public static void main(String[] args) {
        CoffeeOrder order = new CoffeeOrder(5.0);  // 咖啡基础价格为 $5
        
        System.out.println("Regular price: $" + order.getFinalPrice());
        
        order.setPricingStrategy(new DiscountPricing());
        System.out.println("Discounted price: $" + order.getFinalPrice());
        
        order.setPricingStrategy(new HappyHourPricing());
        System.out.println("Happy hour price: $" + order.getFinalPrice());
    }
}

在这个例子中，策略模式用于在运行时改变价格计算的方法。咖啡订单类可以动态地改变其定价策略，而无需修改订单类的代码。

4. 区别

尽管工厂模式和策略模式在某些方面相似，但它们之间还是存在明显的区别：

4.1 目的不同

• 工厂模式：主要目的是创建对象实例，封装了对象创建的过程。
• 策略模式：关注的是如何在运行时选择和替换算法。

4.2 应用场景不同

• 工厂模式：适用于创建多种不同类型的对象。
• 策略模式：适用于具有多种算法或行为的系统。

4.3 解决问题不同

• 工厂模式：解决对象创建的问题。
• 策略模式：解决算法或行为的选择和切换问题。

4.4 设计原理不同

• 工厂模式：遵循开闭原则，通过抽象类或接口来实现。
• 策略模式：通过组合而非继承来实现行为的改变。

5. 结论

工厂模式和策略模式都是设计模式的重要组成部分。工厂模式关注于对象的创建过程，而策略模式则关注于算法的选择与替换。理解它们之间的差异有助于在设计时做出合适的选择。