サーバーサイドのデザインパターン[Factory Patternの章]

# イントロダクション
### Factory Patternの定義
Factory Patternは、オブジェクトのインスタンス化をサブクラスに委譲することで、クライアント側から直接インスタンスを生成することなく、オブジェクトを作成するためのデザインパターンです。

### Factory Patternの目的
Factory Patternの主な目的は、クライアントとオブジェクトの生成コードの間の結合を緩和し、コードの変更に対して柔軟で、拡張性に優れた構造を構築することです。

# Factory Patternの概要
クラス図
![スクリーンショット 2023-09-25 20.40.28.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/3335033/099b0640-a4d9-488b-4a8e-ff4c959d95b8.png)

### 基本概念
- Client（クライアント）：ファクトリを使用してオブジェクトを作成します。
- Product（プロダクト）：インターフェースで、ConcreteProductによって実装されます。
- ConcreteProduct（具体的なプロダクト）：Productインターフェースを実装し、具体的なオブジェクトを表します。
- Factory（ファクトリ）：抽象クラスで、ConcreteFactoryによって実装されます。
- ConcreteFactory（具体的なファクトリ）：Factoryクラスを実装し、ConcreteProductのインスタンスを作成します。
# Factory Patternの実装
Pythonでの具体的な実装例
```python
class Product:
    def operation(self):
        pass


class ConcreteProductA(Product):
    def operation(self):
        return "ConcreteProductAのインスタンス"


class ConcreteProductB(Product):
    def operation(self):
        return "ConcreteProductBのインスタンス"


class Creator:
    def factory_method(self) -> Product:
        pass

    def some_operation(self) -> str:
        product = self.factory_method()
        result = product.operation()
        return result


class ConcreteCreatorA(Creator):
    def factory_method(self) -> Product:
        return ConcreteProductA()


class ConcreteCreatorB(Creator):
    def factory_method(self) -> Product:
        return ConcreteProductB()
```
実装時のポイント

Factory Methodパターンの実装時には、以下のポイントを考慮し、注意しなければなりません。

1. 抽象化と具象化
抽象クラス/インターフェースの定義: ProductやCreatorのように、具体クラスのベースとなる抽象クラスやインターフェースを適切に定義する必要があります。
具体クラスの実装: 具体製品クラスと具体クリエイタークラスを実装する際、適切に抽象クラス/インターフェースのメソッドをオーバーライドしましょう。
2. オーバーライドの正確性
具体クラスでオーバーライドするメソッドのシグネチャが、抽象クラス/インターフェースと一致していることを確認してください。例えば、返り値の型や引数が正しいかどうか確認しましょう。
3. 拡張性の確保
新しい具体製品クラスや具体クリエイタークラスを追加することが容易にできるよう、設計段階で考慮してください。
これによって、既存のコードを変更せずに新しい機能を追加でき、保守性が向上します。
4. クラス間の依存関係の最小化
具体クラス間に強い依存関係が生じないようにしましょう。これにより、一部のクラスの変更が他のクラスに影響を与えにくくなります。
クラス間の依存関係を最小限に抑えることで、各クラスのテストやデバッグがしやすくなります。
5. コードの整理
クラスとメソッドの責務を明確にし、一つのクラスやメソッドが一つの責務しか持たないようにしましょう。これによって、コードの読みやすさが向上し、バグの発生リスクが低減します。
これらのポイントを遵守することで、Factory Methodパターンをより効果的に利用でき、保守性、拡張性、再利用性の高い設計を実現できます。

# 制約と欠点
### 制約
- 過剰な抽象化
Factory Patternでは、製品やクリエイターに対して抽象クラスやインターフェースを定義するため、シンプルな問題に対して過剰な抽象化が行われる可能性があります。

### クラス数の増加
- クリエイターに対してクラスを定義する必要があるため、クラスの数が増え、コードの複雑性が増す可能性があります。

### 欠点
- 理解の難しさ
Factory Patternの実装や役割を理解するのは初学者にとって難しい場合があります。特に、抽象クラスやインターフェースのコンセプトが未熟な場合、混乱を招くことがあります。

- 変更の困難さ
新しい具体製品クラスや具体クリエイタークラスの追加は比較的容易ですが、抽象クラスやインターフェース自体の変更が必要になった場合、それに伴う修正が多くなる可能性があります。

### 注意点
- 適切な使用
Factory Patternは、特定の状況下でのみ適切に機能します。複数の製品があり、これらのインスタンス化のロジックを一箇所に集約する必要がある場合に適しています。単純なオブジェクト構造では不要な複雑さを導入する可能性があります。

- 柔軟性の確保
Factory Patternの実装にあたり、将来的な拡張や変更を容易にするため、柔軟性を確保することが重要です。具体クラスの変更に抽象クラスや他の具体クラスが影響を受けないように設計する必要があります。

- テストの重要性
Factory Patternを使用すると、テストが難しくなる可能性があります。モックオブジェクトやスタブを利用して、各コンポーネントを独立してテストできるようにしましょう。

# Factory Patternの使用ケース
適切な使用ケース
Factory Patternは、特に次のようなケースで効果を発揮します。

- オブジェクトの作成プロセスが複雑な場合
オブジェクトのインスタンス化のプロセスが、単純なコンストラクタ呼び出しを超える複雑さを持つ場合、Factory Patternはその複雑性をカプセル化し、クライアントコードから隠蔽することができます。

- クライアントが、必要なオブジェクトの具体的なクラスを知る必要がない場合
クライアントが具体クラスに依存すると、コードの再利用性とメンテナンス性が損なわれます。Factory Patternを用いることで、具体クラスの詳細をクライアントから隔離し、依存性を最小限に抑えることができます。

### 実際のプロジェクトでの応用例
Factory Patternは多様なプロジェクトやアプリケーションにおいて有効です。以下に、具体的な応用例をいくつか述べます。

- GUIライブラリ
Factory Patternは、異なるOSやプラットフォームで動作するウィンドウやボタンなどのウィジェットを生成する際に用いられます。クライアントコードは、具体的なウィジェットのクラスを知ることなく、ウィジェットを生成し使用することができます。

- データベース接続
アプリケーションが異なるデータベース管理システム(DBMS)と通信する必要がある場合、Factory Patternを用いてDBMS固有の接続オブジェクトやクエリオブジェクトを生成することができます。

- 外部APIのラッパークラス
外部のWeb APIとの通信を行うラッパークラスの生成にFactory Patternが使用されることがあります。異なるAPIの通信メカニズムを統一されたインターフェースで提供することで、クライアントコードの複雑性を軽減できます。

6. まとめ
Factory Patternは、コードの柔軟性と拡張性を向上させ、保守性に優れたアプリケーションを構築するための強力なデザインパターンです。適切な場合に適用することで、多くの開発上の利点を享受できます。