java23种设计模式-工厂方法模式

工厂方法模式（Factory Method Pattern）学习笔记

🌟 定义

工厂方法模式 属于创建型设计模式 ，定义一个创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。将类的实例化操作延迟到子类，是面向对象设计中"开闭原则"的典型体现。

🎯 适用场景

需要解耦对象创建与使用
无法预知对象确切类型及其依赖关系
需要为不同环境提供不同产品实现
需要扩展系统时不影响已有代码
框架设计（允许用户扩展框架组件）

🔧 模式结构

📐 类图

<<abstract>> Creator +factoryMethod() : Product +operation() ConcreteCreatorA +factoryMethod() : Product ConcreteCreatorB +factoryMethod() : Product <<interface>> Product +doSomething() ConcreteProductA +doSomething() ConcreteProductB +doSomething()

🛠️ 核心组成

Creator（抽象创建者）
- 声明工厂方法（可包含默认实现）
- 通过工厂方法获取产品对象
ConcreteCreator（具体创建者）
- 重写工厂方法，返回具体产品实例
Product（抽象产品）
- 定义产品接口
ConcreteProduct（具体产品）
- 实现抽象产品接口的具体类

📝 代码示例

文档处理系统案例

java 复制代码

// 抽象产品：文档
interface Document {
    void open();
    void save();
    void close();
}

// 具体产品：Word文档
class WordDocument implements Document {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("打开Word文档");
    }
    
    @Override
    public void save() {
        System.out.println("保存Word文档");
    }
    
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("关闭Word文档");
    }
}

// 具体产品：PDF文档
class PDFDocument implements Document {
    @Override
    public void open() {
        System.out.println("打开PDF文档");
    }
    
    @Override
    public void save() {
        System.out.println("保存PDF文档");
    }
    
    @Override
    public void close() {
        System.out.println("关闭PDF文档");
    }
}

// 抽象创建者：应用程序
abstract class Application {
    // 工厂方法
    public abstract Document createDocument();
    
    // 业务方法
    public void newDocument() {
        Document doc = createDocument();
        doc.open();
        doc.save();
        doc.close();
    }
}

// 具体创建者：Word应用
class WordApplication extends Application {
    @Override
    public Document createDocument() {
        return new WordDocument();
    }
}

// 具体创建者：PDF应用
class PDFApplication extends Application {
    @Override
    public Document createDocument() {
        return new PDFDocument();
    }
}

// 客户端使用
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Application app = getApplication();
        app.newDocument();
    }
    
    private static Application getApplication() {
        // 根据配置或环境选择具体创建者
        return new WordApplication();
        // return new PDFApplication();
    }
}

✅ 优点

解耦客户端与具体产品类
符合开闭原则（新增产品不影响已有代码）
支持单一职责原则（创建逻辑集中管理）
支持可扩展性（容易添加新产品类型）
可作为框架基础（定义扩展点）

⚠️ 缺点

需要引入多个新类（增加复杂度）
需要继承体系（可能破坏封装性）
仅适用于相同产品类型的不同实现
需要预先设计工厂层次结构

🔄 相关模式对比

模式	区别
简单工厂	静态工厂方法 vs 多态工厂方法
抽象工厂	创建产品族 vs 创建单个产品
模板方法	共用算法骨架 vs 创建对象实例

💡 实践建议

命名规范：
- 工厂方法通常命名为createXxx()
- 具体产品类使用产品类型+Product格式

组合使用技巧：

java 复制代码

// 结合单例模式
class DatabaseConnectionFactory {
    private static final ConnectionFactory instance = new MySQLConnectionFactory();
    
    public static Connection getConnection() {
        return instance.createConnection();
    }
}

参数化工厂：

java 复制代码

enum DocumentType { WORD, PDF, MARKDOWN }

class UniversalApplication extends Application {
    private DocumentType type;
    
    public UniversalApplication(DocumentType type) {
        this.type = type;
    }
    
    @Override
    public Document createDocument() {
        switch(type) {
            case WORD: return new WordDocument();
            case PDF: return new PDFDocument();
            default: throw new IllegalArgumentException();
        }
    }
}

依赖注入：

java 复制代码

// 通过构造函数注入工厂
class DocumentService {
    private final DocumentFactory factory;
    
    public DocumentService(DocumentFactory factory) {
        this.factory = factory;
    }
    
    public void processDocument() {
        Document doc = factory.createDocument();
        // 处理文档...
    }
}

🚀 典型应用

Java集合框架：

java 复制代码

// Iterator工厂方法
List<String> list = new ArrayList<>();
Iterator<String> it = list.iterator();  // 工厂方法

Spring框架：

java 复制代码

// BeanFactory接口
public interface BeanFactory {
    Object getBean(String name);
}

日志框架：

java 复制代码

// Logger工厂
Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyClass.class);

JDBC驱动：

java 复制代码

// DriverManager.getConnection()本质是工厂方法
Connection conn = DriverManager.getConnection(url);

📌 实现注意事项

工厂方法可见性：
- 通常声明为protected（允许子类重写）
- 也可以声明为public（直接调用）

空对象处理：

java 复制代码

class NullDocument implements Document {
    @Override
    public void open() { /* 无操作 */ }
    // 其他方法类似
}

默认实现策略：

java 复制代码

abstract class Application {
    // 提供默认产品实现
    public Document createDocument() {
        return new DefaultDocument();
    }
}

产品注册机制：

java 复制代码

class PluginManager {
    private static Map<String, PluginFactory> plugins = new HashMap<>();
    
    public static void registerPlugin(String type, PluginFactory factory) {
        plugins.put(type, factory);
    }
    
    public static Plugin createPlugin(String type) {
        return plugins.get(type).create();
    }
}

掌握工厂方法模式的关键在于理解对象创建责任委托的思想，合理使用可以显著提高系统的灵活性和可维护性。当系统需要支持多种同类产品的扩展时，工厂方法模式是最佳选择方案之一。