23种设计模式之【工厂方法模式】-核心原理与 Java实践

文章目录

[工厂方法模式（Factory Method Pattern）](#工厂方法模式（Factory Method Pattern）)
核心原理
[Java 实践示例](#Java 实践示例)
运行结果
工厂方法模式的特点
工厂方法模式的应用场景

工厂方法模式（Factory Method Pattern）

工厂方法模式是 23 种设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是定义一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行，从而实现创建逻辑与使用逻辑的解耦。

核心原理

抽象产品（Product）：

定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型

描述所有产品共有的公共接口
具体产品（ConcreteProduct）：

实现抽象产品接口，是工厂方法模式的创建目标

每个具体产品对应一个具体工厂
抽象工厂（Factory）：

声明工厂方法，该方法返回一个抽象产品类型

可以包含其他与产品相关的业务逻辑
具体工厂（ConcreteFactory）：

实现抽象工厂的工厂方法，返回具体产品的实例

负责创建对应类型的具体产品

工厂方法模式的核心是 "将对象创建延迟到子类"，通过多态性实现了产品创建的灵活扩展。

Java 实践示例

以 "文档编辑器" 为例实现工厂方法模式：

编辑器可以创建不同类型的文档（文本文档、表格文档）

每种文档由对应的工厂负责创建

java 复制代码

package com.example.demo;

public class FactoryMethodPattern {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建文本文档工厂并使用
        DocumentFactory textFactory = new TextDocumentFactory();
        Editor textEditor = new Editor(textFactory);
        textEditor.newDocument();
        textEditor.openDocument();

        System.out.println("---");

        // 创建表格文档工厂并使用
        DocumentFactory tableFactory = new TableDocumentFactory();
        Editor tableEditor = new Editor(tableFactory);
        tableEditor.newDocument();
        tableEditor.openDocument();
    }

    // 抽象产品：文档接口
    public interface Document {
        void create();
        void open();
    }
    // 具体产品：文本文档
    public static class TextDocument implements Document {
        @Override
        public void create() {
            System.out.println("创建文本文档");
        }

        @Override
        public void open() {
            System.out.println("打开文本文档，显示文本内容");
        }
    }

    // 具体产品：表格文档
    public static class TableDocument implements Document {
        @Override
        public void create() {
            System.out.println("创建表格文档");
        }

        @Override
        public void open() {
            System.out.println("打开表格文档，显示表格内容");
        }
    }

    // 抽象工厂：文档工厂接口
    public interface DocumentFactory {
        Document createDocument();
    }

    // 具体工厂：文本文档工厂
    public static class TextDocumentFactory implements DocumentFactory {
        @Override
        public Document createDocument() {
            return new TextDocument();
        }
    }

    // 具体工厂：表格文档工厂
    public static class TableDocumentFactory implements DocumentFactory {
        @Override
        public Document createDocument() {
            return new TableDocument();
        }
    }

    // 编辑器类（使用产品的客户端）
    public static class Editor {
        private DocumentFactory factory;

        // 注入工厂
        public Editor(DocumentFactory factory) {
            this.factory = factory;
        }

        // 新建文档
        public void newDocument() {
            Document doc = factory.createDocument();
            doc.create();
        }

        // 打开文档
        public void openDocument() {
            Document doc = factory.createDocument();
            doc.open();
        }
    }
}

运行结果

bash 复制代码

创建文本文档
打开文本文档，显示文本内容
---
创建表格文档
打开表格文档，显示表格内容

工厂方法模式的特点

优点：

符合开闭原则：新增产品时只需添加对应的具体产品和具体工厂，无需修改原有代码

解耦创建与使用：客户端只需关心抽象产品和抽象工厂，无需知道具体实现

多态性：通过不同工厂创建不同产品，客户端可透明地使用不同产品

缺点：

类数量增加：每增加一个产品，通常需要新增一个具体产品类和一个具体工厂类

复杂度提高：相比简单工厂模式，引入了更多的抽象和接口

与简单工厂模式的区别：

简单工厂：由一个工厂类负责所有产品的创建，新增产品需修改工厂类（违反开闭原则）

工厂方法：每个产品由对应的工厂创建，新增产品只需新增工厂（符合开闭原则）

工厂方法模式的应用场景

类库设计：

框架需要提供扩展点时，如 Java 集合框架中的Collection接口的iterator()方法（工厂方法），由具体集合类（如ArrayList、HashSet）实现

日志框架：

不同日志实现（如 Log4j、SLF4J）可通过工厂方法模式切换，客户端面向抽象日志接口编程

数据库访问：

不同数据库（MySQL、Oracle）的连接创建，可通过ConnectionFactory的不同实现类完成

插件系统：

支持插件扩展的系统，每个插件对应一个工厂，通过工厂方法创建插件实例

GUI 工具包：

跨平台 GUI 工具包中，按钮、文本框等组件的创建由对应平台的工厂实现（如 WindowsFactory、MacFactory）

工厂方法模式是创建型模式中应用最广泛的模式之一，它通过将对象创建延迟到子类，实现了创建逻辑的灵活扩展，是框架设计中常用的模式。