设计模式：工厂模式概要

阿拉斯攀登2025-12-30 8:14

目录

一、工厂模式的核心分类

[二、1. 简单工厂模式](#二、1. 简单工厂模式)

核心思想

适用场景

无人售货柜项目案例：支付渠道创建

[步骤 1：定义产品接口](#步骤 1：定义产品接口)

[步骤 2：实现具体产品](#步骤 2：实现具体产品)

[步骤 3：创建简单工厂类](#步骤 3：创建简单工厂类)

[步骤 4：客户端调用](#步骤 4：客户端调用)

优缺点

[三、2. 工厂方法模式](#三、2. 工厂方法模式)

核心思想

适用场景

[无人售货柜项目案例：IoT 设备连接工厂](#无人售货柜项目案例：IoT 设备连接工厂)

[步骤 1：定义产品接口](#步骤 1：定义产品接口)

[步骤 2：实现具体产品](#步骤 2：实现具体产品)

[步骤 3：定义抽象工厂接口](#步骤 3：定义抽象工厂接口)

[步骤 4：实现具体工厂](#步骤 4：实现具体工厂)

[步骤 5：客户端调用](#步骤 5：客户端调用)

优缺点

[四、3. 抽象工厂模式](#四、3. 抽象工厂模式)

核心思想

适用场景

无人售货柜项目案例：售货柜配置工厂

[步骤 1：定义多个产品等级接口](#步骤 1：定义多个产品等级接口)

[步骤 2：实现具体产品（分产品族）](#步骤 2：实现具体产品（分产品族）)

[步骤 3：定义抽象工厂接口（对应产品族）](#步骤 3：定义抽象工厂接口（对应产品族）)

[步骤 4：实现具体工厂（对应具体产品族）](#步骤 4：实现具体工厂（对应具体产品族）)

[步骤 5：客户端调用](#步骤 5：客户端调用)

优缺点

五、三种工厂模式对比

六、工厂模式在无人售货柜项目中的落地建议

七、工厂模式的核心设计原则

工厂模式是创建型设计模式 的核心模式之一，核心思想是 "封装对象的创建过程，将对象创建与使用分离"，降低代码耦合度，提高扩展性。

在实际开发中（比如无人售货柜项目的设备实例化、支付渠道对接），工厂模式被广泛用于统一管理复杂对象的创建逻辑。

一、工厂模式的核心分类

工厂模式分为 3 种核心形态，从简单到复杂逐步升级，满足不同场景的需求：

  1. 简单工厂模式（不属于 GoF 23 种设计模式，是基础铺垫）
  2. 工厂方法模式（GoF 标准设计模式）
  3. 抽象工厂模式（GoF 标准设计模式）

二、1. 简单工厂模式

核心思想

定义一个工厂类，根据传入的参数，动态决定创建哪一种产品实例，产品需继承同一个父类或实现同一个接口。

适用场景

  • 产品种类较少且相对固定，新增产品频率低。
  • 客户端不需要关心产品创建细节，只需要传入指定参数。

无人售货柜项目案例：支付渠道创建

售货柜支持微信支付、支付宝两种渠道，用简单工厂统一创建支付对象。

步骤 1：定义产品接口

java

运行

复制代码 
// 支付渠道接口
public interface Payment {
    // 发起支付
    void pay(BigDecimal amount);
}
步骤 2：实现具体产品

java

运行

复制代码 
// 微信支付实现
public class WechatPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(BigDecimal amount) {
        System.out.println("微信支付：" + amount + " 元");
    }
}

// 支付宝支付实现
public class AlipayPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(BigDecimal amount) {
        System.out.println("支付宝支付：" + amount + " 元");
    }
}
步骤 3：创建简单工厂类

java

运行

复制代码 
public class PaymentFactory {
    // 根据类型创建支付对象
    public static Payment createPayment(String type) {
        if ("WECHAT".equals(type)) {
            return new WechatPayment();
        } else if ("ALIPAY".equals(type)) {
            return new AlipayPayment();
        }
        throw new IllegalArgumentException("不支持的支付类型");
    }
}
步骤 4：客户端调用

java

运行

复制代码 
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 传入参数创建支付对象，无需关心具体实现
        Payment wechatPay = PaymentFactory.createPayment("WECHAT");
        wechatPay.pay(new BigDecimal("10.00"));
        
        Payment alipay = PaymentFactory.createPayment("ALIPAY");
        alipay.pay(new BigDecimal("20.00"));
    }
}

优缺点

优点 缺点
客户端与产品解耦，只需知道参数即可创建对象 产品过多时，工厂类会变得臃肿（违反 "单一职责原则"）
集中管理产品创建逻辑，便于维护 新增产品需要修改工厂类代码（违反 "开闭原则"）

三、2. 工厂方法模式

核心思想

将简单工厂的工厂类抽象化 ，定义一个抽象工厂接口，由具体工厂子类负责创建对应的具体产品。

核心：一个产品对应一个工厂

适用场景

  • 产品种类较多，且需要频繁新增产品。
  • 客户端希望自主选择工厂创建产品，而非传入参数。

无人售货柜项目案例：IoT 设备连接工厂

售货柜有多种 IoT 设备（扫码枪、温控器、货道控制器），每种设备对应一个工厂。

步骤 1：定义产品接口

java

运行

复制代码 
// IoT 设备接口
public interface IoTdevice {
    // 建立连接
    void connect();
}
步骤 2：实现具体产品

java

运行

复制代码 
// 扫码枪设备
public class QrScanner implements IoTdevice {
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("扫码枪已连接到售货柜");
    }
}

// 温控器设备
public class TemperatureController implements IoTdevice {
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("温控器已连接到售货柜");
    }
}
步骤 3：定义抽象工厂接口

java

运行

复制代码 
// IoT 设备工厂接口
public interface IoTdeviceFactory {
    IoTdevice createDevice();
}
步骤 4：实现具体工厂

java

运行

复制代码 
// 扫码枪工厂
public class QrScannerFactory implements IoTdeviceFactory {
    @Override
    public IoTdevice createDevice() {
        return new QrScanner();
    }
}

// 温控器工厂
public class TemperatureControllerFactory implements IoTdeviceFactory {
    @Override
    public IoTdevice createDevice() {
        return new TemperatureController();
    }
}
步骤 5：客户端调用

java

运行

复制代码 
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建扫码枪工厂 -> 生产扫码枪
        IoTdeviceFactory scannerFactory = new QrScannerFactory();
        IoTdevice scanner = scannerFactory.createDevice();
        scanner.connect();
        
        // 新增货道控制器时，只需加一个产品类 + 一个工厂类，无需修改原有代码
    }
}

优缺点

优点 缺点
新增产品只需新增 "产品类 + 工厂类"，符合 "开闭原则" 产品和工厂成对增加，类的数量会翻倍，增加系统复杂度
每个工厂只负责一种产品，符合 "单一职责原则" 简单场景下会显得冗余

四、3. 抽象工厂模式

核心思想

创建一系列相关或相互依赖的产品族，而不指定具体类。

核心概念：

  • 产品等级：同一类产品的不同实现（如微信支付、支付宝支付属于 "支付渠道" 等级）。
  • 产品族：不同产品等级的组合，满足同一业务场景（如 "售货柜基础配置" 包含：扫码枪 + 温控器 + 货道控制器）。

适用场景

  • 需要创建成套的产品组合，且产品族之间有依赖关系。
  • 系统需要在多个产品族中切换，且不希望修改客户端代码。

无人售货柜项目案例：售货柜配置工厂

售货柜有两种配置：标准款 （基础扫码枪 + 基础温控器）、高端款（智能扫码枪 + 精准温控器），每种配置是一个产品族。

步骤 1：定义多个产品等级接口

java

运行

复制代码 
// 扫码枪接口（产品等级 1）
public interface QrScanner {
    void scan();
}

// 温控器接口（产品等级 2）
public interface TemperatureController {
    void adjustTemperature();
}
步骤 2：实现具体产品（分产品族）

java

运行

复制代码 
// ========== 标准款产品族 ==========
public class StandardQrScanner implements QrScanner {
    @Override
    public void scan() {
        System.out.println("标准款扫码枪：识别普通二维码");
    }
}

public class StandardTemperatureController implements TemperatureController {
    @Override
    public void adjustTemperature() {
        System.out.println("标准款温控器：固定温度控制");
    }
}

// ========== 高端款产品族 ==========
public class PremiumQrScanner implements QrScanner {
    @Override
    public void scan() {
        System.out.println("高端款扫码枪：识别动态二维码 + 条形码");
    }
}

public class PremiumTemperatureController implements TemperatureController {
    @Override
    public void adjustTemperature() {
        System.out.println("高端款温控器：智能调节温度（根据环境）");
    }
}
步骤 3：定义抽象工厂接口（对应产品族）

java

运行

复制代码 
// 售货柜配置工厂接口（负责创建一个产品族）
public interface VendingMachineFactory {
    QrScanner createQrScanner();
    TemperatureController createTemperatureController();
}
步骤 4：实现具体工厂（对应具体产品族）

java

运行

复制代码 
// 标准款配置工厂
public class StandardVendingMachineFactory implements VendingMachineFactory {
    @Override
    public QrScanner createQrScanner() {
        return new StandardQrScanner();
    }

    @Override
    public TemperatureController createTemperatureController() {
        return new StandardTemperatureController();
    }
}

// 高端款配置工厂
public class PremiumVendingMachineFactory implements VendingMachineFactory {
    @Override
    public QrScanner createQrScanner() {
        return new PremiumQrScanner();
    }

    @Override
    public TemperatureController createTemperatureController() {
        return new PremiumTemperatureController();
    }
}
步骤 5：客户端调用

java

运行

复制代码 
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建标准款售货柜配置
        VendingMachineFactory standardFactory = new StandardVendingMachineFactory();
        standardFactory.createQrScanner().scan();
        standardFactory.createTemperatureController().adjustTemperature();

        // 切换到高端款配置，客户端代码无需修改
        VendingMachineFactory premiumFactory = new PremiumVendingMachineFactory();
        premiumFactory.createQrScanner().scan();
        premiumFactory.createTemperatureController().adjustTemperature();
    }
}

优缺点

优点 缺点
支持产品族的整体切换，符合 "开闭原则" 新增产品等级时，所有工厂类都需要修改，违反 "开闭原则"
保证产品族内的产品兼容性 系统复杂度高，类的数量大幅增加

五、三种工厂模式对比

特性 简单工厂模式 工厂方法模式 抽象工厂模式
核心 一个工厂创建所有产品 一个产品对应一个工厂 一个工厂创建一个产品族
产品关系 同一产品等级 同一产品等级 多个产品等级（产品族）
扩展性 差（新增产品需修改工厂） 好（新增产品只需加工厂） 产品族扩展好，产品等级扩展差
适用场景 产品少且固定 产品多且频繁新增 需要成套产品组合

六、工厂模式在无人售货柜项目中的落地建议

  1. 简单工厂 ：用于支付渠道、订单状态机等产品少的场景，减少冗余类。
  2. 工厂方法 ：用于 IoT 设备实例化、多租户数据源创建，方便新增设备 / 租户类型。
  3. 抽象工厂 ：用于 售货柜不同配置套餐（如基础款、旗舰款），支持整体配置切换。
  4. 结合 Spring 优化 ：可以将工厂类和产品类交给 Spring 容器管理，通过 @Autowired 注入，避免手动 new 对象，进一步降低耦合。

七、工厂模式的核心设计原则

  1. 开闭原则：对扩展开放，对修改关闭（工厂方法、抽象工厂体现最佳）。
  2. 单一职责原则：每个工厂只负责创建对应的产品。
  3. 依赖倒置原则：客户端依赖抽象产品 / 工厂，而非具体实现。
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