工厂设计模式一篇全部概括

前言

Spring事务、AOP源码、代理模式以及Java执行流程中，在实例化Bean时，离不开工厂模式。

首先，工厂模式属于创建型设计模式，主要用于对象的创建，隐藏具体实现细节，让客户端代码依赖于抽象而非具体类。工厂模式有三种主要类型：简单工厂、工厂方法和抽象工厂。其中每种工厂模式各有优缺点。

工厂模式的意义在于解耦客户端和具体类，提高代码的扩展性和维护性。

其中本文会详细描述，各个工厂模式的实现原理和结构，简单工厂通过一个工厂类根据参数创建不同对象；工厂方法将创建逻辑延迟到子类；抽象工厂则提供创建一系列相关或依赖对象的接口，而不指定具体类。在下面章节中会给出对应的实现代码，以及区分各个模式之间的优缺点。

以及在实际框架中的应用，Spring框架中的BeanFactory就是工厂模式的典型应用。此外，需要指出工厂模式的优缺点，如增加代码复杂度，但提高灵活性和可维护性。
最后，总结工厂模式的价值，如何帮助代码解耦，符合开闭原则，以及如何根据项目需求选择合适的工厂模式类型。

Java 工厂模式原理详解

工厂模式（Factory Pattern）是一种 创建型设计模式，其核心思想是 将对象的创建与使用分离，通过工厂类统一管理对象的实例化过程，从而降低代码耦合度，提高扩展性和维护性。工厂模式主要分为三种类型：简单工厂模式、工厂方法模式 和 抽象工厂模式。

一、工厂模式的核心思想

解耦对象创建
客户端不直接通过 new 关键字创建对象，而是通过工厂类获取对象实例，避免直接依赖具体实现类。
面向接口编程
客户端代码基于抽象接口（或父类）操作，工厂类负责具体子类的实例化。
灵活扩展
新增产品类时，只需扩展工厂逻辑，无需修改客户端代码（符合开闭原则）。

二、三种工厂模式的原理与实现

1. 简单工厂模式（Simple Factory）

核心：通过一个工厂类，根据传入的参数动态创建不同产品对象。
适用场景：产品类型较少且固定，变化不频繁。

类图结构：

+----------------+        +-----------------+
|   Product      | <|-----| ConcreteProduct |
+----------------+        +-----------------+
| +use(): void   |
+----------------+^|
+----------------+
|   SimpleFactory |
+----------------+
| +createProduct()|
+----------------+

代码示例：

// 1. 抽象产品接口
interface Product {void use();
}// 2. 具体产品类
class ConcreteProductA implements Product {public void use() {System.out.println("使用产品A");}
}class ConcreteProductB implements Product {public void use() {System.out.println("使用产品B");}
}// 3. 简单工厂类
class SimpleFactory {public static Product createProduct(String type) {if ("A".equals(type)) {return new ConcreteProductA();} else if ("B".equals(type)) {return new ConcreteProductB();}throw new IllegalArgumentException("未知产品类型");}
}// 4. 客户端调用
public class Client {public static void main(String[] args) {Product product = SimpleFactory.createProduct("A");product.use(); // 输出：使用产品A}
}

优缺点：

优点：代码简单，易于理解。
缺点：新增产品需修改工厂类，违反开闭原则。

2. 工厂方法模式（Factory Method）

核心：定义一个创建对象的抽象方法，由子类决定具体实例化的产品类。
适用场景：产品类型较多且可能扩展。

类图结构：

+----------------+        +-----------------+
|   Product      | <|-----| ConcreteProduct |
+----------------+        +-----------------+
| +use(): void   |
+----------------+^|
+----------------+        +---------------------+
|   Creator      | <|-----| ConcreteCreator     |
+----------------+        +---------------------+
| +factoryMethod()|        | +factoryMethod()    |
+----------------+        +---------------------+

代码示例：

// 1. 抽象产品接口
interface Product {void use();
}// 2. 具体产品类
class ConcreteProductA implements Product {public void use() {System.out.println("使用产品A");}
}class ConcreteProductB implements Product {public void use() {System.out.println("使用产品B");}
}// 3. 抽象工厂类
abstract class Creator {public abstract Product factoryMethod();public void doSomething() {Product product = factoryMethod();product.use();}
}// 4. 具体工厂类
class ConcreteCreatorA extends Creator {public Product factoryMethod() {return new ConcreteProductA();}
}class ConcreteCreatorB extends Creator {public Product factoryMethod() {return new ConcreteProductB();}
}// 5. 客户端调用
public class Client {public static void main(String[] args) {Creator creator = new ConcreteCreatorA();creator.doSomething(); // 输出：使用产品A}
}

优缺点：

优点：符合开闭原则，扩展性强。
缺点：类数量增加，系统复杂度提高。

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

核心：提供一个接口，用于创建 相关或依赖对象家族，而无需指定具体类。
适用场景：需要创建一组相互关联的产品（如不同主题的 UI 组件）。

类图结构：

+----------------+        +-----------------+
| AbstractProduct| <|-----| ConcreteProduct |
+----------------+        +-----------------+
| +use(): void   |
+----------------+^|
+----------------+        +---------------------+
| AbstractFactory| <|-----| ConcreteFactory     |
+----------------+        +---------------------+
| +createProduct()|       | +createProduct()    |
+----------------+        +---------------------+

代码示例：

// 1. 抽象产品族接口
interface Button {void render();
}interface TextField {void display();
}// 2. 具体产品族（Windows 风格）
class WindowsButton implements Button {public void render() {System.out.println("渲染 Windows 风格按钮");}
}class WindowsTextField implements TextField {public void display() {System.out.println("显示 Windows 风格文本框");}
}// 3. 具体产品族（MacOS 风格）
class MacOSButton implements Button {public void render() {System.out.println("渲染 MacOS 风格按钮");}
}class MacOSTextField implements TextField {public void display() {System.out.println("显示 MacOS 风格文本框");}
}// 4. 抽象工厂接口
interface GUIFactory {Button createButton();TextField createTextField();
}// 5. 具体工厂类
class WindowsFactory implements GUIFactory {public Button createButton() {return new WindowsButton();}public TextField createTextField() {return new WindowsTextField();}
}class MacOSFactory implements GUIFactory {public Button createButton() {return new MacOSButton();}public TextField createTextField() {return new MacOSTextField();}
}// 6. 客户端调用
public class Client {public static void main(String[] args) {GUIFactory factory = new MacOSFactory();Button button = factory.createButton();TextField textField = factory.createTextField();button.render();      // 输出：渲染 MacOS 风格按钮textField.display();  // 输出：显示 MacOS 风格文本框}
}

优缺点：

优点：保证产品族的兼容性，易于切换产品系列。
缺点：新增产品族需要修改抽象工厂接口，扩展成本高。

三、工厂模式的应用场景

框架设计
- Spring 的 BeanFactory 和 ApplicationContext 是工厂模式的典型应用，统一管理 Bean 的创建。
数据库连接
- JDBC 的 DriverManager.getConnection() 通过工厂模式创建数据库连接。
日志系统
- Log4j 或 SLF4J 通过工厂类创建 Logger 对象。
UI 组件库
- 如 JavaFX 或 Swing 中不同风格控件的创建。

四、工厂模式 vs 其他模式

对比维度	工厂模式	建造者模式	单例模式
核心目的	解耦对象的创建与使用	分步构建复杂对象	确保全局唯一实例
适用场景	创建单一或系列对象	创建具有多个组成部分的复杂对象	需要全局唯一访问点
复杂度	低到中	高	低