Java 设计模式：工厂模式详解

Java 设计模式：工厂模式详解

工厂模式（Factory Pattern）是一种创建型设计模式，它通过将对象的创建过程封装到工厂类中，避免了直接使用 new 关键字创建对象，从而提高了代码的灵活性和可维护性。本文将介绍工厂模式的定义、分类及其在 Java 中的实现方式。

1. 什么是工厂模式？

工厂模式的核心思想是：定义一个用于创建对象的接口或类，让调用者通过工厂获取对象实例，而无需关心对象的具体创建细节。它遵循“开闭原则”，便于扩展新类型对象。

模式分类

工厂模式通常分为三种：

1. 简单工厂模式（Simple Factory）：通过一个工厂类根据参数创建不同对象（非 GoF 23 种设计模式之一，但常被提及）。
2. 工厂方法模式（Factory Method）：定义一个创建对象的接口，由子类决定实例化哪个类。
3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）：提供一个创建一系列相关或依赖对象的接口。

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2. 简单工厂模式实现

2.1 示例场景

假设我们要创建一个支付系统，支持微信支付和支付宝支付。

2.2 定义产品接口

public interface Payment {
    void pay(double amount);
}

2.3 实现具体产品

public class WeChatPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("通过微信支付 " + amount + " 元");
    }
}

public class AlipayPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("通过支付宝支付 " + amount + " 元");
    }
}

2.4 创建简单工厂

public class PaymentFactory {
    public static Payment createPayment(String type) {
        switch (type) {
            case "wechat":
                return new WeChatPayment();
            case "alipay":
                return new AlipayPayment();
            default:
                throw new IllegalArgumentException("未知的支付类型: " + type);
        }
    }
}

2.5 客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Payment wechat = PaymentFactory.createPayment("wechat");
        wechat.pay(100.0);

        Payment alipay = PaymentFactory.createPayment("alipay");
        alipay.pay(50.0);
    }
}

输出结果

通过微信支付 100.0 元
通过支付宝支付 50.0 元

简单工厂特点

• 优点：简单易用，适合产品类型较少的场景。
• 缺点：新增支付方式时需修改工厂类，违反“开闭原则”。

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3. 工厂方法模式实现

3.1 示例场景

改进支付系统，每种支付方式拥有独立的工厂。

3.2 定义抽象工厂接口

public interface PaymentFactory {
    Payment createPayment();
}

3.3 实现具体工厂

public class WeChatPaymentFactory implements PaymentFactory {
    @Override
    public Payment createPayment() {
        return new WeChatPayment();
    }
}

public class AlipayPaymentFactory implements PaymentFactory {
    @Override
    public Payment createPayment() {
        return new AlipayPayment();
    }
}

3.4 客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        PaymentFactory wechatFactory = new WeChatPaymentFactory();
        Payment wechat = wechatFactory.createPayment();
        wechat.pay(100.0);

        PaymentFactory alipayFactory = new AlipayPaymentFactory();
        Payment alipay = alipayFactory.createPayment();
        alipay.pay(50.0);
    }
}

输出结果

同简单工厂。

工厂方法特点

• 优点：新增支付方式只需新增工厂类，符合“开闭原则”。
• 缺点：类数量增加，系统复杂度提升。

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4. 抽象工厂模式实现

4.1 示例场景

扩展支付系统，新增支付和退款功能，涉及一组相关产品。

4.2 定义产品族接口

public interface Payment {
    void pay(double amount);
}

public interface Refund {
    void refund(double amount);
}

4.3 实现具体产品

public class WeChatPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("通过微信支付 " + amount + " 元");
    }
}

public class WeChatRefund implements Refund {
    @Override
    public void refund(double amount) {
        System.out.println("通过微信退款 " + amount + " 元");
    }
}

public class AlipayPayment implements Payment {
    @Override
    public void pay(double amount) {
        System.out.println("通过支付宝支付 " + amount + " 元");
    }
}

public class AlipayRefund implements Refund {
    @Override
    public void refund(double amount) {
        System.out.println("通过支付宝退款 " + amount + " 元");
    }
}

4.4 定义抽象工厂接口

public interface PaymentAbstractFactory {
    Payment createPayment();
    Refund createRefund();
}

4.5 实现具体工厂

public class WeChatFactory implements PaymentAbstractFactory {
    @Override
    public Payment createPayment() {
        return new WeChatPayment();
    }

    @Override
    public Refund createRefund() {
        return new WeChatRefund();
    }
}

public class AlipayFactory implements PaymentAbstractFactory {
    @Override
    public Payment createPayment() {
        return new AlipayPayment();
    }

    @Override
    public Refund createRefund() {
        return new AlipayRefund();
    }
}

4.6 客户端使用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        PaymentAbstractFactory wechatFactory = new WeChatFactory();
        Payment wechatPayment = wechatFactory.createPayment();
        Refund wechatRefund = wechatFactory.createRefund();
        wechatPayment.pay(100.0);
        wechatRefund.refund(20.0);

        PaymentAbstractFactory alipayFactory = new AlipayFactory();
        Payment alipayPayment = alipayFactory.createPayment();
        Refund alipayRefund = alipayFactory.createRefund();
        alipayPayment.pay(50.0);
        alipayRefund.refund(10.0);
    }
}

输出结果

通过微信支付 100.0 元
通过微信退款 20.0 元
通过支付宝支付 50.0 元
通过支付宝退款 10.0 元

抽象工厂特点

• 优点：适合创建一组相关对象，保证产品族的统一性。
• 缺点：新增产品族（如新增银联支付）简单，但新增产品种类（如新增查询功能）需修改接口，扩展性有限。

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5. 工厂模式的优点与缺点

优点

1. 封装创建过程：隐藏对象创建细节，降低耦合。
2. 扩展性强：工厂方法和抽象工厂支持灵活扩展。
3. 复用性高：统一管理对象创建逻辑。

缺点

1. 类数量增加：特别是工厂方法和抽象工厂模式，会引入更多类。
2. 复杂度提升：对简单场景可能显得过于复杂。

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6. 实际应用场景

• Spring 中的 BeanFactory：Spring 框架使用工厂模式创建和管理 Bean。
• JDBC 驱动管理：DriverManager 通过工厂模式加载不同数据库驱动。
• 日志框架：如 SLF4J 的 LoggerFactory，动态创建日志实例。

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7. 总结

工厂模式是 Java 中最常用的设计模式之一，通过简单工厂、工厂方法和抽象工厂三种形式，满足了从简单到复杂的对象创建需求。简单工厂适合小型系统，工厂方法强调扩展性，抽象工厂则适用于产品族场景。掌握工厂模式，能让你的代码更灵活、可维护，值得在实际项目中实践！

希望这篇博文对你理解工厂模式有所帮助！如果有其他设计模式相关需求，欢迎留言交流。