设计模式 - 创建型 - 工厂方法模式（Factory Method Pattern）

工厂方法模式（Factory Method Pattern）是一种创建型设计模式，其核心思想是将对象的创建过程延迟到子类，通过抽象化工厂接口解决简单工厂模式中的扩展性问题。以下是该模式的详细解析：

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一、核心定义与设计目标

1. 定义
   定义一个用于创建对象的接口，但让子类决定实例化哪个具体类。工厂方法模式将实例化操作延迟到子类，实现创建逻辑与使用逻辑的解耦。

2. 设计目标

   • 开闭原则：支持新增产品类型时无需修改现有代码。
   • 多态性与扩展性：通过子类化工厂实现动态扩展。
   • 依赖倒置：客户端仅依赖抽象接口，而非具体实现。

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二、模式结构与角色划分

1. 核心角色（[6] [13]）

   • 抽象产品（Product）：定义产品的公共接口（如 Shape 接口）。
   • 具体产品（Concrete Product）：实现抽象产品的具体类（如 Circle、Rectangle）。
   • 抽象工厂（Creator）：声明工厂方法（如 createProduct()），返回抽象产品类型。
   • 具体工厂（Concrete Creator）：重写工厂方法，返回具体产品实例（如 CircleFactory）。

2. UML类图示例

   +-------------------+          +-------------------+
   |   Creator          |          |   Product         |
   +-------------------+          +-------------------+
   | +factoryMethod()  |<|------|>| +operation()      |
   +-------------------+          +-------------------+
            ▲                              ▲
            |                              |
   +-------------------+          +-------------------+
   | ConcreteCreatorA  |          | ConcreteProductA  |
   +-------------------+          +-------------------+
   | +factoryMethod()  |─────────>| +operation()      |
   +-------------------+          +-------------------+
   

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三、与简单工厂模式的对比

特性	简单工厂模式	工厂方法模式
扩展性	新增产品需修改工厂类（违反开闭原则）	新增产品只需添加子类（符合开闭原则）
工厂职责	集中处理所有产品创建逻辑	分散到子类，每个工厂负责单一产品
适用场景	产品类型固定、逻辑简单	产品类型动态扩展、系统需高灵活性
代码复杂度	低（单工厂类）	较高（多工厂子类）

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四、优缺点分析

优点

1. 符合开闭原则：新增产品类型只需扩展子类，无需修改已有代码。
2. 解耦创建与使用：客户端仅依赖抽象接口，降低耦合。
3. 支持多态性：通过子类工厂实现不同产品的动态创建。

缺点

1. 类数量增加：每新增一个产品需对应新增一个工厂子类。
2. 复杂性提升：对简单场景可能引入不必要的抽象。
3. 需继承体系支持：若产品族需跨多个维度组合，需引入抽象工厂模式。

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五、适用场景

1. 动态扩展需求：如日志系统需支持新增日志类型（文件、数据库、控制台。
2. 框架设计：允许用户自定义对象创建逻辑（如 Spring 的 BeanFactory）。
3. 跨平台组件：不同平台的 UI 控件（按钮、文本框）通过子类工厂实现。
4. 对象创建复杂：需封装复杂初始化过程（如数据库连接池。

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六、代码实现示例（Java）

// 抽象产品
interface Shape {
    void draw();
}

// 具体产品
class Circle implements Shape {
    @Override public void draw() { System.out.println("绘制圆形"); }
}

// 抽象工厂
interface ShapeFactory {
    Shape createShape();
}

// 具体工厂
class CircleFactory implements ShapeFactory {
    @Override public Shape createShape() { return new Circle(); }
}

// 客户端
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        ShapeFactory factory = new CircleFactory();
        Shape shape = factory.createShape();
        shape.draw(); // 输出：绘制圆形
    }
}

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七、实际应用案例

1. 日志记录系统

   • 抽象产品：Logger 接口定义 log() 方法。
   • 具体产品：FileLogger、DatabaseLogger。
   • 工厂子类：FileLoggerFactory、DatabaseLoggerFactory。

2. 游戏角色创建

   • 抽象产品：Character 接口定义 attack() 方法。
   • 具体产品：Warrior、Mage。
   • 工厂子类：WarriorFactory、MageFactory。

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八、总结

工厂方法模式通过将对象创建逻辑分散到子类，解决了简单工厂模式违反开闭原则的问题，适用于需要动态扩展产品类型的场景。其代价是增加了类的数量，但通过合理的抽象设计可显著提升系统的灵活性和可维护性。在实际开发中，需根据需求权衡是否引入该模式。