深入理解Java工厂方法模式：原理剖析与实战应用

一、为什么要学习工厂方法模式？

在软件开发中，对象创建是最常见的操作之一。当我们需要创建的对象类型存在多种可能，或者对象的创建过程较为复杂时，如果直接在业务代码中使用new关键字进行实例化，会导致以下问题：

1. 代码耦合度高

2. 难以扩展新的产品类型

3. 违反开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）

4. 代码重复和可维护性差

工厂方法模式（Factory Method Pattern）正是为了解决这些问题而诞生的经典设计模式。它被广泛应用于Spring、Hibernate等主流框架中，是Java开发者必须掌握的核心设计模式之一。

二、工厂方法模式核心概念

2.1 模式定义

工厂方法模式定义一个用于创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。该模式使一个类的实例化延迟到其子类。

2.2 模式结构

• 抽象产品（Product）：定义产品的接口

• 具体产品（ConcreteProduct）：实现抽象产品接口的具体类

• 抽象工厂（Creator）：声明工厂方法，返回Product类型对象

• 具体工厂（ConcreteCreator）：重写工厂方法，返回具体产品实例

2.3 UML类图

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

三、完整代码示例：数据库连接工厂

3.1 场景说明

假设我们需要创建不同类型的数据库连接（MySQL、PostgreSQL），要求：

1. 方便扩展新的数据库类型

2. 客户端代码与具体数据库实现解耦

3. 统一的连接创建接口

3.2 代码实现

步骤1：定义产品接口

public interface Connection {
    void connect();
    void executeQuery(String query);
}

步骤2：实现具体产品

public class MySQLConnection implements Connection {
    @Override
    public void connect() {
        System.out.println("Connected to MySQL database");
    }

    @Override
    public void executeQuery(String query) {
        System.out.println("Executing MySQL query: " + query);
    }
}

public class PostgreSQLConnection implements Connection