设计模式——简单工厂模式(创建型)
摘要
本文主要介绍了简单工厂模式,包括其定义、结构、实现方式、适用场景、实战示例以及思考。简单工厂模式是一种创建型设计模式,通过工厂类根据参数决定创建哪一种产品类的实例,封装了对象创建的细节,使客户端无需关心具体类的创建逻辑。文章详细阐述了其角色组成、类图、时序图,探讨了两种常见的实现方式,分析了适合与不适合的场景,并提供了 Spring 项目和可插拔式策略工厂的实战示例。最后,还提出了支持 SPI 机制、注解标记策略名称和配置中心切换策略等思考方向。
1. 简单工厂模式定义
简单工厂模式是一种创建型设计模式,它通过一个工厂类根据传入的参数决定创建哪一种产品类的实例。
核心要点:
- 核心角色:工厂类(Factory)
-
- 负责创建产品对象。
- 客户端只需传递参数,不关心具体类的创建逻辑。
- 目标:封装对象创建的细节,将创建对象的逻辑从使用者中分离出来。
组成结构:
角色 | 说明 |
Product | 抽象产品类(接口或抽象类) |
ConcreteProduct | 具体产品类,实现 Product 接口 |
Factory | 工厂类,包含创建产品对象的静态方法 |
Client | 客户端,调用工厂方法获取产品对象并使用它 |
2. 简单工厂模式结构
2.1. 简单工厂类图
2.2. 简单工厂时序图
3. 简单工厂模式实现方式
实现方式主要分为两种:
实现方式 | 描述 |
1. 静态方法创建(常用) | 工厂方法是 |
2. 实例方法创建(灵活) | 工厂需要先实例化,再调用方法创建对象,适合支持不同配置或依赖注入 |
3.1. ✅ 实现方式 1:静态方法创建产品对象(最常见)
// 抽象产品
public interface Product {void doWork();
}// 具体产品 A
public class ProductA implements Product {public void doWork() {System.out.println("产品A正在工作");}
}// 具体产品 B
public class ProductB implements Product {public void doWork() {System.out.println("产品B正在工作");}
}// 简单工厂
public class SimpleFactory {public static Product createProduct(String type) {if ("A".equalsIgnoreCase(type)) {return new ProductA();} else if ("B".equalsIgnoreCase(type)) {return new ProductB();}throw new IllegalArgumentException("不支持的产品类型:" + type);}
}// 客户端
public class Client {public static void main(String[] args) {Product product = SimpleFactory.createProduct("A");product.doWork(); // 输出:产品A正在工作}
}
3.2. ✅ 实现方式 2:使用工厂实例方法创建产品对象(便于配置)
// 工厂类
public class SimpleFactory {public Product createProduct(String type) {if ("A".equalsIgnoreCase(type)) {return new ProductA();} else if ("B".equalsIgnoreCase(type)) {return new ProductB();}throw new IllegalArgumentException("不支持的产品类型:" + type);}
}// 客户端
public class Client {public static void main(String[] args) {SimpleFactory factory = new SimpleFactory();Product product = factory.createProduct("B");product.doWork(); // 输出:产品B正在工作}
}
3.3. 🧠 简单工厂实现总结
对比项 | 静态方法工厂 | 实例方法工厂 |
是否需要工厂对象 | 否 | 是 |
是否支持配置 | 较差 | 支持通过构造函数注入 |
使用场景 | 通用工厂、工具类 | 多配置或状态的工厂类 |
4. 简单工厂模式适合场景
4.1. ✅ 适合的场景(推荐使用简单工厂):
场景描述 | 原因 |
产品种类有限,变化不大 | 工厂中 if-else/switch 可维护性尚可,结构清晰 |
客户端不关心对象创建细节 | 封装了具体类的创建过程,减少耦合 |
多个子类实现一个接口/抽象类,客户端按条件选择创建哪一个 | 工厂根据传参决定具体返回哪个子类 |
代码结构相对简单,开发阶段处于初期 | 不想引入复杂设计,简单工厂最直观、易懂 |
希望集中管理对象创建 | 比 scattered new 更好维护和修改 |
📌 示例:日志输出、支付方式选择、消息发送器选择(短信/邮件/微信)等。
4.2. ❌ 不适合的场景(不推荐使用简单工厂):
场景描述 | 问题 |
1. 产品种类经常变化或增加 | 每新增一个产品都要修改工厂类,违反“开放封闭原则” |
2. 产品种类太多,逻辑复杂 | 工厂类会膨胀成一个巨大类,不利于维护 |
3. 需要依赖注入、构造过程复杂 | 无法灵活注入依赖,缺乏拓展性 |
4. 对产品创建过程有定制要求 | 不能对不同产品的创建过程进行细粒度控制 |
5. 分布式、多模块开发场景 | 集中式工厂类会形成模块间强依赖,不利于解耦和部署 |
📌 示例:大型系统中涉及复杂对象生命周期控制的场景(如数据库连接池、线程池、配置驱动类等)。
4.3. ✅ 使用建议总结:
建议 | 原因 |
✔ 使用于产品稳定、变化少的小规模项目 | 简单、易维护 |
❌ 不建议用于大型、产品体系复杂的项目 | 违背开闭原则、扩展性差 |
👉 可结合工厂方法模式或抽象工厂模式演进 | 更好地支持扩展与解耦 |
5. 简单工厂模式实战示例
5.1. Spring项目中简单工厂示例
我们以“消息发送系统”为例,演示如何使用简单工厂根据输入创建不同的消息发送器(如短信、邮件、微信等)。
5.1.1. ✅ 场景目标
在 Spring 项目中,根据配置选择不同的消息发送器进行发送,如:
- 配置为
sms
:发送短信; - 配置为
email
:发送邮件; - 配置为
wechat
:发送微信。
5.1.2. ✅ 定义统一接口
public interface MessageSender {void send(String message);
}
5.1.3. ✅ 三种发送器的实现类
@Component("smsSender")
public class SmsSender implements MessageSender {public void send(String message) {System.out.println("发送短信:" + message);}
}@Component("emailSender")
public class EmailSender implements MessageSender {public void send(String message) {System.out.println("发送邮件:" + message);}
}@Component("wechatSender")
public class WechatSender implements MessageSender {public void send(String message) {System.out.println("发送微信:" + message);}
}
5.1.4. ✅ 简单工厂类(使用 Spring 容器管理)
@Component
public class MessageSenderFactory {@Autowiredprivate ApplicationContext applicationContext;public MessageSender createSender(String type) {switch (type.toLowerCase()) {case "sms":return applicationContext.getBean("smsSender", MessageSender.class);case "email":return applicationContext.getBean("emailSender", MessageSender.class);case "wechat":return applicationContext.getBean("wechatSender", MessageSender.class);default:throw new IllegalArgumentException("不支持的消息类型:" + type);}}
}
5.1.5. ✅ 使用示例(Controller 或 Service)
@Service
public class NotifyService {@Autowiredprivate MessageSenderFactory messageSenderFactory;// 模拟从配置文件或参数中读取类型@Value("${message.type:sms}")private String messageType;public void notifyUser(String content) {MessageSender sender = messageSenderFactory.createSender(messageType);sender.send(content);}
}
5.1.6. ✅ 应用入口(或 Controller)
@RestController
public class MessageController {@Autowiredprivate NotifyService notifyService;@GetMapping("/send")public String send(@RequestParam String msg) {notifyService.notifyUser(msg);return "消息已发送";}
}
5.1.7. ✅ application.yml
示例配置
message:type: email
5.1.8. ✅ 简单工厂示例总结
设计点 | 说明 |
工厂类 |
|
接口统一 | 所有发送器实现 |
解耦 |
|
可配置 | 支持通过配置控制行为,符合 Spring 项目实践 |
5.2. 可插拔式策略工厂(使用 SPI、Map 注册) 示例
下面是一个 可插拔式策略工厂(基于 Map 注册 + Spring 管理) 的完整示例,非常适用于需要动态切换、按配置扩展的业务策略类,比如:消息发送、支付渠道、风控策略、营销活动处理器等。实现一种 灵活可扩展 的策略选择工厂,每个策略自动注册 到一个 Map<String, Strategy>
中,不需要手动 switch-case
。
5.2.1. ✅ 定义统一接口(策略接口)
public interface MessageSender {String type(); // 每个实现类提供自己的标识void send(String message);
}
5.2.2. ✅ 三种发送实现类(@Component 自动注入)
@Component
public class SmsSender implements MessageSender {public String type() {return "sms";}public void send(String message) {System.out.println("【短信】发送:" + message);}
}@Component
public class EmailSender implements MessageSender {public String type() {return "email";}public void send(String message) {System.out.println("【邮件】发送:" + message);}
}@Component
public class WechatSender implements MessageSender {public String type() {return "wechat";}public void send(String message) {System.out.println("【微信】发送:" + message);}
}
5.2.3. ✅ 自动注册策略工厂(Map 注册方式)
@Component
public class MessageSenderFactory {private final Map<String, MessageSender> senderMap = new HashMap<>();// Spring 会自动注入所有 MessageSender 的实现类@Autowiredpublic MessageSenderFactory(List<MessageSender> senders) {for (MessageSender sender : senders) {senderMap.put(sender.type(), sender);}}public MessageSender getSender(String type) {MessageSender sender = senderMap.get(type);if (sender == null) {throw new IllegalArgumentException("不支持的消息类型: " + type);}return sender;}
}
5.2.4. ✅ 使用策略工厂的服务类
@Service
public class NotifyService {@Autowiredprivate MessageSenderFactory messageSenderFactory;public void notifyUser(String type, String content) {MessageSender sender = messageSenderFactory.getSender(type);sender.send(content);}
}
5.2.5. ✅ Controller 示例
@RestController
@RequestMapping("/msg")
public class MessageController {@Autowiredprivate NotifyService notifyService;@GetMapping("/send")public String send(@RequestParam String type, @RequestParam String msg) {notifyService.notifyUser(type, msg);return "消息已发送";}
}
5.2.6. ✅ 示例调用
请求:
GET /msg/send?type=sms&msg=Hello_SMS
GET /msg/send?type=email&msg=Hello_Email
GET /msg/send?type=wechat&msg=Hello_WeChat
输出:
【短信】发送:Hello_SMS
【邮件】发送:Hello_Email
【微信】发送:Hello_WeChat
5.2.7. 🚀 可插拔式策略工厂优势总结
特性 | 说明 |
可插拔 | 新增一个实现类即可生效,无需改动工厂或业务代码 |
高扩展性 | 支持多策略、动态注册 |
易维护 | 摆脱 if-else / switch |
Spring友好 | 利用 Spring 自动注入 & 生命周期 |
5.3. 🔌 简单工厂设计模式可拓展方向(高级)
- 支持 SPI 机制(META-INF/services),用于插件式加载(可用于 jar 扩展、热插拔);
- 支持 注解标记策略名称;
- 支持配置中心切换策略,如使用
@Value("${message.type}")
注入默认策略。
6. 简单工厂模式思考
6.1. 支持 SPI 机制(META-INF/services),用于插件式加载(可用于 jar 扩展、热插拔);
下面是一个完整的 基于 Java SPI(Service Provider Interface)机制的插件式策略工厂实现示例,它常用于实现模块解耦、可插拔、动态扩展功能。以“消息发送策略”为例,不使用 Spring 注解扫描,而是通过 SPI 机制动态加载所有实现类。
6.1.1. 🧩 定义 SPI 接口(策略接口)
// src/main/java/com/example/spi/MessageSender.java
package com.example.spi;public interface MessageSender {String type(); // 返回类型标识符void send(String message); // 发送消息逻辑
}
6.1.2. 📝 实现类(位于独立模块 / jar 中)
// src/main/java/com/example/impl/SmsSender.java
package com.example.impl;import com.example.spi.MessageSender;public class SmsSender implements MessageSender {@Overridepublic String type() {return "sms";}@Overridepublic void send(String message) {System.out.println("【短信发送】" + message);}
}
6.1.3. 🗂️ 3SPI 注册文件
在 jar 包中的 resources/META-INF/services/
路径下创建文件:
META-INF/services/com.example.spi.MessageSender
内容如下(每一行一个实现类的全限定名):
com.example.impl.SmsSender
✅ 当你有多个策略实现时,添加多行即可,如:
com.example.impl.SmsSender
com.example.impl.EmailSender
6.1.4. ⚙️ 工厂类:动态加载所有策略实现
package com.example.factory;import com.example.spi.MessageSender;import java.util.*;public class MessageSenderFactory {private final Map<String, MessageSender> senderMap = new HashMap<>();public MessageSenderFactory() {// 加载spi接口所有接口实现类ServiceLoader<MessageSender> loader = ServiceLoader.load(MessageSender.class);for (MessageSender sender : loader) {senderMap.put(sender.type(), sender);}}public MessageSender getSender(String type) {MessageSender sender = senderMap.get(type);if (sender == null) {throw new IllegalArgumentException("不支持的消息类型: " + type);}return sender;}
}
ServiceLoader<MessageSender> loader = ServiceLoader.load(MessageSender.class);
是 Java 原生 SPI(Service Provider Interface)机制 的核心。它的底层原理其实并不复杂,是通过读取类路径下的 META-INF/services/
目录下的文件,并利用反射机制加载实现类。以下是 ServiceLoader
的简化执行逻辑:
// 从 META-INF/services/ 下查找接口对应的配置文件
Enumeration<URL> urls = classLoader.getResources("META-INF/services/" + serviceClass.getName());// 读取文件中的类名
BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(url.openStream()));
String implClassName = reader.readLine();// 通过反射实例化对象
Class<?> clazz = Class.forName(implClassName);
Object instance = clazz.newInstance();
每个实现类会被加载成一个对象,并返回一个延迟加载的迭代器。
6.1.5. 🧪 使用示例(main 方法中调用)
public class Main {public static void main(String[] args) {MessageSenderFactory factory = new MessageSenderFactory();MessageSender sender = factory.getSender("sms");sender.send("Hello SPI!");}
}
6.1.6. 🎯 整体结构
src/
├── main/
│ ├── java/
│ │ ├── com.example.spi/MessageSender.java
│ │ ├── com.example.impl/SmsSender.java
│ │ └── com.example.factory/MessageSenderFactory.java
│ └── resources/
│ └── META-INF/services/com.example.spi.MessageSender
6.1.7. 📌 SPI 模式的优点
优点 | 说明 |
插件化、低耦合 | 实现类可来自外部 jar 包,主程序不需修改 |
动态扩展能力强 | 实现类可以热插拔(配合 OSGi、模块系统) |
框架内部广泛使用 | Dubbo、JDBC、Spring Boot 自动配置( |
6.1.8. 🚫 注意事项
- SPI 默认是懒加载 + 非线程安全(如有并发需求请做好缓存);
- IDE 无法提示类名(注册文件中填写错误 IDE 不会报警);
- 多个 jar 中存在相同接口实现可能冲突;
- 如果你使用的是 SpringBoot,推荐改用 Spring 的 SPI(如
spring.factories
或spring.factories
→spring/org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration
)机制配合。
6.2. 支持注解标记策略名称
在 策略模式 中,支持通过 注解 来标记每个策略的名称,可以极大提升策略类的可读性和扩展性,尤其适用于 SPI、Map 注册、Spring 容器注册等场景。
- 多个
MessageSender
策略实现类 - 每个类通过注解标记其类型名称(如
@MessageType("sms")
) - 使用 Map 注册所有策略,支持动态获取
6.2.1. ✅ 定义注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MessageType {String value(); // 策略类型标识
}
6.2.2. ✅ 定义接口
public interface MessageSender {void send(String message);
}
6.2.3. ✅ 实现策略类 + 注解标记
@MessageType("sms")
public class SmsSender implements MessageSender {@Overridepublic void send(String message) {System.out.println("发送短信: " + message);}
}@MessageType("email")
public class EmailSender implements MessageSender {@Overridepublic void send(String message) {System.out.println("发送邮件: " + message);}
}
6.2.4. ✅ 自动注册工厂类(注解扫描)
public class MessageSenderFactory {private final Map<String, MessageSender> senderMap = new HashMap<>();public MessageSenderFactory() {// SPI 加载所有 MessageSender 实现类ServiceLoader<MessageSender> loader = ServiceLoader.load(MessageSender.class);for (MessageSender sender : loader) {MessageType annotation = sender.getClass().getAnnotation(MessageType.class);if (annotation != null) {senderMap.put(annotation.value(), sender);}}}public MessageSender getSender(String type) {MessageSender sender = senderMap.get(type);if (sender == null) {throw new IllegalArgumentException("不支持的消息类型: " + type);}return sender;}
}
6.2.5. ✅ 使用示例
public class Main {public static void main(String[] args) {MessageSenderFactory factory = new MessageSenderFactory();factory.getSender("sms").send("验证码123456");factory.getSender("email").send("欢迎邮件");}
}
6.2.6. ✅ 优点
- 注解直观标记类型,无需硬编码注册
- 扩展一个新策略只需添加一个类并标注注解
- 与
ServiceLoader
/Spring 配合使用,支持动态发现
6.3. 支持配置中心切换策略,如使用 @Value("${message.type}")
注入默认策略。
你希望实现一种 支持配置中心动态切换策略 的能力,例如通过配置中心的属性(如 Nacos、Apollo、Spring Cloud Config 等)控制当前策略的类型:实现思路(Spring + 注解 + Map 注册 + 配置驱动)
6.3.1. ✅ 定义策略注解
@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface MessageType {String value();
}
6.3.2. ✅ 定义通用接口
public interface MessageSender {void send(String message);
}
6.3.3. ✅ 多个策略实现类
@Component
@MessageType("sms")
public class SmsSender implements MessageSender {public void send(String message) {System.out.println("发送短信: " + message);}
}@Component
@MessageType("email")
public class EmailSender implements MessageSender {public void send(String message) {System.out.println("发送邮件: " + message);}
}
6.3.4. ✅ 策略工厂(Spring 容器自动注册 + 配置驱动)
@Component
public class MessageSenderFactory implements InitializingBean {@Value("${message.type:email}") // 默认email,可由配置中心动态更新private String defaultType;@Autowiredprivate List<MessageSender> senderList;private final Map<String, MessageSender> senderMap = new HashMap<>();@Overridepublic void afterPropertiesSet() {for (MessageSender sender : senderList) {MessageType annotation = sender.getClass().getAnnotation(MessageType.class);if (annotation != null) {senderMap.put(annotation.value(), sender);}}}/** 如果使用默认方式,采用的就是nacos 配置策略*/public MessageSender getSender() {MessageSender sender = senderMap.get(defaultType);if (sender == null) {throw new IllegalArgumentException("未找到对应的策略类型: " + defaultType);}return sender;}/** 使用入参对应的策略*/public MessageSender getSender(String type) {MessageSender sender = senderMap.get(type);if (sender == null) {throw new IllegalArgumentException("未找到对应的策略类型: " + type);}return sender;}
}
6.3.5. ✅ 使用示例
@RestController
public class MessageController {@Autowiredprivate MessageSenderFactory factory;/** 如果使用默认方式,采用的就是nacos配置策略*/@GetMapping("/send")public String send(@RequestParam String msg) {factory.getSender().send(msg);return "消息已发送";}/** 如果使用入参对应方式发送*/@GetMapping("/email/send")public String send(@RequestParam String sendType, @RequestParam String msg) {factory.getSender(sendType).send(msg);return "消息已发送";}
}
6.3.6. ✅ 配置变更如何生效(支持热刷新)?
如果你使用配置中心(如 Nacos),你还可以让 @Value("${message.type}")
自动刷新:
@RefreshScope
@Component
public class MessageSenderFactory implements InitializingBean {...
}
这样,在 Nacos 修改 message.type=email
为 sms
,会实时切换策略。
6.3.7. ✅ 总结优势
特性 | 实现方式 |
策略标识 | 注解 |
扫描所有策略实现 | Spring 注入 |
配置驱动选择策略 |
|
动态刷新策略选择 |
|
6.4. 使用SPI 机制(META-INF/services),用于插件式加载(可用于 jar 扩展、热插拔);与普通简单工厂方法实现区别?
使用 SPI 机制(META-INF/services
) 和 普通简单工厂模式 都是实现“根据类型返回不同实现类”的策略工厂思想,但它们在实现机制、应用场景和扩展性上有很大不同。以下是详细对比和说明:
6.4.1. 🔍 核心区别对比表
项目 | SPI机制( | 简单工厂模式(自己注册/Map) |
加载方式 | JDK 内置 自动发现实现类 | 自己手动注册,或用注解 + Spring 扫描 |
实现类注册位置 |
| 代码中通过 |
是否依赖容器(如Spring) | 否(纯 JDK 原生机制) | 是(通常依赖 Spring 注入、配置) |
扩展性(插件支持) | 强,可动态加入 jar 包扩展实现 | 弱,必须修改代码或重启注册逻辑 |
热插拔能力 | 支持(添加 jar 即生效,重启可用) | 不支持,必须重启或改代码 |
类型标识方式 | 实现类自己定义类型(如 | 通常用注解或手动 |
适合插件机制 | ✅ 非常适合 | ❌ 不适合 |
使用门槛 | 中(需要手动写 SPI 配置文件) | 低(代码中实现注册) |
6.4.2. 🧩 SPI机制(JDK ServiceLoader)工作原理
- 你要做的:
-
- 定义一个接口,比如:
MessageSender
- 实现多个类,比如:
EmailSender
、SmsSender
并实现该接口 - 在
resources/META-INF/services/com.example.spi.MessageSender
文件中列出所有实现类的 全限定类名
- 定义一个接口,比如:
com.example.sender.EmailSender
com.example.sender.SmsSender
- 运行时使用
ServiceLoader
自动扫描并实例化:
ServiceLoader<MessageSender> loader = ServiceLoader.load(MessageSender.class);
for (MessageSender sender : loader) {senderMap.put(sender.type(), sender);
}
📦 实现类可以是外部 jar 包,插件式部署。无需改主程序代码。
6.4.3. 🛠️ 简单工厂模式实现方式
实现逻辑通常在代码里“硬编码”注册每种类型与实现类的关系:
public class SenderFactory {private static final Map<String, MessageSender> map = new HashMap<>();static {map.put("email", new EmailSender());map.put("sms", new SmsSender());}public static MessageSender getSender(String type) {return map.get(type);}
}
🧱 实现类和工厂强耦合,新增类型时,必须改代码、重编、重新部署。
6.4.4. 🚦 使用场景对比
场景 | 建议使用方式 |
插件式架构,第三方扩展点 | ✅ 使用 SPI |
配置中心控制策略选择 | ✅ 使用 Spring + Map |
内部服务、类型少且固定 | ✅ 简单工厂 |
支持 jar 级别热插拔、可拔插插件 | ✅ SPI + jar 模块化 |
多环境配置动态选择实现 | ✅ Spring 结合 @Value |
7. 博文参考
- 1. 简单工厂模式( Simple Factory Pattern ) — Graphic Design Patterns
- 创建型 - 简单工厂(Simple Factory) | Java 全栈知识体系