设计模式篇：理解工厂模式

引言：从生活中的工厂说起

当你需要一辆汽车时，你会怎么做？是亲自去采矿炼钢、制造零件、组装车辆，还是直接走进一家汽车4S店告诉销售员你需要的车型？显然，我们都会选择后者。在软件设计中，工厂模式扮演的正是这个"4S店"的角色 - 它帮助我们以一种更优雅的方式创建对象，而无需关心对象构建的复杂细节。

作为最常用的创建型设计模式之一，工厂模式在Spring、Hibernate等主流框架中随处可见。本文将带你深入理解工厂模式的核心思想、实现方式及其在实际开发中的应用价值。

一、工厂模式解决了什么问题？

在日常开发中，我们经常遇到这样的场景：

// 没有使用工厂模式的代码
public class PaymentService {public void pay(String type) {if ("alipay".equals(type)) {AlipayPayment payment = new AlipayPayment();payment.pay();} else if ("wechat".equals(type)) {WechatPayment payment = new WechatPayment();payment.pay();} else if ("bank".equals(type)) {BankPayment payment = new BankPayment();payment.pay();}// 每新增一种支付方式，就要修改这里}
}

这种代码存在几个明显问题：

1. 违反开闭原则：每次新增支付类型都要修改原有代码

2. 职责过重：包含了过多的对象创建逻辑

3. 难以维护：条件判断会随着类型增加变得越来越长

工厂模式正是为了解决这些问题而生的。

二、工厂模式的三种实现形式

工厂模式有三种主要变体，让我们逐一了解。

1. 简单工厂模式（静态工厂）

这是最简单的工厂实现形式：

public class PaymentFactory {public static Payment createPayment(String type) {switch (type) {case "alipay":return new AlipayPayment();case "wechat":return new WechatPayment();case "bank":return new BankPayment();default:throw new IllegalArgumentException("未知支付类型");}}
}// 使用方式
Payment payment = PaymentFactory.createPayment("alipay");
payment.pay();

优点：

• 客户端与具体实现解耦

• 集中管理对象创建逻辑

缺点：

• 仍然违反开闭原则（新增类型需修改工厂类）

• 工厂类职责过重

2. 工厂方法模式

工厂方法模式通过引入抽象工厂接口，让子类决定创建什么对象：

// 抽象工厂
interface PaymentFactory {Payment createPayment();
}// 具体工厂
class AlipayFactory implements PaymentFactory {@Overridepublic Payment createPayment() {return new AlipayPayment();}
}class WechatFactory implements PaymentFactory {@Overridepublic Payment createPayment() {return new WechatPayment();}
}// 使用方式
PaymentFactory factory = new AlipayFactory();
Payment payment = factory.createPayment();
payment.pay();

优点：

• 完全遵循开闭原则

• 单一职责原则，每个工厂只负责一种产品

缺点：

• 类数量增加（每个产品对应一个工厂类）

• 增加了系统复杂度

3. 抽象工厂模式

抽象工厂模式用于创建相关或依赖对象的家族：

// 抽象工厂
interface PaymentSuiteFactory {Payment createPayment();Validator createValidator();Notifier createNotifier();
}// 具体工厂 - 支付宝套件
class AlipaySuiteFactory implements PaymentSuiteFactory {@Overridepublic Payment createPayment() {return new AlipayPayment();}@Overridepublic Validator createValidator() {return new AlipayValidator();}@Overridepublic Notifier createNotifier() {return new AlipayNotifier();}
}// 使用方式
PaymentSuiteFactory factory = new AlipaySuiteFactory();
Payment payment = factory.createPayment();
payment.pay();

适用场景：

• 需要创建一组相关或相互依赖的对象

• 系统中有多个产品族，但每次只使用其中一族

三、Spring中的工厂模式实践

Spring框架大量使用了工厂模式的思想，最典型的例子是BeanFactory：

// Spring风格的工厂模式示例
@Service
public class PaymentFactory {@Autowiredprivate Map<String, Payment> paymentMap; // Spring会自动注入所有Payment实现public Payment getPayment(String type) {Payment payment = paymentMap.get(type + "Payment"); // 如alipayPaymentif (payment == null) {throw new IllegalArgumentException("无效支付类型");}return payment;}
}// 定义支付接口
public interface Payment {void pay();
}// 具体实现
@Service("alipayPayment")
public class AlipayPayment implements Payment {@Overridepublic void pay() {System.out.println("支付宝支付");}
}@Service("wechatPayment")
public class WechatPayment implements Payment {@Overridepublic void pay() {System.out.println("微信支付");}
}// 使用方式
@RestController
public class PaymentController {@Autowiredprivate PaymentFactory paymentFactory;@PostMapping("/pay")public void pay(@RequestParam String type) {Payment payment = paymentFactory.getPayment(type);payment.pay();}
}

Spring工厂模式特点：

1. 利用IoC容器管理对象创建

2. 通过依赖注入自动装配

3. 结合注解实现灵活配置

四、工厂模式的最佳实践

1. 何时使用工厂模式？

• 对象创建逻辑复杂或需要统一管理时

• 需要灵活扩展产品类型时

• 需要将产品与使用者解耦时

• 系统中存在大量相似对象的创建时

2. 建议

1. 优先使用静态工厂方法：对于简单场景，可以在类中提供静态创建方法

   public class Email {private String content;private Email(String content) {this.content = content;}public static Email createWithHtml(String html) {// 复杂的HTML处理逻辑return new Email(processedHtml);}public static Email createWithText(String text) {// 简单的文本处理return new Email(text);}
   }

2. 考虑使用工厂方法：当预计会有多种产品变体时

3. 抽象工厂适合产品族：当需要创建一系列相关对象时

4. 结合Spring使用：利用依赖注入和注解简化工厂实现

3. 避免滥用

工厂模式虽好，但不应过度使用。以下情况可能不需要工厂：

• 对象创建非常简单，直接new即可

• 不会有多于一种的产品变体

• 产品之间没有共同接口

五、经典案例：JDK中的工厂模式

Java标准库中也大量使用了工厂模式：

1. Calendar.getInstance()：根据时区返回不同的Calendar实现

2. NumberFormat.getInstance()：获取数字格式化对象

3. DriverManager.getConnection()：获取数据库连接

4. 集合框架的Collections.unmodifiableList()等工具方法

// JDK工厂模式示例
Calendar calendar = Calendar.getInstance(Locale.CHINA);
NumberFormat format = NumberFormat.getCurrencyInstance();

这些工厂方法隐藏了底层实现细节，提供了统一的创建接口。

工厂模式不仅仅是一种技术实现，更体现了一种重要的设计 - "不要调用我，我会调用你"（Hollywood Principle）。通过将对象创建的主动权反转给工厂，我们的代码变得更加灵活、可扩展和易于维护。

记住，好的设计模式应用应该是无形的 - 当你发现自己在频繁修改同一段对象创建代码时，可能就是引入工厂模式的好时机。但也要避免过度设计，保持代码的简洁性。

希望本文能帮助你深入理解工厂模式，在实际开发中做出更好的设计决策！