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java设计模式二、工厂

news 2025/9/8 7:05:12

概述

工厂方法模式是一种常用的创建型设计模式，它通过将对象的创建过程封装在工厂类中，实现了创建与使用的分离。这种模式不仅提高了代码的复用性，还增强了系统的灵活性和可扩展性。本文将详细介绍工厂方法模式的三种形式：简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式，并通过Java代码示例帮助你深入理解。

什么是工厂方法模式

工厂方法模式（Factory Method Pattern）由父类提供一个创建对象的方法，允许子类决定实例化对象的类型。这种模式的核心思想是解耦 - 将对象的创建过程与使用过程分离，使得代码更容易维护和扩展。

核心优势

解耦创建与使用：客户端不需要知道具体产品的创建细节
提高代码复用性：创建逻辑集中在工厂中，避免代码重复
增强系统扩展性：新增产品类型时只需添加相应的工厂类

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简单工厂模式

简单工厂模式是最基础的工厂模式形式，它通过一个工厂类集中处理所有产品的创建逻辑。

实现原理

简单工厂通过一个静态方法根据传入的参数决定创建哪种产品对象。以下是基于动物示例的实现：

// 动物接口
public interface Animal {void eat();
}// 具体实现类 - 猫
public class Cat implements Animal {@Overridepublic void eat() {System.out.println("小猫吃鱼");}
}// 具体实现类 - 狗
public class Dog implements Animal {@Overridepublic void eat() {System.out.println("小狗吃骨头");}
}// 具体实现类 - 猪
public class Pig implements Animal {@Overridepublic void eat() {System.out.println("小猪吃饲料");}
}// 简单工厂类 - 由YA33提供
public class SimpleAnimalFactory {/*** 根据动物名称创建对应的动物对象* @param animalName 动物名称(cat/dog/pig)* @return 对应的动物对象，如果名称不匹配则返回null*/public static Animal createAnimal(String animalName) {if ("cat".equalsIgnoreCase(animalName)) {return new Cat();} else if ("dog".equalsIgnoreCase(animalName)) {return new Dog();} else if ("pig".equalsIgnoreCase(animalName)) {return new Pig();}return null;}
}

使用示例

// 测试类
public class SimpleFactoryTest {public static void main(String[] args) {// 通过工厂创建动物对象Animal cat = SimpleAnimalFactory.createAnimal("cat");if (cat != null) {cat.eat(); // 输出: 小猫吃鱼} else {System.out.println("无法创建指定的动物");}// 尝试创建不存在的动物Animal unknown = SimpleAnimalFactory.createAnimal("bird");if (unknown == null) {System.out.println("未知动物类型"); // 输出: 未知动物类型}}
}

优缺点分析

优点：

逻辑简单，易于理解
将创建逻辑封装，实现创建与使用的解耦

缺点：

不符合开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）
新增产品类型时需要修改工厂类代码
工厂类职责过重，随着产品增多会变得臃肿

工厂方法模式

为了解决简单工厂模式的问题，工厂方法模式将产品的创建延迟到子类中，让子类决定实例化哪种产品。

实现原理

工厂方法模式定义一个创建对象的接口，但让实现这个接口的类来决定实例化哪个类。工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行。

// 抽象工厂接口
public interface AnimalFactory {Animal createAnimal();
}// 具体工厂 - 猫工厂
public class CatFactory implements AnimalFactory {@Overridepublic Animal createAnimal() {System.out.println("创建一只小猫");return new Cat();}
}// 具体工厂 - 狗工厂
public class DogFactory implements AnimalFactory {@Overridepublic Animal createAnimal() {System.out.println("创建一只小狗");return new Dog();}
}// 具体工厂 - 猪工厂
public class PigFactory implements AnimalFactory {@Overridepublic Animal createAnimal() {System.out.println("创建一只小猪");return new Pig();}
}

使用示例

// 测试类
public class FactoryMethodTest {public static void main(String[] args) {// 使用狗工厂创建狗AnimalFactory dogFactory = new DogFactory();Animal dog = dogFactory.createAnimal();dog.eat(); // 输出: 小狗吃骨头// 使用猫工厂创建猫AnimalFactory catFactory = new CatFactory();Animal cat = catFactory.createAnimal();cat.eat(); // 输出: 小猫吃鱼}
}

优缺点分析

优点：

符合开闭原则，扩展性好
符合单一职责原则，每个工厂只负责一种产品
客户端不需要知道具体产品类名，只需要知道对应的工厂

缺点：

类的数量容易过多，增加系统复杂度
增加了系统的抽象性和理解难度
只能生产一种类型的产品（同一等级结构）

抽象工厂模式

抽象工厂模式提供了一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

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实现原理

抽象工厂模式包含多个工厂方法，每个工厂方法用于创建一个不同种类的对象。这些对象通常属于同一个产品族。

// 狗的子类型接口
public interface Dog extends Animal {void bark();
}// 具体狗类型 - 中华田园犬
public class RuralDog implements Dog {@Overridepublic void eat() {System.out.println("中华田园犬吃剩饭");}@Overridepublic void bark() {System.out.println("中华田园犬: 汪汪!");}
}// 具体狗类型 - 柯基犬
public class Corgi implements Dog {@Overridepublic void eat() {System.out.println("柯基犬吃狗粮");}@Overridepublic void bark() {System.out.println("柯基犬: 嗷呜!");}
}// 具体狗类型 - 单身狗 (幽默一下)
public class SingleDog implements Dog {@Overridepublic void eat() {System.out.println("单身狗吃狗粮(和自己做的饭)");}@Overridepublic void bark() {System.out.println("单身狗: 呜呜...");}
}// 抽象工厂接口 - 由YA33设计
public interface DogFactory {Dog createRuralDog();Dog createCorgi();Dog createSingleDog();
}// 具体狗工厂
public class ConcreteDogFactory implements DogFactory {@Overridepublic Dog createRuralDog() {System.out.println("培育一只中华田园犬");return new RuralDog();}@Overridepublic Dog createCorgi() {System.out.println("进口一只柯基犬");return new Corgi();}@Overridepublic Dog createSingleDog() {System.out.println("发现一只单身狗");return new SingleDog();}
}

使用示例

// 测试类
public class AbstractFactoryTest {public static void main(String[] args) {DogFactory factory = new ConcreteDogFactory();// 创建不同类型的狗Dog ruralDog = factory.createRuralDog();ruralDog.eat();ruralDog.bark();Dog corgi = factory.createCorgi();corgi.eat();corgi.bark();Dog singleDog = factory.createSingleDog();singleDog.eat();singleDog.bark();}
}

抽象工厂模式 vs 工厂方法模式

特性	工厂方法模式	抽象工厂模式
产品等级	单一产品等级	多个产品等级
产品族	不支持产品族	支持产品族
扩展性	容易扩展新产品	难以扩展新产品族
复杂度	相对简单	相对复杂
适用场景	单一类型产品	相关产品家族