23种设计模式之【工厂方法模式】-核心原理与 Java实践

工厂方法模式（Factory Method Pattern）

工厂方法模式是 23 种设计模式中的一种创建型模式，其核心思想是定义一个创建对象的接口，但由子类决定要实例化的类是哪一个。工厂方法让类的实例化推迟到子类中进行，从而实现创建逻辑与使用逻辑的解耦。

核心原理

抽象产品（Product）：
定义产品的接口，是工厂方法模式所创建对象的超类型
描述所有产品共有的公共接口
具体产品（ConcreteProduct）：
实现抽象产品接口，是工厂方法模式的创建目标
每个具体产品对应一个具体工厂
抽象工厂（Factory）：
声明工厂方法，该方法返回一个抽象产品类型
可以包含其他与产品相关的业务逻辑
具体工厂（ConcreteFactory）：
实现抽象工厂的工厂方法，返回具体产品的实例
负责创建对应类型的具体产品

工厂方法模式的核心是 “将对象创建延迟到子类”，通过多态性实现了产品创建的灵活扩展。

Java 实践示例

以 “文档编辑器” 为例实现工厂方法模式：
编辑器可以创建不同类型的文档（文本文档、表格文档）
每种文档由对应的工厂负责创建

package com.example.demo;public class FactoryMethodPattern {public static void main(String[] args) {// 创建文本文档工厂并使用DocumentFactory textFactory = new TextDocumentFactory();Editor textEditor = new Editor(textFactory);textEditor.newDocument();textEditor.openDocument();System.out.println("---");// 创建表格文档工厂并使用DocumentFactory tableFactory = new TableDocumentFactory();Editor tableEditor = new Editor(tableFactory);tableEditor.newDocument();tableEditor.openDocument();}// 抽象产品：文档接口public interface Document {void create();void open();}// 具体产品：文本文档public static class TextDocument implements Document {@Overridepublic void create() {System.out.println("创建文本文档");}@Overridepublic void open() {System.out.println("打开文本文档，显示文本内容");}}// 具体产品：表格文档public static class TableDocument implements Document {@Overridepublic void create() {System.out.println("创建表格文档");}@Overridepublic void open() {System.out.println("打开表格文档，显示表格内容");}}// 抽象工厂：文档工厂接口public interface DocumentFactory {Document createDocument();}// 具体工厂：文本文档工厂public static class TextDocumentFactory implements DocumentFactory {@Overridepublic Document createDocument() {return new TextDocument();}}// 具体工厂：表格文档工厂public static class TableDocumentFactory implements DocumentFactory {@Overridepublic Document createDocument() {return new TableDocument();}}// 编辑器类（使用产品的客户端）public static class Editor {private DocumentFactory factory;// 注入工厂public Editor(DocumentFactory factory) {this.factory = factory;}// 新建文档public void newDocument() {Document doc = factory.createDocument();doc.create();}// 打开文档public void openDocument() {Document doc = factory.createDocument();doc.open();}}
}

运行结果

创建文本文档
打开文本文档，显示文本内容
---
创建表格文档
打开表格文档，显示表格内容

工厂方法模式的特点

优点：
符合开闭原则：新增产品时只需添加对应的具体产品和具体工厂，无需修改原有代码
解耦创建与使用：客户端只需关心抽象产品和抽象工厂，无需知道具体实现
多态性：通过不同工厂创建不同产品，客户端可透明地使用不同产品
缺点：
类数量增加：每增加一个产品，通常需要新增一个具体产品类和一个具体工厂类
复杂度提高：相比简单工厂模式，引入了更多的抽象和接口
与简单工厂模式的区别：
简单工厂：由一个工厂类负责所有产品的创建，新增产品需修改工厂类（违反开闭原则）
工厂方法：每个产品由对应的工厂创建，新增产品只需新增工厂（符合开闭原则）

工厂方法模式的应用场景

类库设计：
框架需要提供扩展点时，如 Java 集合框架中的Collection接口的iterator()方法（工厂方法），由具体集合类（如ArrayList、HashSet）实现
日志框架：
不同日志实现（如 Log4j、SLF4J）可通过工厂方法模式切换，客户端面向抽象日志接口编程
数据库访问：
不同数据库（MySQL、Oracle）的连接创建，可通过ConnectionFactory的不同实现类完成
插件系统：
支持插件扩展的系统，每个插件对应一个工厂，通过工厂方法创建插件实例
GUI 工具包：
跨平台 GUI 工具包中，按钮、文本框等组件的创建由对应平台的工厂实现（如 WindowsFactory、MacFactory）

工厂方法模式是创建型模式中应用最广泛的模式之一，它通过将对象创建延迟到子类，实现了创建逻辑的灵活扩展，是框架设计中常用的模式。