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设计模式-工厂模式：解耦对象创建的设计艺术

news 2025/10/22 8:12:48

工厂模式详解：从制鞋厂看对象创建的艺术

如果把编程比作生产产品，那对象创建就像工厂生产商品。想象一下：如果一家鞋厂没有生产线规划，工人想到什么鞋就做什么鞋，原材料随意堆放，客户要一双运动鞋却给了皮鞋——这样的工厂注定混乱低效。

编程中直接用 new 关键字创建对象，就像这家混乱的鞋厂。而工厂模式，就是给鞋厂设计标准化生产线的“管理体系”。本文将通过“制鞋厂”的现实场景，通俗讲解简单工厂、工厂方法、抽象工厂三种模式的原理与应用。

一、为什么需要“工厂”？——从手工制鞋到标准化生产

假设你是一家小型鞋厂老板，一开始只有两种产品：运动鞋和皮鞋。工人直接手工制作，流程如下（对应代码直接 new 对象）：

// 手工制鞋：客户要什么鞋，直接手工做
public class ShoeStore {public Shoe sellShoe(String type) {Shoe shoe;// 客户要运动鞋，就手工做一双if ("sports".equals(type)) {shoe = new SportsShoe();shoe.prepare(); // 准备材料：橡胶底、透气网布shoe.make();    // 制作：缝合、定型}// 客户要皮鞋，再手工做一双else if ("leather".equals(type)) {shoe = new LeatherShoe();shoe.prepare(); // 准备材料：牛皮、橡胶底shoe.make();    // 制作：裁剪、缝制}else {throw new RuntimeException("不生产这种鞋");}return shoe;}
}

随着订单增多，问题逐渐暴露：

  1. 工人太累：鞋店（ShoeStore）既要接待客户，又要负责做鞋，违背“专人专事”（单一职责原则）。
  2. 扩展困难：想新增“凉鞋”时，要修改鞋店的制作流程（sellShoe 方法），可能影响已有鞋类的生产（违背开闭原则）。
  3. 质量不稳定：不同工人做的同一款鞋工艺不一，比如运动鞋的橡胶底厚度不统一。

解决办法很简单：建一条标准化生产线（工厂），专门负责做鞋，鞋店只负责卖鞋。这就是工厂模式的核心思想——将“做鞋（创建对象）”和“卖鞋（使用对象）”分离。

二、简单工厂：小型制鞋流水线

场景模拟

你的鞋厂规模扩大，决定建一条流水线（简单工厂），专门负责生产运动鞋和皮鞋。流水线根据订单类型（参数）决定生产哪种鞋，工人只需按流程操作。

模式定义

简单工厂是一个集中化的生产车间，通过接收“产品类型”参数，决定生产哪种产品。客户端只需告诉工厂“要什么”，无需知道“怎么做”。

代码实现（制鞋场景）

// 1. 抽象产品：鞋子（定义所有鞋的通用属性）
public abstract class Shoe {protected String name; // 鞋名protected String sole; // 鞋底材料protected String upper; // 鞋面材料// 抽象方法：准备材料（不同鞋材料不同）public abstract void prepare();// 通用方法：制作（所有鞋制作流程类似）public void make() {System.out.println("制作" + name + "：缝合鞋底与鞋面");}// 通用方法：包装public void box() {System.out.println("将" + name + "装入包装盒");}
}// 2. 具体产品：运动鞋
public class SportsShoe extends Shoe {public SportsShoe() {name = "运动鞋";}@Overridepublic void prepare() {sole = "橡胶底（防滑）";upper = "透气网布";System.out.println("准备" + name + "材料：" + sole + "、" + upper);}
}// 2. 具体产品：皮鞋
public class LeatherShoe extends Shoe {public LeatherShoe() {name = "皮鞋";}@Overridepublic void prepare() {sole = "橡胶底（耐磨）";upper = "牛皮";System.out.println("准备" + name + "材料：" + sole + "、" + upper);}
}// 3. 简单工厂：制鞋流水线
public class ShoeFactory {// 根据订单类型生产鞋子public static Shoe createShoe(String type) {Shoe shoe = null;if ("sports".equals(type)) {shoe = new SportsShoe();} else if ("leather".equals(type)) {shoe = new LeatherShoe();} else {throw new RuntimeException("不生产" + type + "类型的鞋");}// 工厂统一完成制作流程（准备→制作→包装）shoe.prepare();shoe.make();shoe.box();return shoe;}
}// 4. 客户端：鞋店（只负责卖鞋，不关心制作）
public class ShoeStore {public Shoe sellShoe(String type) {System.out.println("客户下单：" + type + "鞋");// 直接从工厂拿货，无需自己做Shoe shoe = ShoeFactory.createShoe(type);System.out.println("客户取走" + shoe.name + "\n");return shoe;}public static void main(String[] args) {ShoeStore store = new ShoeStore();store.sellShoe("sports"); // 卖运动鞋store.sellShoe("leather"); // 卖皮鞋}
}

运行结果

客户下单：sports鞋
准备运动鞋材料：橡胶底（防滑）、透气网布
制作运动鞋：缝合鞋底与鞋面
将运动鞋装入包装盒
客户取走运动鞋客户下单：leather鞋
准备皮鞋材料：橡胶底（耐磨）、牛皮
制作皮鞋：缝合鞋底与鞋面
将皮鞋装入包装盒
客户取走皮鞋

解决的问题

  • 鞋店（ShoeStore）彻底解放，只负责销售，不用关心制作流程。
  • 制作流程标准化（所有鞋都经过“准备→制作→包装”），质量更稳定。
  • 新增鞋类时，鞋店代码无需修改（符合开闭原则）。

三、工厂方法：按产品类型分设车间

场景升级

你的鞋厂名气越来越大，决定新增“凉鞋”产品线。但问题来了：运动鞋需要防滑测试，皮鞋需要皮质检测，凉鞋需要防水测试——简单工厂的一条流水线无法满足不同产品的特殊流程，效率低下。

解决办法：按产品类型分设车间——运动鞋车间专门生产运动鞋，皮鞋车间专门生产皮鞋，每个车间有自己的特殊工艺。

模式定义

工厂方法为每种产品设立专属工厂，每个工厂只生产一种产品，并负责该产品的全部生产流程（包括特殊工艺）。客户端通过选择不同工厂来获取对应产品。

代码实现（分车间生产）

// 1. 抽象产品：鞋子（同上，新增特殊工艺方法）
public abstract class Shoe {// ... 原有代码 ...public abstract void specialProcess(); // 特殊工艺（不同鞋不一样）
}// 2. 具体产品：运动鞋（新增防滑测试）
public class SportsShoe extends Shoe {// ... 原有代码 ...@Overridepublic void specialProcess() {System.out.println("运动鞋特殊工艺：防滑测试");}
}// 2. 具体产品：皮鞋（新增皮质检测）
public class LeatherShoe extends Shoe {// ... 原有代码 ...@Overridepublic void specialProcess() {System.out.println("皮鞋特殊工艺：皮质检测");}
}// 3. 抽象工厂：鞋厂车间接口（定义生产流程）
public interface ShoeFactory {Shoe produceShoe(); // 生产鞋子
}// 4. 具体工厂：运动鞋车间
public class SportsShoeFactory implements ShoeFactory {@Overridepublic Shoe produceShoe() {System.out.println("===== 运动鞋车间 =====");Shoe shoe = new SportsShoe();shoe.prepare();shoe.make();shoe.specialProcess(); // 执行运动鞋特殊工艺shoe.box();return shoe;}
}// 4. 具体工厂：皮鞋车间
public class LeatherShoeFactory implements ShoeFactory {@Overridepublic Shoe produceShoe() {System.out.println("===== 皮鞋车间 =====");Shoe shoe = new LeatherShoe();shoe.prepare();shoe.make();shoe.specialProcess(); // 执行皮鞋特殊工艺shoe.box();return shoe;}
}// 5. 客户端：鞋店（根据客户需求选择车间）
public class ShoeStore {// 传入具体工厂，而非产品类型public Shoe sellShoe(ShoeFactory factory) {System.out.println("客户下单，通知对应车间生产");Shoe shoe = factory.produceShoe();System.out.println("客户取走" + shoe.name + "\n");return shoe;}public static void main(String[] args) {ShoeStore store = new ShoeStore();// 卖运动鞋：找运动鞋车间store.sellShoe(new SportsShoeFactory());// 卖皮鞋：找皮鞋车间store.sellShoe(new LeatherShoeFactory());}
}

运行结果

客户下单，通知对应车间生产
===== 运动鞋车间 =====
准备运动鞋材料：橡胶底（防滑）、透气网布
制作运动鞋：缝合鞋底与鞋面
运动鞋特殊工艺：防滑测试
将运动鞋装入包装盒
客户取走运动鞋客户下单，通知对应车间生产
===== 皮鞋车间 =====
准备皮鞋材料：橡胶底（耐磨）、牛皮
制作皮鞋：缝合鞋底与鞋面
皮鞋特殊工艺：皮质检测
将皮鞋装入包装盒
客户取走皮鞋

新增产品的优势

当需要新增“凉鞋”时，只需添加两个类，原有代码完全不用改：

// 新增具体产品：凉鞋
public class Sandal extends Shoe {public Sandal() { name = "凉鞋"; }@Overridepublic void prepare() { /* 准备塑料鞋底和帆布 */ }@Overridepublic void specialProcess() {System.out.println("凉鞋特殊工艺：防水测试");}
}// 新增具体工厂：凉鞋车间
public class SandalFactory implements ShoeFactory {@Overridepublic Shoe produceShoe() {System.out.println("===== 凉鞋车间 =====");// ... 生产流程 ...return new Sandal();}
}// 客户端直接使用新车间
store.sellShoe(new SandalFactory()); // 无需修改鞋店代码

这完美符合“开闭原则”——扩展开放，修改关闭。

四、抽象工厂：按品牌设立生产线

场景再升级

你的鞋厂开始代工国际品牌，比如耐克（Nike）和阿迪达斯（Adidas）。每个品牌不仅有自己的运动鞋，还有配套的鞋盒、标签——这些产品需要风格统一（比如耐克的logo、配色）。

此时需要解决的问题：确保同一品牌的系列产品风格一致（如耐克运动鞋+耐克鞋盒+耐克标签）。这就是抽象工厂要解决的“产品族”问题。

模式定义

抽象工厂用于生产一系列相互关联的产品族（如“耐克品牌的鞋+鞋盒+标签”）。每个具体工厂对应一个品牌，负责生产该品牌的所有配套产品，确保风格统一。

代码实现（品牌代工场景）

// 1. 抽象产品族：鞋子、鞋盒、标签（同一品牌需风格统一）
public interface Shoe { void showBrand(); }
public interface ShoeBox { void showBrand(); }
public interface Label { void showBrand(); }// 2. 具体产品族1：耐克（Nike）
public class NikeShoe implements Shoe {@Overridepublic void showBrand() { System.out.println("耐克运动鞋（勾形logo）"); }
}
public class NikeBox implements ShoeBox {@Overridepublic void showBrand() { System.out.println("耐克鞋盒（红色）"); }
}
public class NikeLabel implements Label {@Overridepublic void showBrand() { System.out.println("耐克标签（材质：纸质）"); }
}// 2. 具体产品族2：阿迪达斯（Adidas）
public class AdidasShoe implements Shoe {@Overridepublic void showBrand() { System.out.println("阿迪运动鞋（三道杠logo）"); }
}
public class AdidasBox implements ShoeBox {@Overridepublic void showBrand() { System.out.println("阿迪鞋盒（蓝色）"); }
}
public class AdidasLabel implements Label {@Overridepublic void showBrand() { System.out.println("阿迪标签（材质：布质）"); }
}// 3. 抽象工厂：品牌生产线（定义生产所有配套产品的接口）
public interface BrandFactory {Shoe createShoe();ShoeBox createShoeBox();Label createLabel();
}// 4. 具体工厂1：耐克生产线
public class NikeFactory implements BrandFactory {@Overridepublic Shoe createShoe() { return new NikeShoe(); }@Overridepublic ShoeBox createShoeBox() { return new NikeBox(); }@Overridepublic Label createLabel() { return new NikeLabel(); }
}// 4. 具体工厂2：阿迪生产线
public class AdidasFactory implements BrandFactory {@Overridepublic Shoe createShoe() { return new AdidasShoe(); }@Overridepublic ShoeBox createShoeBox() { return new AdidasBox(); }@Overridepublic Label createLabel() { return new AdidasLabel(); }
}// 5. 客户端：代工厂组装车间（按品牌组装产品）
public class AssemblyLine {private Shoe shoe;private ShoeBox box;private Label label;// 传入品牌工厂，确保所有产品风格统一public AssemblyLine(BrandFactory factory) {this.shoe = factory.createShoe();this.box = factory.createShoeBox();this.label = factory.createLabel();}public void assemble() {System.out.println("开始组装品牌产品：");shoe.showBrand();box.showBrand();label.showBrand();System.out.println("组装完成\n");}public static void main(String[] args) {// 组装耐克产品（所有组件都是耐克）AssemblyLine nikeLine = new AssemblyLine(new NikeFactory());nikeLine.assemble();// 组装阿迪产品（所有组件都是阿迪）AssemblyLine adidasLine = new AssemblyLine(new AdidasFactory());adidasLine.assemble();}
}

运行结果

开始组装品牌产品：
耐克运动鞋（勾形logo）
耐克鞋盒（红色）
耐克标签（材质：纸质）
组装完成开始组装品牌产品：
阿迪运动鞋（三道杠logo）
阿迪鞋盒（蓝色）
阿迪标签（材质：布质）
组装完成

核心价值

抽象工厂确保了同一产品族的兼容性——你永远不会得到“耐克运动鞋+阿迪鞋盒”的组合，这在需要统一风格的场景（如品牌代工、跨平台UI组件）中至关重要。

五、三种工厂模式的对比：该用哪一种？

模式类型现实场景类比核心优势适合情况
简单工厂小型流水线（一条线生产多种鞋）实现简单，集中管理创建逻辑产品少且变化不频繁（如只有2-3种鞋）
工厂方法按产品分车间（运动鞋车间、皮鞋车间）扩展灵活，符合开闭原则产品多或经常新增产品（如不断推出新鞋型）
抽象工厂按品牌分生产线（耐克线、阿迪线）保证产品族的一致性需要生产系列配套产品（如鞋+鞋盒+标签）

用一句话总结：

  • 简单工厂是“一厂多品”
  • 工厂方法是“一厂一品”
  • 抽象工厂是“一厂一族”

六、工厂模式的设计本质

从制鞋厂的例子可以看出，工厂模式的核心不是“创建工厂类”，而是建立“创建者”与“产品”之间的隔离带：

  • 让“创建者”（工厂）专注于“如何生产”（封装变化的创建逻辑）。
  • 让“使用者”（客户端）专注于“如何使用”（依赖稳定的抽象接口）。

这种隔离带来了两大好处：

  1. 灵活性：更换产品时，只需更换工厂，无需修改使用者代码（如鞋店换个车间就能卖新鞋）。
  2. 稳定性：产品创建逻辑的变化不会影响使用者（如车间改进工艺，鞋店卖鞋流程不变）。

总结：从鞋厂到代码的启示

工厂模式就像制鞋厂的管理体系：

  • 小作坊（简单场景）用简单工厂，快速高效。
  • 多产品线的中型工厂用工厂方法，灵活扩展。
  • 生产系列产品的大型企业用抽象工厂，保证一致性。

在代码中，当发现“对象创建逻辑散落在业务代码中”“新增产品需要修改多处代码”时，不妨想想制鞋厂的例子——是时候引入工厂模式，给你的代码建一条“标准化生产线”了。

Studying will never be ending.

▲如有纰漏，烦请指正~~

http://www.dtcms.com/a/511377.html

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