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工厂方法模式（Factory Method Pattern）学习笔记
🌟 定义
工厂方法模式属于创建型设计模式，定义一个创建对象的接口，但让子类决定实例化哪一个类。将类的实例化操作延迟到子类，是面向对象设计中"开闭原则"的典型体现。
🎯 适用场景
- 需要解耦对象创建与使用
- 无法预知对象确切类型及其依赖关系
- 需要为不同环境提供不同产品实现
- 需要扩展系统时不影响已有代码
- 框架设计（允许用户扩展框架组件）
🔧 模式结构
📐 类图
🛠️ 核心组成
-
Creator（抽象创建者）
- 声明工厂方法（可包含默认实现）
- 通过工厂方法获取产品对象
-
ConcreteCreator（具体创建者）
- 重写工厂方法，返回具体产品实例
-
Product（抽象产品）
- 定义产品接口
-
ConcreteProduct（具体产品）
- 实现抽象产品接口的具体类
📝 代码示例
文档处理系统案例
// 抽象产品：文档
interface Document {void open();void save();void close();
}// 具体产品：Word文档
class WordDocument implements Document {@Overridepublic void open() {System.out.println("打开Word文档");}@Overridepublic void save() {System.out.println("保存Word文档");}@Overridepublic void close() {System.out.println("关闭Word文档");}
}// 具体产品：PDF文档
class PDFDocument implements Document {@Overridepublic void open() {System.out.println("打开PDF文档");}@Overridepublic void save() {System.out.println("保存PDF文档");}@Overridepublic void close() {System.out.println("关闭PDF文档");}
}// 抽象创建者：应用程序
abstract class Application {// 工厂方法public abstract Document createDocument();// 业务方法public void newDocument() {Document doc = createDocument();doc.open();doc.save();doc.close();}
}// 具体创建者：Word应用
class WordApplication extends Application {@Overridepublic Document createDocument() {return new WordDocument();}
}// 具体创建者：PDF应用
class PDFApplication extends Application {@Overridepublic Document createDocument() {return new PDFDocument();}
}// 客户端使用
public class Client {public static void main(String[] args) {Application app = getApplication();app.newDocument();}private static Application getApplication() {// 根据配置或环境选择具体创建者return new WordApplication();// return new PDFApplication();}
}
✅ 优点
- 解耦客户端与具体产品类
- 符合开闭原则（新增产品不影响已有代码）
- 支持单一职责原则（创建逻辑集中管理）
- 支持可扩展性（容易添加新产品类型）
- 可作为框架基础（定义扩展点）
⚠️ 缺点
- 需要引入多个新类（增加复杂度）
- 需要继承体系（可能破坏封装性）
- 仅适用于相同产品类型的不同实现
- 需要预先设计工厂层次结构
🔄 相关模式对比
| 模式 | 区别 |
|---|---|
| 简单工厂 | 静态工厂方法 vs 多态工厂方法 |
| 抽象工厂 | 创建产品族 vs 创建单个产品 |
| 模板方法 | 共用算法骨架 vs 创建对象实例 |
💡 实践建议
-
命名规范：
- 工厂方法通常命名为
createXxx() - 具体产品类使用
产品类型+Product格式
- 工厂方法通常命名为
-
组合使用技巧：
// 结合单例模式 class DatabaseConnectionFactory {private static final ConnectionFactory instance = new MySQLConnectionFactory();public static Connection getConnection() {return instance.createConnection();} } -
参数化工厂：
enum DocumentType { WORD, PDF, MARKDOWN }class UniversalApplication extends Application {private DocumentType type;public UniversalApplication(DocumentType type) {this.type = type;}@Overridepublic Document createDocument() {switch(type) {case WORD: return new WordDocument();case PDF: return new PDFDocument();default: throw new IllegalArgumentException();}} } -
依赖注入：
// 通过构造函数注入工厂 class DocumentService {private final DocumentFactory factory;public DocumentService(DocumentFactory factory) {this.factory = factory;}public void processDocument() {Document doc = factory.createDocument();// 处理文档...} }
🚀 典型应用
-
Java集合框架：
// Iterator工厂方法 List<String> list = new ArrayList<>(); Iterator<String> it = list.iterator(); // 工厂方法 -
Spring框架：
// BeanFactory接口 public interface BeanFactory {Object getBean(String name); } -
日志框架：
// Logger工厂 Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyClass.class); -
JDBC驱动：
// DriverManager.getConnection()本质是工厂方法 Connection conn = DriverManager.getConnection(url);
📌 实现注意事项
-
工厂方法可见性：
- 通常声明为
protected（允许子类重写） - 也可以声明为
public（直接调用）
- 通常声明为
-
空对象处理：
class NullDocument implements Document {@Overridepublic void open() { /* 无操作 */ }// 其他方法类似 } -
默认实现策略：
abstract class Application {// 提供默认产品实现public Document createDocument() {return new DefaultDocument();} } -
产品注册机制：
class PluginManager {private static Map<String, PluginFactory> plugins = new HashMap<>();public static void registerPlugin(String type, PluginFactory factory) {plugins.put(type, factory);}public static Plugin createPlugin(String type) {return plugins.get(type).create();} }
掌握工厂方法模式的关键在于理解对象创建责任委托的思想，合理使用可以显著提高系统的灵活性和可维护性。当系统需要支持多种同类产品的扩展时，工厂方法模式是最佳选择方案之一。