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wzjs 2025/9/15 15:39:28

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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

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）

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();}
}