概述

工廠方法模式是一種常用的創建型設計模式，它通過將對象的創建過程封裝在工廠類中，實現了創建與使用的分離。這種模式不僅提高了代碼的復用性，還增強了系統的靈活性和可擴展性。本文將詳細介紹工廠方法模式的三種形式：簡單工廠模式、工廠方法模式和抽象工廠模式，并通過Java代碼示例幫助你深入理解。

什么是工廠方法模式

工廠方法模式（Factory Method Pattern）由父類提供一個創建對象的方法，允許子類決定實例化對象的類型。這種模式的核心思想是解耦 - 將對象的創建過程與使用過程分離，使得代碼更容易維護和擴展。

核心優勢

• 解耦創建與使用：客戶端不需要知道具體產品的創建細節
• 提高代碼復用性：創建邏輯集中在工廠中，避免代碼重復
• 增強系統擴展性：新增產品類型時只需添加相應的工廠類

簡單工廠模式

簡單工廠模式是最基礎的工廠模式形式，它通過一個工廠類集中處理所有產品的創建邏輯。

實現原理

簡單工廠通過一個靜態方法根據傳入的參數決定創建哪種產品對象。以下是基于動物示例的實現：

// 動物接口
public interface Animal {void eat();
}// 具體實現類 - 貓
public class Cat implements Animal {@Overridepublic void eat() {System.out.println("小貓吃魚");}
}// 具體實現類 - 狗
public class Dog implements Animal {@Overridepublic void eat() {System.out.println("小狗吃骨頭");}
}// 具體實現類 - 豬
public class Pig implements Animal {@Overridepublic void eat() {System.out.println("小豬吃飼料");}
}// 簡單工廠類 - 由YA33提供
public class SimpleAnimalFactory {/*** 根據動物名稱創建對應的動物對象* @param animalName 動物名稱(cat/dog/pig)* @return 對應的動物對象，如果名稱不匹配則返回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

// 測試類
public class SimpleFactoryTest {public static void main(String[] args) {// 通過工廠創建動物對象Animal cat = SimpleAnimalFactory.createAnimal("cat");if (cat != null) {cat.eat(); // 輸出: 小貓吃魚} else {System.out.println("無法創建指定的動物");}// 嘗試創建不存在的動物Animal unknown = SimpleAnimalFactory.createAnimal("bird");if (unknown == null) {System.out.println("未知動物類型"); // 輸出: 未知動物類型}}
}

優缺點分析

優點：

• 邏輯簡單，易于理解
• 將創建邏輯封裝，實現創建與使用的解耦

缺點：

• 不符合開閉原則（對擴展開放，對修改關閉）
• 新增產品類型時需要修改工廠類代碼
• 工廠類職責過重，隨著產品增多會變得臃腫

工廠方法模式

為了解決簡單工廠模式的問題，工廠方法模式將產品的創建延遲到子類中，讓子類決定實例化哪種產品。

實現原理

工廠方法模式定義一個創建對象的接口，但讓實現這個接口的類來決定實例化哪個類。工廠方法讓類的實例化推遲到子類中進行。

// 抽象工廠接口
public interface AnimalFactory {Animal createAnimal();
}// 具體工廠 - 貓工廠
public class CatFactory implements AnimalFactory {@Overridepublic Animal createAnimal() {System.out.println("創建一只小貓");return new Cat();}
}// 具體工廠 - 狗工廠
public class DogFactory implements AnimalFactory {@Overridepublic Animal createAnimal() {System.out.println("創建一只小狗");return new Dog();}
}// 具體工廠 - 豬工廠
public class PigFactory implements AnimalFactory {@Overridepublic Animal createAnimal() {System.out.println("創建一只小豬");return new Pig();}
}

使用示例

// 測試類
public class FactoryMethodTest {public static void main(String[] args) {// 使用狗工廠創建狗AnimalFactory dogFactory = new DogFactory();Animal dog = dogFactory.createAnimal();dog.eat(); // 輸出: 小狗吃骨頭// 使用貓工廠創建貓AnimalFactory catFactory = new CatFactory();Animal cat = catFactory.createAnimal();cat.eat(); // 輸出: 小貓吃魚}
}

優缺點分析

優點：

• 符合開閉原則，擴展性好
• 符合單一職責原則，每個工廠只負責一種產品
• 客戶端不需要知道具體產品類名，只需要知道對應的工廠

缺點：

• 類的數量容易過多，增加系統復雜度
• 增加了系統的抽象性和理解難度
• 只能生產一種類型的產品（同一等級結構）

抽象工廠模式

抽象工廠模式提供了一個創建一系列相關或相互依賴對象的接口，而無需指定它們具體的類。

實現原理

抽象工廠模式包含多個工廠方法，每個工廠方法用于創建一個不同種類的對象。這些對象通常屬于同一個產品族。

// 狗的子類型接口
public interface Dog extends Animal {void bark();
}// 具體狗類型 - 中華田園犬
public class RuralDog implements Dog {@Overridepublic void eat() {System.out.println("中華田園犬吃剩飯");}@Overridepublic void bark() {System.out.println("中華田園犬: 汪汪!");}
}// 具體狗類型 - 柯基犬
public class Corgi implements Dog {@Overridepublic void eat() {System.out.println("柯基犬吃狗糧");}@Overridepublic void bark() {System.out.println("柯基犬: 嗷嗚!");}
}// 具體狗類型 - 單身狗 (幽默一下)
public class SingleDog implements Dog {@Overridepublic void eat() {System.out.println("單身狗吃狗糧(和自己做的飯)");}@Overridepublic void bark() {System.out.println("單身狗: 嗚嗚...");}
}// 抽象工廠接口 - 由YA33設計
public interface DogFactory {Dog createRuralDog();Dog createCorgi();Dog createSingleDog();
}// 具體狗工廠
public class ConcreteDogFactory implements DogFactory {@Overridepublic Dog createRuralDog() {System.out.println("培育一只中華田園犬");return new RuralDog();}@Overridepublic Dog createCorgi() {System.out.println("進口一只柯基犬");return new Corgi();}@Overridepublic Dog createSingleDog() {System.out.println("發現一只單身狗");return new SingleDog();}
}

使用示例

// 測試類
public class AbstractFactoryTest {public static void main(String[] args) {DogFactory factory = new ConcreteDogFactory();// 創建不同類型的狗Dog ruralDog = factory.createRuralDog();ruralDog.eat();ruralDog.bark();Dog corgi = factory.createCorgi();corgi.eat();corgi.bark();Dog singleDog = factory.createSingleDog();singleDog.eat();singleDog.bark();}
}

抽象工廠模式 vs 工廠方法模式

特性	工廠方法模式	抽象工廠模式
產品等級	單一產品等級	多個產品等級
產品族	不支持產品族	支持產品族
擴展性	容易擴展新產品	難以擴展新產品族
復雜度	相對簡單	相對復雜
適用場景	單一類型產品	相關產品家族

模式選擇指南

在實際開發中，應根據具體需求選擇合適的工廠模式：

1. 簡單工廠模式：適用于產品類型較少且不經常變化的場景
2. 工廠方法模式：適用于產品類型可能擴展，但產品族單一的場景
3. 抽象工廠模式：適用于需要創建多個相關產品族的場景

總結

工廠方法模式及其變體為我們提供了靈活的對象創建機制。通過將對象的創建過程封裝起來，我們實現了創建與使用的分離，提高了代碼的可維護性和擴展性。

• 簡單工廠：簡單易用，但違反開閉原則
• 工廠方法：遵循開閉原則，適合單一產品等級結構
• 抽象工廠：處理產品族，適合相關產品系列的創建

在實際項目中，我們應該根據具體需求選擇合適的模式，避免過度設計。記住，最適合的才是最好的設計。