Java工厂方法模式详解:从流水线到代码的智慧
一、现实中的工厂启示
场景1：汽车制造
假设某汽车公司有多个分厂：
- o 北京分厂：生产燃油车
- o 上海分厂：生产电动车
- o 广州分厂：生产混动车
总部的生产规范手册规定：
- 1. 所有分厂必须实现生产汽车()方法
- 2. 每个分厂自主决定具体车型
这就是工厂方法模式的现实映射——定义生产框架，具体实现由子类决定。
二、工厂方法模式的定义
核心思想：
定义一个创建对象的接口，但让子类决定实例化哪个类。工厂方法使类的实例化延迟到子类。
四大角色：
- 1. 抽象产品（Product）：定义产品接口（如Car）
- 2. 具体产品（ConcreteProduct）：实现接口的具体类（如GasCar）
- 3. 抽象工厂（Creator）：声明工厂方法（如createCar()）
- 4. 具体工厂（ConcreteCreator）：实现工厂方法（如GasCarFactory）
UML图示：
三、代码实战：汽车生产系统
步骤1：定义产品接口
interface Car {
void startEngine();
void drive();
}步骤2：实现具体产品
// 燃油车
classGasCarimplementsCar {
publicvoidstartEngine() {
System.out.println("点燃汽油发动机");
}
publicvoiddrive() {
System.out.println("燃油车行驶中...");
}
}
// 电动车
classElectricCarimplementsCar {
publicvoidstartEngine() {
System.out.println("启动电机");
}
publicvoiddrive() {
System.out.println("电动车静音行驶");
}
}步骤3：定义抽象工厂
abstract classCarFactory {
// 工厂方法
publicabstract Car createCar();
// 通用业务流程
publicvoiddeliverCar() {
Carcar= createCar();
System.out.println("开始质检...");
car.startEngine();
car.drive();
System.out.println("交付完成");
}
}步骤4：实现具体工厂
class GasCarFactoryextendsCarFactory {
@Override
public Car createCar() {
returnnewGasCar();
}
}
classElectricCarFactoryextendsCarFactory {
@Override
public Car createCar() {
returnnewElectricCar();
}
}步骤5：客户端使用
public classClient {
publicstaticvoidmain(String[] args) {
CarFactoryfactory1=newGasCarFactory();
factory1.deliverCar();
CarFactoryfactory2=newElectricCarFactory();
factory2.deliverCar();
}
}输出结果：
开始质检...
点燃汽油发动机
燃油车行驶中...
交付完成
开始质检...
启动电机
电动车静音行驶
交付完成四、工厂方法的精妙设计
1. vs 简单工厂模式
简单工厂：
class SimpleCarFactory {
public static Car createCar(String type) {
if ("gas".equals(type)) return new GasCar();
else if ("electric".equals(type)) return new ElectricCar();
throw new IllegalArgumentException();
}
}对比优势：
维度 | 简单工厂 | 工厂方法 |
扩展性 | 修改工厂类 | 新增子类即可 |
开闭原则 | 违反（修改代码） | 符合（扩展实现） |
职责划分 | 集中处理所有创建逻辑 | 分散到各子类 |
客户端耦合度 | 需要知道类型参数 | 只需选择具体工厂 |
2. 符合设计原则
- o 开闭原则：新增产品类型时无需修改已有代码
- o 单一职责：每个工厂只负责创建一种产品
- o 依赖倒置：客户端依赖抽象（Car），而非具体实现
五、典型应用场景
1. 框架扩展
案例：JDBC中的DriverManager
// 不同数据库驱动实现不同的Connection
Connection conn = DriverManager.getConnection(url);2. 对象创建复杂
案例：Spring BeanFactory
BeanFactory factory = new XmlBeanFactory(...);
Object bean = factory.getBean("beanName");3. 跨平台适配
案例：GUI组件库
// Windows风格按钮工厂
classWinButtonFactoryextendsButtonFactory {
public Button createButton() { returnnewWinButton(); }
}
// Mac风格按钮工厂
classMacButtonFactoryextendsButtonFactory {
public Button createButton() { returnnewMacButton(); }
}4. 对象池管理
案例：线程池创建
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);六、实现步骤总结
- 1. 定义抽象产品接口
明确产品需要提供哪些功能 - 2. 创建具体产品类
实现不同变体的产品 - 3. 声明抽象工厂
包含工厂方法（可包含通用业务逻辑） - 4. 实现具体工厂
每个工厂对应一种产品类型 - 5. 客户端调用
通过选择具体工厂决定产品类型
七、优缺点分析
优点：
- 1. 解耦：将产品创建与使用分离
- 2. 可扩展：轻松增加新产品类型
- 3. 可维护：修改单个工厂不影响系统其他部分
- 4. 多态性：客户端通过抽象接口操作
缺点：
- 1. 类膨胀：每新增一个产品就要新增工厂类
- 2. 抽象成本：需要预先设计接口体系
- 3. 理解成本：对新手不够直观
八、常见问题解答
Q1：工厂方法 vs 抽象工厂模式？
- o 工厂方法：单个产品的创建
- o 抽象工厂：产品族的创建（多个相关产品）
Q2：什么时候选择工厂方法？
- o 需要灵活扩展产品类型时
- o 创建逻辑复杂需要封装时
- o 系统需要多态性支持时
Q3：如何处理新产品添加？
- 1. 实现新产品类（实现Product接口）
- 2. 新增对应的具体工厂类
- 3. 客户端使用新工厂
Q4：能否有多个工厂方法？
可以，例如：
abstract class MultiFactory {
public abstract ProductA createA();
public abstract ProductB createB();
}九、在Spring框架中的应用
1. FactoryBean接口
public classCarFactoryBeanimplementsFactoryBean<Car> {
private String type;
public Car getObject() {
if ("gas".equals(type)) returnnewGasCar();
elsereturnnewElectricCar();
}
// 其他实现...
}2. @Bean方法
@Configuration
classAppConfig {
@Bean
public Car gasCar() {
returnnewGasCar();
}
@Bean
public Car electricCar() {
returnnewElectricCar();
}
}十、总结与提升
关键要点：
- o 工厂方法是对象创建的解耦艺术
- o 通过多态实现开闭原则的典范
- o 理解延迟实例化的核心思想
进阶建议：
- 1. 阅读《设计模式：可复用面向对象软件的基础》工厂方法章节
- 2. 研究Spring框架中BeanFactory的实现源码
- 3. 尝试实现支持泛型的通用工厂接口
- 4. 结合反射技术实现动态工厂
代码练习：
- o 实现一个支持多种日志类型（FileLog、DatabaseLog）的日志工厂系统
- o 扩展汽车工厂案例，增加混合动力汽车类型
掌握工厂方法模式，就如同获得了对象生产的流水线控制权，让代码在复杂的需求变更面前依然保持优雅与灵活。