工厂模式 (Factory Pattern)

什么是工厂模式？

工厂模式是一种创建型设计模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。在工厂模式中，我们在创建对象时不会对客户端暴露创建逻辑，而是通过使用一个共同的接口来指向新创建的对象。

工厂模式的三种形态

1. 简单工厂模式（Simple Factory）

严格来说不算设计模式，更像是一种编程习惯。通过一个工厂类根据参数决定创建哪种产品。

/**
 * 抽象产品
 * @author yjhu
 */
interface Shape {
    void draw();
}

/**
 * 具体产品：圆形
 */
class Circle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制圆形");
    }
}

/**
 * 具体产品：矩形
 */
class Rectangle implements Shape {
    @Override
    public void draw() {
        System.out.println("绘制矩形");
    }
}

/**
 * 简单工厂
 * @author yjhu
 */
public class SimpleShapeFactory {
    public static Shape createShape(String type) {
        return switch (type.toLowerCase()) {
            case "circle" -> new Circle();
            case "rectangle" -> new Rectangle();
            default -> throw new IllegalArgumentException("未知的形状类型: " + type);
        };
    }
}

// 使用示例
Shape circle = SimpleShapeFactory.createShape("circle");
circle.draw();  // 输出: 绘制圆形

2. 工厂方法模式（Factory Method）

定义一个创建对象的接口，让子类决定实例化哪一个类。工厂方法使一个类的实例化延迟到其子类。

/**
 * 抽象工厂
 * @author yjhu
 */
interface ShapeFactory {
    Shape createShape();
}

/**
 * 具体工厂：圆形工厂
 */
class CircleFactory implements ShapeFactory {
    @Override
    public Shape createShape() {
        return new Circle();
    }
}

/**
 * 具体工厂：矩形工厂
 */
class RectangleFactory implements ShapeFactory {
    @Override
    public Shape createShape() {
        return new Rectangle();
    }
}

// 使用示例
ShapeFactory factory = new CircleFactory();
Shape shape = factory.createShape();
shape.draw();  // 输出: 绘制圆形

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory）

提供一个创建一系列相关或相互依赖对象的接口，而无需指定它们具体的类。

/**
 * 抽象产品：按钮
 */
interface Button {
    void render();
}

/**
 * 抽象产品：输入框
 */
interface Input {
    void render();
}

/**
 * 具体产品：Windows 风格
 */
class WindowsButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("渲染 Windows 风格按钮");
    }
}

class WindowsInput implements Input {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("渲染 Windows 风格输入框");
    }
}

/**
 * 具体产品：Mac 风格
 */
class MacButton implements Button {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("渲染 Mac 风格按钮");
    }
}

class MacInput implements Input {
    @Override
    public void render() {
        System.out.println("渲染 Mac 风格输入框");
    }
}

/**
 * 抽象工厂
 * @author yjhu
 */
interface GUIFactory {
    Button createButton();
    Input createInput();
}

/**
 * 具体工厂：Windows 工厂
 */
class WindowsFactory implements GUIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new WindowsButton();
    }
    
    @Override
    public Input createInput() {
        return new WindowsInput();
    }
}

/**
 * 具体工厂：Mac 工厂
 */
class MacFactory implements GUIFactory {
    @Override
    public Button createButton() {
        return new MacButton();
    }
    
    @Override
    public Input createInput() {
        return new MacInput();
    }
}

// 使用示例
GUIFactory factory = new MacFactory();
Button button = factory.createButton();
Input input = factory.createInput();
button.render();  // 输出: 渲染 Mac 风格按钮
input.render();   // 输出: 渲染 Mac 风格输入框

适用场景

• 简单工厂：产品种类较少，且不会频繁增加新产品。
• 工厂方法：需要灵活扩展产品种类，遵循开闭原则。
• 抽象工厂：需要创建一系列相关的产品族（如跨平台 UI 组件）。

三种工厂模式对比

模式	复杂度	扩展性	适用场景
简单工厂	低	差（违反开闭原则）	产品种类少且固定
工厂方法	中	好（新增产品只需新增工厂类）	单一产品族，需要扩展
抽象工厂	高	好（产品族级别扩展）	多个产品族，跨平台系统

实际应用

• JDK：Calendar.getInstance()、NumberFormat.getInstance()
• Spring：BeanFactory、FactoryBean
• 日志框架：LoggerFactory.getLogger()