Java工厂模式解析：三种实现与最佳实践

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一、模式概述

工厂模式（Factory Pattern）是创建型设计模式中最常用的模式之一，其核心思想是通过工厂类封装对象的创建过程，实现创建逻辑与使用逻辑的解耦。根据抽象程度不同，工厂模式可分为三种典型实现：

1. 简单工厂模式（静态工厂）
2. 工厂方法模式（多态工厂）
3. 抽象工厂模式（产品族工厂）

二、简单工厂模式

实现代码

// 产品接口
interface Notification {
    void send();
}

// 具体产品
class SMSNotification implements Notification {
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("Sending SMS notification");
    }
}

class EmailNotification implements Notification {
    @Override
    public void send() {
        System.out.println("Sending Email notification");
    }
}

// 简单工厂
class NotificationFactory {
    public static Notification createNotification(String type) {
        switch (type.toLowerCase()) {
            case "sms": return new SMSNotification();
            case "email": return new EmailNotification();
            default: throw new IllegalArgumentException("Invalid type");
        }
    }
}

// 使用示例
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Notification sms = NotificationFactory.createNotification("sms");
        sms.send(); // Output: Sending SMS notification
    }
}

特点分析

• 优点：快速实现对象创建逻辑的集中管理
• 缺点：违反开闭原则，新增产品类型需要修改工厂类
• 适用场景：产品类型较少且不频繁变化的场景

三、工厂方法模式

类结构

// 抽象创建者
abstract class NotificationCreator {
    public abstract Notification createNotification();
    
    public void sendNotification() {
        Notification notification = createNotification();
        notification.send();
    }
}

// 具体创建者
class SMSNotificationCreator extends NotificationCreator {
    @Override
    public Notification createNotification() {
        return new SMSNotification();
    }
}

class EmailNotificationCreator extends NotificationCreator {
    @Override
    public Notification createNotification() {
        return new EmailNotification();
    }
}

优势对比

1. 符合开闭原则：新增产品只需添加新工厂类
2. 实现多态：通过继承体系实现不同的创建逻辑
3. 更易扩展：支持产品创建的复杂初始化过程

四、抽象工厂模式

产品族实现

// 抽象工厂
interface GUIFactory {
    Button createButton();
    Menu createMenu();
}

// 具体工厂
class WindowsFactory implements GUIFactory {
    public Button createButton() {
        return new WindowsButton();
    }
    
    public Menu createMenu() {
        return new WindowsMenu();
    }
}

class MacOSFactory implements GUIFactory {
    public Button createButton() {
        return new MacOSButton();
    }
    
    public Menu createMenu() {
        return new MacOSMenu();
    }
}

核心特征

• 创建对象家族而非单个产品
• 保证产品之间的兼容性
• 更适合复杂系统的基础设施建设

五、模式对比与应用场景

模式类型	创建目标	扩展方向	典型应用场景
简单工厂	单一产品	修改工厂类	配置驱动的对象创建
工厂方法	单一产品	增加子类	框架组件初始化
抽象工厂	产品族	增加接口实现	跨平台UI组件库

六、实际应用案例

1. Spring框架：BeanFactory和ApplicationContext
2. 日志框架：LoggerFactory创建不同日志实现
3. JDBC驱动：DriverManager获取数据库连接

七、最佳实践建议

1. 优先使用工厂方法模式保证扩展性
2. 当存在产品族需求时升级到抽象工厂
3. 配合单例模式优化工厂实例创建
4. 使用枚举类型强化简单工厂的类型安全

// 枚举优化示例
enum NotificationType {
    SMS(SMSNotification::new),
    EMAIL(EmailNotification::new);

    private final Supplier<Notification> constructor;

    NotificationType(Supplier<Notification> constructor) {
        this.constructor = constructor;
    }

    public Notification create() {
        return constructor.get();
    }
}

八、总结

工厂模式通过封装对象创建过程，有效降低了系统的耦合度。在实际开发中：

• 80%的场景可以使用工厂方法模式解决
• 15%的复杂场景需要抽象工厂模式
• 5%的简单场景可采用简单工厂模式

正确使用工厂模式可以使代码更符合SOLID原则，特别是在大型项目和维护周期长的系统中，其优势会更加明显。