工厂模式 (Factory Method)全面讲解

工厂方法模式 (Factory Method) 全面讲解

1. 什么是工厂方法模式？

工厂方法模式定义了一个创建对象的接口，但由子类决定实例化哪个类。

• 核心思想：将对象的创建延迟到子类，解决直接new带来的耦合问题。
• 类比：餐厅点餐，菜单是接口，具体菜品由后厨（子类）决定。

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2. 为什么需要工厂方法模式？

直接new的问题：

// 硬编码创建对象，紧耦合！
Car car = new Tesla();
// 如果想换成比亚迪，需要修改代码：
Car car = new BYD();

• 缺点：违反开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。

工厂方法的优势：

// 通过工厂创建，客户端代码无需修改
Car car = CarFactory.createCar();

• 解耦：客户端代码和具体类分离。
• 扩展性：新增车型只需扩展工厂子类。

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3. 工厂方法模式的结构

角色：

1. Product（抽象产品）：定义对象的接口（如Car）。
2. ConcreteProduct（具体产品）：实现抽象产品（如Tesla、BYD）。
3. Creator（抽象工厂）：声明工厂方法（如CarFactory）。
4. ConcreteCreator（具体工厂）：实现工厂方法（如TeslaFactory）。

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3.1 示例代码（汽车工厂）

步骤1：定义抽象产品

public interface Car {
    void drive();
}

步骤2：定义具体产品

public class Tesla implements Car {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶特斯拉");
    }
}

public class BYD implements Car {
    @Override
    public void drive() {
        System.out.println("驾驶比亚迪");
    }
}

步骤3：定义抽象工厂

public interface CarFactory {
    Car createCar();  // 工厂方法
}

步骤4：定义具体工厂

public class TeslaFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new Tesla();
    }
}

public class BYDFactory implements CarFactory {
    @Override
    public Car createCar() {
        return new BYD();
    }
}

步骤5：客户端调用

public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        CarFactory factory = new TeslaFactory();  // 切换工厂即可换产品
        Car car = factory.createCar();
        car.drive();  // 输出：驾驶特斯拉
    }
}

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4. 工厂方法 vs 简单工厂

简单工厂（非标准模式）

public class SimpleCarFactory {
    public static Car createCar(String type) {
        if ("Tesla".equals(type)) {
            return new Tesla();
        } else if ("BYD".equals(type)) {
            return new BYD();
        }
        throw new IllegalArgumentException("未知车型");
    }
}

• 缺点：违反开闭原则（新增车型需修改工厂类）。

工厂方法（标准模式）

• 优点：新增车型只需新增工厂子类（如AudiFactory），无需修改原有代码。

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5. 应用场景

• 经典用途：
  • 日志框架（如Log4j的LoggerFactory）。
  • JDBC的Connection（不同数据库驱动）。
• 面试考点：
  • 工厂方法与抽象工厂的区别（前者生产一种产品，后者生产产品族）。

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6. 互动实践

问题1：以下代码违反了什么原则？如何改进？

public class CarFactory {
    public Car createCar(String brand) {
        if ("Tesla".equals(brand)) {
            return new Tesla();
        } else if ("BYD".equals(brand)) {
            return new BYD();
        }
        return null;
    }
}

• 答案：违反开闭原则。改进方式：使用工厂方法模式，为每个品牌创建独立工厂类。

问题2：用工厂方法实现一个PizzaStore

// 你的任务：补全Pizza工厂方法模式
public interface Pizza {
    void bake();
}

public class MargheritaPizza implements Pizza { /*...*/ }
public class PepperoniPizza implements Pizza { /*...*/ }

public interface PizzaFactory {
    Pizza createPizza();
}

public class MargheritaFactory implements PizzaFactory { /*...*/ }
// 补全PepperoniFactory和客户端调用代码

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7. 考试练习题

题目1（概念题）

工厂方法模式的目的是什么？
A. 封装对象的创建过程
B. 强制使用继承
C. 减少类的数量
D. 替代多态

答案：A

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题目2（代码填空）

补全以下工厂方法模式的代码：

public interface Document {
    void open();
}

public class WordDocument implements Document {
    @Override
    public void open() { System.out.println("打开Word"); }
}

public interface DocumentFactory {
    ____ createDocument();  // 填空1
}

public class WordFactory implements DocumentFactory {
    @Override
    public ____ createDocument() {  // 填空2
        return ____;  // 填空3
    }
}

答案：

1. Document
2. Document
3. new WordDocument()

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题目3（设计题）

如何用工厂方法模式设计一个跨平台UI组件（如Button）？画出类图并说明。
答案：

• 抽象产品：Button接口（含render()方法）。
• 具体产品：WindowsButton、MacButton。
• 抽象工厂：ButtonFactory接口。
• 具体工厂：WindowsButtonFactory、MacButtonFactory。