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设计模式创建型工厂模式（Factory Pattern）与常见技术框架应用解析

news 来源：原创 2025/7/14 0:49:17

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工厂模式（Factory Pattern）是一种创建型设计模式，它提供了一种封装对象创建过程的方式，使得对象的创建与使用分离，从而提高了系统的可扩展性和可维护性。

一、核心思想

工厂模式的核心思想是将“实例化对象”的操作与“使用对象”的操作分开，将实例化对象的责任交给专门的工厂类负责。这样可以降低系统的耦合度，提高系统的可扩展性和可维护性。

二、定义与结构

1、定义

工厂模式稳坐创建型设计模式的头把交椅，其核心使命是匠心独运地架构一种精妙绝伦的机制，使得对象的创建环节与使用环节能够井水不犯河水地分离开来。具体而言，它仰仗一个或多个专业打造的工厂类，依据预设的特定规则、传入的精准参数或者实时监测到的系统条件，英明决断究竟该打造何种类型的对象，并将成品对象精准无误地交付给翘首以盼的代码模块。

2、工厂模式有两种主要形式

2.1、简单工厂模式：不作为设计模式被正式认可，但它是一个常用的概念。它不是严格的设计模式，因为它违反了开闭原则（对扩展开放，对修改关闭）。简单工厂模式包含：

工厂类：负责接收所有创建请求。
产品接口或抽象类：定义产品的公共接口。
具体产品类：实现产品接口的具体产品。

2.2、工厂方法模式：是一种更正式的设计模式，它解决了简单工厂模式的问题，并且遵循开闭原则。它包括：

抽象工厂（Abstract Factory）：声明了一个创建产品的接口，其中的工厂方法用于实例化一个产品。通常以抽象类或者接口这般高冷姿态示人，它宛如一位高瞻远瞩的总设计师，定义了一系列用于创建紧密相关的一系列产品对象的抽象方法集。这些抽象方法如同精密模具，为后续衍生出的具体工厂子类勾勒出清晰、统一且规范的创建框架，确保在整个产品家族创建过程中的规范性与一致性得以严格保障。
具体工厂（Concrete Factory）：实现抽象工厂接口，负责实例化具体的产品。作为抽象工厂的忠实拥趸，具体工厂类或是继承自抽象工厂抽象类，或是精准实现其接口。每个具体工厂类都如同一位专注的能工巧匠，与某一种特定类型的产品深度绑定，不离不弃。它负责将抽象工厂中定义的抽象创建方法生动具象化，凭借精湛技艺实实在在地生产出对应的具体产品对象，将抽象的创意构想落地生根。
抽象产品（Abstract Product）：定义了产品的接口，具体的产品类将实现这个接口。抽象产品恰似一份精心绘制的蓝图，多以抽象类或接口呈现。它事无巨细地概括了产品所应具备的公共方法、必备属性，为所有跃跃欲试的具体产品类精心规划了前行方向，是判断具体产品是否达标的严苛基准线。
具体产品（Concrete Product）：实现了抽象产品接口，是工厂模式所创建的对象。具体产品类则是依据抽象产品所勾勒的蓝图，加班加点精心打造出来的实体杰作。它们或是继承自抽象产品类，或是完美实现其接口，通过夜以继日地实现其中所定义的各种方法，赋予了产品鲜活的生命力，展现出实实在在的功能与特性，以满足千变万化的业务场景需求。

2.3、抽象工厂模式：提供了一组相关或相互依赖的对象的创建接口，而无需指定它们具体的类。这是一种更为复杂的工厂模式，通常用来创建一系列相关的对象。

三、实现步骤及代码示例

以Java为例，展示工厂模式的具体使用。

1、简单工厂模式

// 抽象产品
interface Car {void drive();
}// 具体产品
class BMW implements Car {@Overridepublic void drive() {System.out.println("Driving BMW");}
}class Benz implements Car {@Overridepublic void drive() {System.out.println("Driving Benz");}
}// 工厂类
class CarFactory {public static Car createCar(String type) {if ("BMW".equalsIgnoreCase(type)) {return new BMW();} else if ("Benz".equalsIgnoreCase(type)) {return new Benz();}return null;}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {Car car1 = CarFactory.createCar("BMW");car1.drive();Car car2 = CarFactory.createCar("Benz");car2.drive();}
}

2、工厂方法模式

// 抽象产品
interface Car {void drive();
}// 具体产品
class BMW implements Car {@Overridepublic void drive() {System.out.println("Driving BMW");}
}class Benz implements Car {@Overridepublic void drive() {System.out.println("Driving Benz");}
}// 抽象工厂
interface CarFactory {Car createCar();
}// 具体工厂
class BMWFactory implements CarFactory {@Overridepublic Car createCar() {return new BMW();}
}class BenzFactory implements CarFactory {@Overridepublic Car createCar() {return new Benz();}
}// 客户端代码
public class Client {public static void main(String[] args) {CarFactory bmwFactory = new BMWFactory();Car bmw = bmwFactory.createCar();bmw.drive();CarFactory benzFactory = new BenzFactory();Car benz = benzFactory.createCar();benz.drive();}
}

3、抽象工厂模式

由于抽象工厂模式较为复杂，此处不展开代码示例，但核心思想是提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而不需要指明具体类。

四、常见技术框架应用

1、Spring框架

应用场景：在Spring框架中，工厂模式常用于Bean的创建和管理。Spring容器通过工厂模式来实例化和管理应用程序中的Bean，使得开发者无需手动创建和管理这些对象。

实现方式：Spring容器通过反射机制来调用具体的工厂方法或构造器，创建Bean实例。同时，Spring还支持通过配置文件或注解来指定Bean的创建方式和依赖关系。

2、MyBatis框架

应用场景：MyBatis框架中，SqlSessionFactory是创建SqlSession的工厂类。SqlSession是MyBatis的核心接口，用于执行SQL语句和管理事务。

实现方式：MyBatis通过读取配置文件或注解来构建SqlSessionFactory，然后通过SqlSessionFactory来创建SqlSession实例。这样，开发者无需直接操作数据库连接和SQL语句，提高了代码的可维护性和可扩展性。

3、Java EE/Jakarta EE

应用场景：在Java EE/Jakarta EE中，工厂模式常用于创建和管理企业级应用中的组件和服务。例如，JNDI（Java Naming and Directory Interface）服务通过工厂模式来查找和获取各种资源（如数据库连接、消息队列等）。

实现方式：Java EE/Jakarta EE提供了多种工厂类和接口来支持企业级应用的开发。开发者可以通过这些工厂类和接口来获取所需的服务和资源，而无需关心具体的实现细节。

4、日志框架（如Log4j、SLF4J）

应用场景：日志框架中，工厂模式常用于创建不同类型的日志记录器。根据不同的配置或运行时参数，可以动态地创建和使用不同的日志对象。

实现方式：日志框架通常定义了一个日志接口和多个具体的日志实现类。然后，通过工厂模式来根据配置或参数创建具体的日志记录器实例。这样，开发者可以在不修改代码的情况下灵活地切换日志实现。

5、UI框架（如Swing、JavaFX）

应用场景：在UI框架中，工厂模式常用于创建和管理用户界面组件。通过工厂模式，可以方便地创建和配置各种UI组件，如按钮、文本框、标签等。

实现方式：UI框架通常提供了一组工厂类或方法来创建和管理UI组件。开发者可以通过这些工厂类或方法来创建所需的UI组件，并设置其属性和行为。

以 Spring Boot 框架创建不同数据源连接为例

首先，定义抽象产品：

// 抽象产品：数据源连接
public interface DataSourceConnection {void connect();void close();
}

接着，创建具体产品：

// 具体产品：MySQL 数据源连接
public class MySQLDataSourceConnection implements DataSourceConnection {@Overridepublic void connect() {System.out.println("正在连接 MySQL 数据源...");// 实际连接 MySQL 数据库的代码，此处省略，如加载驱动、配置 URL、用户名、密码等}@Overridepublic void close() {System.out.println("正在关闭 MySQL 数据源连接...");// 关闭连接的代码，此处省略}
}// 具体产品：Oracle 数据源连接
public class OracleDataSourceConnection implements DataSourceConnection {@Overridepublic void connect() {System.out.println("正在连接 Oracle 数据源...");// 实际连接 Oracle 数据库的代码，此处省略，如加载驱动、配置 URL、用户名、密码等}@Overridepublic void close() {System.out.println("正在关闭 Oracle 数据源连接...");// 关闭连接的代码，此处省略}
}

然后，定义抽象工厂：

// 抽象工厂：数据源连接工厂
public abstract class DataSourceConnectionFactory {public abstract DataSourceConnection createConnection();
}

再创建具体工厂：

// 具体工厂：MySQL 数据源连接工厂
public class MySQLDataSourceConnectionFactory extends DataSourceConnectionFactory {@Overridepublic DataSourceConnection createConnection() {return new MySQLDataSourceConnection();}
}// 具体工厂：Oracle 数据源连接工厂
public class OracleDataSourceConnectionFactory extends DataSourceConnectionFactory {@Override
·public DataSourceConnection createConnection() {return new OracleDataSourceConnection();}
}

最后，在 Spring Boot 应用中使用：

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;@Configuration
public class DataSourceConfig {@Beanpublic DataSourceConnectionFactory mySQLDataSourceConnectionFactory() {return new MySQLDataSourceConnectionFactory();}@Beanpublic DataSourceConnectionFactory oracleDataSourceConnectionFactory() {return new OracleDataSourceConnectionFactory();}
}

在其他业务代码中，就可以通过 @Autowired 注解注入工厂类，进而获取相应的数据源连接，例如：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;@Service
public class DatabaseService {@Autowiredprivate DataSourceConnectionFactory mySQLDataSourceConnectionFactory;public void doSomething() {DataSourceConnection connection = mySQLDataSourceConnectionFactory.createConnection();connection.connect();connection.close();}
}

以 Hibernate 框架为例

在 Hibernate 中，SessionFactory 可看作是抽象工厂，它负责创建 Session（相当于产品）。

import org.hibernate.Session;
import org.hibernate.SessionFactory;
import org.hibernate.cfg.Configuration;public class HibernateExample {public static void main(String[] args) {// 创建 SessionFactory，相当于创建抽象工厂SessionFactory sessionFactory = new Configuration().buildSessionFactory();// 从工厂中获取 Session，相当于使用具体工厂创建产品Session session = sessionFactory.openSession();// 使用 Session 进行数据库操作，此处省略具体代码session.close();sessionFactory.close();}
}

这里，Configuration 类中的一些配置方法和内部逻辑就类似于具体工厂的构建过程，最终构建出 SessionFactory，而 SessionFactory 依据配置信息创建出 Session，用于后续的数据库交互操作。

五、应用场景

复杂对象创建：当对象创建涉及读取复杂配置文件获取关键初始化参数，像创建数据库连接对象时，要依据配置文件中的数据库 URL、用户名、密码精准配置，还要加载特定的数据库驱动程序，工厂模式便能大显身手，将这些复杂且易错的操作统统封装进工厂类中，使得业务代码只需关注如何使用创建好的对象，彻底与复杂的创建过程绝缘。
多类型对象按需创建：依据用户输入（如图形编辑软件根据用户所选图形类型创建圆形、矩形、三角形等不同图形）、系统状态（如电商系统根据促销活动创建不同折扣的商品对象）、业务规则（如根据不同的会员等级提供不同服务套餐）等条件，工厂模式通过巧妙设计不同的使具体工厂，能够精准无误地根据各种条件创建出对应的对象，满足多样化的业务需求，实现个性化服务。
对象创建逻辑频繁变动：在电商促销活动期间，需要根据不同的促销规则频繁创建不同折扣的商品对象；又或是在软件系统迭代升级过程中，需要不断调整对象的创建逻辑以适应新的架构要求。此时，工厂模式的优势就淋漓尽致地展现出来了，它能够在工厂类中方便地修改和扩展对象创建逻辑，而不会对使用这些对象的另业务代码造成任何影响，确保了系统的稳定性与可维护性，让代码在变革中依然保持优雅。

六、优缺点

优点：

解耦对象创建与使用：清晰地划分了对象创建和使用的职责边界，极大地降低了代码之间的耦合度。使得使用对象的代码能够独立于对象的创建过程，便于后续的维护与扩展。当需要对对象创建方式进行调整时，只需在工厂类中进行改动，而不会波及到整个代码库，为代码的长期演进提供了保障。
提高代码复用性：工厂类具有很强的复用性，尤其是在对象创建过程比较复杂的情况下，复用工厂类能够避免在多个地方重复编写繁琐的创建代码。例如，多个模块都需要创建相同类型的数据库连接对象，此时只需复用同一个数据库连接工厂即可，大大提高了开发效率，减少了代码冗余。
便于代码的维护和扩展：当需要添加新的产品或者修改产品的创建逻辑时，只需要在所在的工厂类和相应的产品类中进行修改，而不会影响到其他使用这些产品的代码。例如，要在图形绘制系统中添加一种新的品类型，只需要创建新的具体产品类和对应的具体工厂类，而不需要修改图形绘制的主程序，使得系统的可扩展性得到了显著提升，能快速适应业务的变化。

优点：

增加代码复杂性：引入工厂模式必然会增加代码的层次结构和类的数量。对于一些简单的应用场景，如果过度使用工厂模式，反而会使代码变得更加复杂，晦涩难懂，增加了开发人员的理解成本和维护难度。原本简单直接的创建过程可能被层层工厂类包裹，让人迷失在代码的迷宫之中。
工厂类可能会变得复杂：如果工厂需要创建的产品种类过多，或者产品的创建逻辑非常复杂，工厂类本身可能会变得庞大而复杂，不利于代码的维护。例如，一个工厂类需要根据几十种不同的条件来创建不同类型的对象，此时这个工厂类的代码将会非常冗长，难以理清其中的逻辑关系，给后续的维护工作带来巨大挑战，甚至可能成为代码维护的“黑洞”。

工厂模式凭借其独特的设计理念，为对象创建提供了一种高效、灵活且易于维护的解决方案。尽管存在一定的局限性，但在复杂多变的软件开发场景中，只要合理运用，就能充分发挥其优势，助力打造高质量的软件系统。