工厂模式

工厂模式

工厂模式（Factory Pattern）是设计模式中最常用的创建型模式之一，其核心思想是通过一个公共接口隐藏对象实例化的具体逻辑，使代码更灵活、可维护。根据抽象程度不同，工厂模式可分为简单工厂模式、工厂方法模式和抽象工厂模式。

核心思想

工厂模式通过将对象的创建过程封装到一个单独的类（工厂类）中，实现以下目标：

• 解耦：客户端代码无需关心具体类的构造细节。
• 扩展性：新增产品类时只需修改工厂逻辑，无需改动客户端代码。
• 统一管理：复杂对象的创建逻辑集中处理（如依赖注入、配置读取）。

分类与实现

1. 简单工厂模式

最简单的一种实现，通过静态方法根据输入参数返回不同产品对象。

代码示例

// 产品接口
interface Animal {
    void speak();
}

// 具体产品
class Dog implements Animal {
    public void speak() { System.out.println("Woof!"); }
}

class Cat implements Animal {
    public void speak() { System.out.println("Meow!"); }
}

// 简单工厂
class AnimalFactory {
    public static Animal createAnimal(String type) {
        switch (type.toLowerCase()) {
            case "dog": return new Dog();
            case "cat": return new Cat();
            default: throw new IllegalArgumentException("Unknown animal type");
        }
    }
}

// 客户端调用
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = AnimalFactory.createAnimal("dog");
        dog.speak();  // 输出: Woof!
    }
}

2. 工厂方法模式

将工厂抽象为接口，每个具体产品由对应的子工厂创建，符合开闭原则。

类图

classDiagram interface Animal { <<interface>> +speak() } class Dog class Cat Animal <|-- Dog Animal <|-- Cat interface AnimalFactory { <<interface>> +createAnimal() Animal } class DogFactory class CatFactory AnimalFactory <|-- DogFactory AnimalFactory <|-- CatFactory DogFactory --> Dog CatFactory --> Cat

代码示例

from abc import ABC, abstractmethod

# 产品接口
class Button(ABC):
    @abstractmethod
    def render(self): pass

# 具体产品
class WindowsButton(Button):
    def render(self): return "Windows风格按钮"

class MacOSButton(Button):
    def render(self): return "MacOS风格按钮"

# 工厂接口
class GUIFactory(ABC):
    @abstractmethod
    def create_button(self) -> Button: pass

# 具体工厂
class WindowsFactory(GUIFactory):
    def create_button(self): return WindowsButton()

class MacOSFactory(GUIFactory):
    def create_button(self): return MacOSButton()

# 客户端
def client_code(factory: GUIFactory):
    button = factory.create_button()
    print(button.render())

client_code(WindowsFactory())  # 输出: Windows风格按钮

3. 抽象工厂模式

用于创建相关或依赖对象的家族，而不需指定具体类。适合处理多个产品等级结构。

实际案例：跨平台UI组件

classDiagram interface Button { <<interface>> } interface Checkbox { <<interface>> } class WinButton class WinCheckbox class MacButton class MacCheckbox Button <|-- WinButton Button <|-- MacButton Checkbox <|-- WinCheckbox Checkbox <|-- MacCheckbox interface GUIFactory { <<interface>> +createButton() Button +createCheckbox() Checkbox } class WinFactory class MacFactory GUIFactory <|-- WinFactory GUIFactory <|-- MacFactory WinFactory --> WinButton WinFactory --> WinCheckbox MacFactory --> MacButton MacFactory --> MacCheckbox

应用场景

• 框架设计：如Spring的BeanFactory
• 数据库连接：不同数据库驱动创建
• 游戏开发：不同角色/道具的生成
• 跨平台应用：如上述UI组件案例

优缺点对比

类型	优点	缺点
简单工厂	实现简单，快速隔离创建逻辑	违反开闭原则（需修改工厂代码）
工厂方法	符合开闭原则，扩展性强	类数量增加
抽象工厂	能创建产品家族，保证兼容性	结构复杂，难以支持新种类产品

数学关系

工厂模式可视为一个映射函数： $Factory:Type\to Product$ 其中：

• $Type$ 是输入参数（如字符串、枚举）
• $Product$ 是实现了统一接口的对象

常见面试问题

1. 工厂方法与抽象工厂的核心区别是什么？ 2. 如何避免简单工厂的switch-case带来的维护问题？ 3. 举例说明哪些开源库使用了工厂模式？