深入理解 GoF 工厂模式

本文记录我对 GoF（Gang of Four）工厂模式的学习过程，系统地介绍三种工厂模式的概念、优缺点及应用场景，并结合示例代码加以说明，帮助读者快速掌握这一创建型设计模式。

简介

在软件开发中，设计模式是针对常见问题的可重用解决方案。1995 年，Erich Gamma 等四位作者在《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》中首次系统总结了 23 种经典设计模式，这几位作者亦被称为“GoF 四人组”。

GoF 设计模式概览

GoF 将设计模式分为三大类：

1. 创建型（5 种）：关注对象创建机制

2. 结构型（7 种）：关注类与对象的组合

3. 行为型（11 种）：关注对象间的交互

本篇重点介绍“创建型”中的三种工厂模式。

为什么选择工厂模式

• 解耦：客户端无需了解产品的具体创建过程，只需通过工厂获取对象。

• 职责分离：将“生产者”和“消费者”分离，便于维护与扩展。

• 符合开闭原则：正确使用可在不修改现有代码的情况下扩展新产品。

在 Spring 框架中，BeanFactory/FactoryBean 底层大量采用了工厂模式，了解它有助于深入理解 Spring 的设计原理。

工厂模式分类

1. 简单工厂模式（Simple Factory）

非 GoF 原著模式，仅社区常用。

• 定义：通过一个工厂类，根据传入参数决定实例化哪一种产品。

• 角色：

  • 抽象产品（Weapon）

  • 具体产品（Dagger、Tank、Fighter）

  • 工厂类（WeaponFactory）

• 优点：客户端调用简单，职责分离。

• 缺点：

  1. 扩展新产品时需修改工厂类，违背开闭原则。

  2. 工厂类责任过重，成为“上帝类”。

代码示例

// 抽象产品
public abstract class Weapon {
    public abstract void attack();
}
​
// 具体产品：匕首
public class Dagger extends Weapon {
    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("匕首发动突刺攻击");
    }
}
​
// 具体产品：坦克
public class Tank extends Weapon {
    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("坦克发射主炮");
    }
}
​
// 具体产品：战斗机
public class Fighter extends Weapon {
    @Override
    public void attack() {
        System.out.println("战斗机投放导弹");
    }
}
​
// 工厂类
public class WeaponFactory {
    public static Weapon get(String type) {
        switch (type.toUpperCase()) {
            case "DAGGER":  return new Dagger();
            case "TANK":    return new Tank();
            case "FIGHTER": return new Fighter();
            default:        throw new IllegalArgumentException("未知武器类型：" + type);
        }
    }
}
​
// 客户端测试
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        Weapon w1 = WeaponFactory.get("TANK");    w1.attack();
        Weapon w2 = WeaponFactory.get("DAGGER");  w2.attack();
        Weapon w3 = WeaponFactory.get("FIGHTER"); w3.attack();
    }
}

2. 工厂方法模式（Factory Method）

GoF 原著模式之一。

• 定义：为每个具体产品提供一个对应的工厂类，工厂接口定义创建方法，具体工厂负责实例化对应产品。

• 角色：

  • 抽象产品（Weapon）

  • 具体产品（Dagger、Gun）

  • 抽象工厂（WeaponFactory）

  • 具体工厂（DaggerFactory、GunFactory）

• 优点：符合开闭原则，增加新产品只需添加新工厂类和新产品类。

• 缺点：产品和工厂类成对增加，类的数量成倍增长。

代码示例

// 抽象产品
public abstract class Weapon {
    public abstract void attack();
}
​
// 具体产品：匕首
public class Dagger extends Weapon {
    @Override public void attack() {
        System.out.println("匕首发动突刺攻击");
    }
}
​
// 具体产品：枪
public class Gun extends Weapon {
    @Override public void attack() {
        System.out.println("手枪开始射击");
    }
}
​
// 抽象工厂
public abstract class WeaponFactory {
    public abstract Weapon create();
}
​
// 具体工厂：生成匕首
public class DaggerFactory extends WeaponFactory {
    @Override public Weapon create() {
        return new Dagger();
    }
}
​
// 具体工厂：生成枪
public class GunFactory extends WeaponFactory {
    @Override public Weapon create() {
        return new Gun();
    }
}
​
// 客户端测试
public class Client {
    public static void main(String[] args) {
        WeaponFactory f1 = new DaggerFactory();
        WeaponFactory f2 = new GunFactory();
        f1.create().attack();
        f2.create().attack();
    }
}

3. 抽象工厂模式（Abstract Factory，了解）

GoF 原著模式之一，但 Spring 中较少直接使用。

• 定义：提供一个接口，用于创建相关或依赖对象的家族，而无需指定具体类。

• 优点：保证同一产品族的一致性。

• 缺点：增加新的产品非常困难，需修改抽象工厂接口及所有具体工厂。

小结

• 简单工厂：易用但违背开闭；

• 工厂方法：符合开闭，类增多；

• 抽象工厂：家族一致，难以扩展。

三者各有取舍，实际项目中可根据需求灵活选用。Spring 框架底层广泛运用工厂方法模式，为我们提供了良好的可扩展性和可维护性。